[发明专利]一种含铁氧化石墨烯修饰的石墨毡电极及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及电极制备技术领域，尤其涉及一种含铁氧化石墨烯修饰的石墨毡电极及其制备方法与应用。所述含铁氧化石墨烯修饰的石墨毡电极的制备方法，包括以下步骤：(1)将石墨毡浸入浓硝酸中加热，得到改性后的石墨毡；(2)将Fe(NO₃)₃·9H₂O、FeSO₄·7H₂O、造孔剂溶解在氧化石墨烯溶液中得到生长溶液；(3)将改性后的石墨毡置于生长溶液中加热处理，得到含铁氧化石墨烯修饰的石墨毡电极。本发明采用具有机械强度高，廉价易得的石墨毡为载体，采用一步水热法修饰电极，解决Fe受腐蚀浸出至溶液以及电极性能不佳等问题，有效缩短了反应时间，提高TOC和TN的去除效率，最大限度的降低电极制备成本和工艺运行成本。

技术领域

本发明涉及电极制备技术领域，尤其涉及一种含铁氧化石墨烯修饰的石墨毡电极及其制备方法与应用。

背景技术

电芬顿技术可以在阴极催化水中的溶解氧，并通过双电子还原，原位电生成H₂O₂，进而分解生成羟基自由基用于降解污染物。这种方法不需要额外添加氧化剂，不会产生有毒副产物且操作简单，因此具有优异的应用前景。非均相电芬顿技术是一种环保、温和、高效的电芬顿技术手段，被用来降解有机污染物。同时，非均相电芬顿可以原位活化H₂O₂产生羟基自由基，避免了Fe²⁺的释放和对pH值的依赖。

活性阴极材料(尤其是过渡金属)在非均相电芬顿的催化过程中发挥着至关重要的作用。而Fe是最廉价无毒且易获得的过渡金属材料。目前常使用石墨毡作为修饰的电极基底进行非均相电芬顿。Fe直接暴露在碳纤维表面，很容易受到电子、离子、分子等腐蚀作用而失活。并且在使用过程中，由于缺少催化位点(往往只注重H₂O₂的产生)，Fe(II)不能及时在阴极电催化还原，使得双电子氧还原(ORR)性能与Fe(II)的获得不能同时被考虑。

中国专利CN110862128A公开了一种二硫化铁复合石墨毡电极的制备方法，该发明可以很好地克服传统芬顿反应pH范围窄、铁和过氧化氢用量大且不可再生的问题，但是金属直接暴露在石墨毡表面很容易受到腐蚀脱落，导致电极失活并且带来后续的分离问题。中国专利CN109244402A公开了一种石墨烯包覆四氧化三铁复合电极材料及其制备方法，该方法证实了石墨烯材料对过渡金属材料的保护作用，同时制备流程也简单于中国专利CN110862128A，但是该材料为复合粉末材料，实际为电极表面的活性材料而不能直接将粉末用做电极，并且颗粒状的四氧化三铁的接触面积远小于本发明所使用的片状的Fe的层状双氢氧化物(Fe^IIFe^III-LDH)，其锚定后的稳定性难以保证。

因此，开发经济、高效及环境适应性强的非均相电芬顿电极，对于电芬顿技术水处理的推广和应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含铁氧化石墨烯修饰的石墨毡电极及其制备方法与应用，以解决目前非均相电芬顿电极的腐蚀以及性能问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种含铁氧化石墨烯修饰的石墨毡电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)将石墨毡浸入浓硝酸中加热，得到改性后的石墨毡；

(2)将Fe(NO₃)₃、FeSO₄、造孔剂溶解在氧化石墨烯溶液中得到生长溶液；

(3)将改性后的石墨毡置于生长溶液中加热处理，得到含铁氧化石墨烯修饰的石墨毡电极。

优选的，所述石墨毡在浸入浓硝酸前进行洗涤和干燥，所述洗涤是在乙醇中连续超声13～18min，再使用水清洗3～4次，所述干燥为在55～65℃的空气中干燥10～14h。