一种四层结构电芬顿阴极、制备方法及其应用

本发明属于电芬顿阴极制备，具体涉及一种四层结构电芬顿阴极、制备方法及其应用。

背景技术：

1、传统芬顿法能有效降解污染物，但需要使用大量双氧水和铁盐，而双氧水是危化品，存在储存和运输困难的问题。大量使用铁盐会导致铁泥产生，在芬顿处理后形成危险废弃物，处理成本高。电芬顿技术是一种改进型的芬顿氧化技术，一般利用阴极还原氧气原位生成h2o2，并可通过阴极促进铁离子循环，从而减少铁泥产生。尽管如此，目前的电芬顿工艺仍存在h2o2产生效率低、需要外加铁盐且ph应用范围窄等问题。

2、现有技术中，提出了一种三层结构的电芬顿阴极片制备方法，但其只能实现h2o2的原位生成，需要外加fe2+或催化剂才能发生芬顿反应，增加了系统的复杂度。而同时具备产生h2o2和活化h2o2产羟自由基功能的电芬顿阴极常需要引入贵金属或者纳米材料，其制备工艺复杂，难以规模化应用。即使现有技术也公开了一种pdfe纳米合金碳气凝胶阴极，可实现h2o2的原位产生与活化，但是其制备材料需要贵金属pd，且制备过程需要高温无氧环境。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有技术的不足，提出一种四层结构电芬顿阴极、制备方法及其应用。该阴极除了能产生过氧化氢外，还可以通过二级催化层的催化作用产生羟自由基，从而氧化污染物。另外本发明阴极主要使用普通的碳材料和不锈钢丝网材料，成本较低，还具备耐用和可扩展的优点。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种四层结构电芬顿阴极，包括：空气扩散层、集流层、一级催化层以及二级催化层；

4、所述空气扩散层，用于将空气中的氧气扩散进四层结构电芬顿阴极；

5、所述集流层，用于传递电子；

6、所述一级催化层，用于基于所述电子，将所述氧气还原为过氧化氢；

7、所述二级催化层，用于将所述过氧化氢还原为羟自由基。

8、本发明还提供一种四层结构电芬顿阴极的制备方法，包括以下步骤：

9、将空气扩散层、集流层、一级催化层以及二级催化层，按照从上到下的顺序叠放，并压制成片，在320～360℃温度下烧制20～60min，获得样品；

10、将所述样品裁剪为预设尺寸，获得四层结构电芬顿阴极。

11、优选的，所述空气扩散层以及一级催化层的制备方法均为：

12、将导电炭黑溶于无水乙醇中，逐滴加入固含量为60％的ptfe乳液，混合并搅拌均匀，获得混合物；

13、加热所述混合物，并搅拌，使所述混合物成为胶团状；

14、将所述胶团状的混合物辊压成片状，获得所述空气扩散层以及所述一级催化层。

15、优选的，制备所述空气扩散层时，使用的所述导电炭黑与所述ptfe乳液的质量比为1：(2～5)。

16、优选的，制备一级催化层时，使用的所述导电炭黑与所述ptfe乳液的质量比为(1～3)：1。

17、优选的，所述集流层以及所述二级催化层均由不锈钢丝网制备而成。

18、本发明还提供一种四层结构电芬顿阴极的应用，将四层结构电芬顿阴极接入电源负极，构建电芬顿体系，用于处理水中污染物。

19、优选的，所述四层结构电芬顿阴极通过曝气或将空气扩散层面向空气，接触氧气。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果为：该阴极除了能产生过氧化氢外，还可以通过二级催化层的催化作用产生羟自由基，从而氧化污染物。另外本阴极主要使用普通的碳材料和不锈钢丝网材料，成本较低，还具备耐用和可扩展的优点。四层结构电芬顿阴极的制备不需要添加化学药剂；将电能和空气中的氧气转化为羟自由基，氧化性强；不产生铁泥；无需调节ph；源材料廉价、来源广泛；制备过程简单，易于大规模生产。

21、附图说明

22、为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

23、图1为本发明实施例一四层结构电芬顿阴极的结构示意图；

24、图2为本发明实施例三四层结构电芬顿阴极的应用的结构示意图；

25、图3为本发明实施例三的过氧化氢产量；

26、图4为本发明实施例三的磺胺甲恶唑去除效果；

27、图5为本发明实施例四的剖视示意图。

技术特征：

1.一种四层结构电芬顿阴极，其特征在于，包括：空气扩散层、集流层、一级催化层以及二级催化层；

2.一种四层结构电芬顿阴极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的四层结构电芬顿阴极的制备方法，其特征在于，所述空气扩散层以及一级催化层的制备方法均为：

4.根据权利要求3所述的四层结构电芬顿阴极的制备方法，其特征在于，制备所述空气扩散层时，使用的所述导电炭黑与所述ptfe乳液的质量比为1：(2～5)。

5.根据权利要求3所述的四层结构电芬顿阴极的制备方法，其特征在于，制备一级催化层时，使用的所述导电炭黑与所述ptfe乳液的质量比为(1～3)：1。

6.根据权利要求2所述的四层结构电芬顿阴极的制备方法，其特征在于，所述集流层以及所述二级催化层均由不锈钢丝网制备而成。

7.一种四层结构电芬顿阴极的应用，其特征在于，将四层结构电芬顿阴极接入电源负极，构建电芬顿体系，用于处理水中污染物。

8.根据权利要求7所述的四层结构电芬顿阴极的应用，其特征在于，所述四层结构电芬顿阴极通过曝气或将空气扩散层面向空气，接触氧气。

技术总结
本发明公开了一种四层结构电芬顿阴极、制备方法及其应用，四层结构电芬顿阴极，包括：空气扩散层、集流层、一级催化层以及二级催化层；空气扩散层，用于将空气中的氧气扩散进四层结构电芬顿阴极；集流层，用于传递电子；一级催化层，用于基于电子，将氧气还原为过氧化氢；二级催化层，用于将过氧化氢还原为羟自由基。并且，本发明的四层结构电芬顿阴极经空气扩散层进入的氧气在一级催化层被集流层传递的电子还原为过氧化氢，过氧化氢在二级催化层被还原为羟自由基，从而氧化水中污染物。

技术研发人员：廖鹏,谢世伟,李易
受保护的技术使用者：中国科学院地球化学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12