[发明专利]一种电芬顿阴极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种电芬顿阴极材料及其制备方法与应用，所述制备方法包括：碳材料进行活化，活化后的碳材料浸泡于含氟疏水材料的分散液中，然后在保护性气氛中烧结，得到电芬顿阴极材料。本发明所述电芬顿阴极材料表面的含氟疏水材料中F‑C‑F中的碳原子呈现正电性，易与溶解氧结合；所述含氟疏水材料具有的疏水性，可以在电解液中形成三相界面，增大氧气在电极表面的传输速率，加快电催化反应性能；所述电芬顿阴极材料对于制备过氧化氢具有较高的活性，且可多次重复循环使用；所述电芬顿阴极材料的制备方法简单，条件温和，成本低，应用范围广。

技术领域

本发明属于电催化领域，涉及一种电芬顿阴极材料的制备方法，尤其涉及一种电芬顿阴极材料及其制备方法与应用。

背景技术

过氧化氢(H₂O₂)以其在众多工业中的巨大需求，使其一度成为世界上最重要的化学物质之一。H₂O₂作为一种重要的化工原料在各种化学工业和环境修复行业中具有重要的应用，是一种绿色氧化剂，因此如何高效廉价地生产H₂O₂已迫在眉睫，目前大规模化学合成H₂O₂的工艺主要为蒽醌氧化/还原法，然而该方法能耗大，设备复杂，且产生大量的化学废料。同时高浓度的H₂O₂的不稳定性也给运输带来了很大的安全隐患。因此，开发低能耗、低成本的原位H₂O₂的合成方法意义重大。

近年来，电化学原位合成H₂O₂已广泛应用于纸浆和纸张漂白工艺，而原位生成的H₂O₂转化为羟基自由基的电芬顿工艺，也已广泛用于相关废水处理。在电芬顿工艺中，氧气在阴极表面发生两电子还原原位生成过氧化氢。然后与亚铁离子作用产生羟基自由基，进而攻击氧化废水中的有机污染物。目前，传统的电芬顿技术面临着电催化产H₂O₂选择性差且效率低，电极本身易损耗等缺点。

CN112803030A本发明为一种电芬顿复合膜阴极的制备方法及应用方法，该方法将非均相含铁催化剂的纳米颗粒均匀分散在静电纺丝液中，采用静电纺丝技术，在能产过氧化氢的导电碳材料载体上收集静电纤维，纳米颗粒随着静电纤维生成过程形成电纺催化膜，并被负载在载体上。但是该方法制备的电芬顿复合膜阴极在使用过程中易被损耗，无法实现重复循环使用。

CN111533223A公开了一种FeS₂纳米颗粒与气体扩散碳毡耦合阴极的制备方法及其在电芬顿水处理技术中的应用方法。本发明先采用水热法制备出FeS₂晶体，而后用Nafion溶液将其均匀负载于碳毡表面得到耦合电极。同样的，该制备方法得到的FeS₂纳米颗粒与气体扩散碳毡耦合阴极在使用过程中易被损耗，无法重复使用。

CN109896598A公开了一种基于碳毡负载铁纳米颗粒的电芬顿阴极材料的制备方法及其在降解水中有机污染物中的应用，属于电芬顿阴极材料的制备及电芬顿水处理技术领域。本发明的技术方案要点为：将聚苯胺通过电化学沉积负载到纯碳毡上，再负载铁颗粒得到铁碳掺杂的多孔复合碳纤维材料，将此碳毡作为阴极材料应用于电芬顿水处理装置中并曝入空气，便可在阴极处催化产生羟基自由基，进而降解水中的有机污染物。但是，该制备方法得到的碳毡负载铁纳米颗粒的电芬顿阴极材料制备方法复杂，耗能较高。

目前公开的电芬顿阴极材料的制备方法都有一定的缺陷，存在着制备方法复杂，制备成本高、得到的电芬顿阴极材料稳定性低，电催化产H₂O₂的选择性差且效率低的问题。因此，开发一种新型的电芬顿阴极材料及其制备方法至关重要。

发明内容