1.一种应用于电Fenton体系的铁络合型碳膜气体扩散电极的制备方法,其特征在于:由以下各组分制备而成:
掺氮石墨化碳纳米管、氧化石墨烯分散液、氢氧化钠、七水合硫酸亚铁、聚四氟乙烯乳液、无水乙醇、丙酮、去离子水、氧气、氮气。
(1)制备铁络合氧化石墨烯粉末
①在100mL氢氧化钠溶液中,加入氧化石墨烯分散液,超声混合10min,混合液中氧化石墨烯、氢氧化钠和水的质量比为0.1:4:100;
②将氧化石墨烯和氢氧化钠的混合液,在常温下搅拌反应24h;
③将混合反应溶液置于离心分离管内,进行离心分离,分离转数10000r/min,分离后留存沉淀物,弃去分离液;
④将沉淀物用去离子水洗涤、离心分离,重复多次,直至分离液呈中性;
⑤配制1mol/L的硫酸亚铁溶液100mL,加入收集的固体沉淀物,超声分散10min;
⑥将超声分散液在常温下搅拌反应24h;
⑦将混合反应溶液置于离心分离管内,进行离心分离,分离转数10000r/min,分离后留存沉淀物,弃去分离液;
⑧将沉淀物用去离子水洗涤、离心分离,重复3次,除去沉淀物表面残留的硫酸亚铁溶液;
⑨将洗涤后的固体生成物置于真空干燥箱中,然后在-0.08MPa的真空度下于60℃干燥
12h,冷却到室温,即得铁络合氧化石墨烯;
(2)制备铁络合型碳膜气体扩散电极
①将铁络合氧化石墨烯和聚四氟乙烯乳液按一定的质量比在无水乙醇中超声混合均匀,铁络合氧化石墨烯和聚四氟乙烯乳液的适宜质量比为3:1-8:1;
②将装有混合液的烧杯转移至集热式恒温加热磁力搅拌器中,于80℃搅拌至混合液形成膏状混合物;
③待膏状混合物冷却后,用手动压面机将其压制成厚度1mm左右的薄膜,并裁成直径为
50mm的圆形,即得气体扩散电极的催化膜层;
④将掺氮石墨化碳纳米管和聚四氟乙烯乳液按一定的质量比在无水乙醇中超声混合均匀,掺氮石墨化碳纳米管和聚四氟乙烯乳液的适宜质量比为1:3~1:1;
⑤将装有混合液的烧杯转移至集热式恒温加热磁力搅拌器中,于80℃搅拌至混合液形成膏状混合物;
⑥待膏状混合物冷却后,用手动压面机将其压制成厚度1mm左右的薄膜,并裁成直径为
50mm的圆形,即得气体扩散电极的扩散膜层;
⑦在催化膜层和扩散膜层之间用一块直径为50mm的圆形不锈钢网作为支撑体,在压片机中于20Mpa的压力下压制3min;
⑧将压制成型的电极放入丙酮溶液中浸泡24h,去除膜层表面残留的聚四氟乙烯;
⑨用去离子水洗涤2-3次后置于干燥箱中60℃干燥6h,冷却到室温,即得铁络合型碳膜气体扩散电极。
2.一种应用于电Fenton体系的铁络合型碳膜气体扩散电极的再生方法,其特征在于:①将气体扩散电极装在鼓泡式电Fenton反应器的气室与液相反应区之间,气体扩散电极的催化膜层朝向液相反应区,扩散膜层朝向气室,气体扩散电极与电源线相连,电源线与反应器外侧的电源装置连接;
②鼓泡式电Fenton反应器阳极可选用铂片电极或钛基二氧化铅电极或石墨电极;
③参比电极可选用饱和甘汞电极或Ag/AgCl电极;
④氮气以100mL/min的流速通入鼓泡式电Fenton反应器的气室,电解液为0.1mol/L的硫酸钠溶液;
⑤在恒定的阴极电位下进行电还原再生,适宜的阴极电位为-1.0V~-0.4V;电还原再生时间为20~60min;
⑥再生后的电极取出用去离子水冲洗3遍,置于干燥箱中60℃干燥2h,即可用于新一轮电Fenton反应。
3.根据权利要求1所述的一种应用于电Fenton体系的铁络合型碳膜气体扩散电极的制备方法,其特征在于:掺氮石墨化碳纳米管:NCNT,纯度>95%,外径10-30nm,长度5-15μm,氮含量为
3.46wt%;
氧化石墨烯分散液:GO,浓度为4mg/mL;
氢氧化钠:NaOH,分析纯;
七水合硫酸亚铁:FeSO4·7H2O,分析纯;
聚四氟乙烯乳液;PTFE,浓度为60wt%;
无水乙醇:C2H6O,分析纯;
丙酮:CH3COCH3,分析纯;
去离子水:H2O,电阻率≥18MΩ;
氧气:O2,纯度≥99.999%;
氮气:N2,纯度≥99.999%;
无水硫酸钠:Na2SO4,分析纯。