[发明专利]泡沫镍基纳米石墨电极及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨电极及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球工业企业的发展，含有高浓度难降解有机污染物的工业废水日益增多，大量 的工业废水排入到水体和河流中，严重影响到人们的日常生活。目前，对于难降解有机废 水的传统处理方法常采用物理法、化学法和生化法及其组合的方法，这些技术往往具有操 作简便、技术成熟和投资运行费用少等优点，但是对于难降解有机污染物并没有彻底地被 分解去除，只是污染物的位置和存在状态发生了改变，即从环境的一端进入到另一端，甚 至会对环境造成二次污染。因此，在处理难生化降解有机废水过程中，选择一种绿色环保 的技术显得尤为重要。

由于高级氧化法具有氧化彻底、反应速度快、处理效率高、无公害等特点。近年来， 其在处理难降解有机废水方面得到了学者们的广泛关注。电催化氧化法作为高级氧化技术 的一种正广泛的应用于各个领域。电催化氧化是通过阳极反应直接降解有机物，或通过阳 极反应产生羟基自由基、过氧化氢一类的氧化剂间接降解有机物，该方法使有机物分解更 加彻底，不易产生有毒的中间产物，更符合环境保护的要求。在反应中，电子是主要反应 试剂，不必添加额外的化学试剂，设备体积小占地少，便于自动控制，不产生二次污染。 而臭氧(O₃)氧化法具有超强的氧化能力和较快的反应速度。它不仅能够氧化分解水中 的污染物质，而且能够起到杀菌、脱色和除臭的作用。因此，O₃协同电催化氧化法在水 处理过程中具有广泛的应用价值。

目前，对于电催化氧化方法处理有机废水的研究主要集中在阳极方面，与此同时，阴 极则会发生无用的析氢反应。然而利用阴极的还原能力，产生氧化剂氧化有机物，可将其 消耗无用功的能量转化为有用功。阴极间接氧化不仅可以产生氧化剂H₂O₂，同时可降低 电解池的槽电压、提高电流效率。因此，利用阴阳两极的协同作用，相对于仅利用阳极催 化氧化降解有机物，不仅提高了有机物的降解效率，而且还降低了能源消耗。

近年来，对于电催化氧化过程中所用到的阳极材料的研究已日益成熟，大多使用钌钛 涂层的金属，而对阴极材料的研究成为了焦点。目前，所使用的阴极材料多为网状多孔玻 碳电极、石墨电极、汞电极和氧扩散电极，但是这些电极能耗高、成本高、电流效率低。 因此研究一种制备方法简单、能耗小、稳定性好的阴极材料具有实际意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前常用电极制备方法复杂、能耗大和稳定性差的问题，而 提供泡沫镍基纳米石墨电极及其制备方法和应用。

本发明泡沫镍基纳米石墨电极由泡沫镍、纳米石墨、壳聚糖和聚四氟乙烯(PTFE)组成， 以泡沫镍作为基材，采用涂刷法将涂刷液涂刷到泡沫镍上，其涂刷液中聚四氟乙烯与壳聚 糖的质量比为(0.1～5.0):1，纳米石墨与壳聚糖的质量比为(0.1～5.0):1。

本发明泡沫镍基纳米石墨电极的制备方法按下列步骤实现：

一、将泡沫镍基材剪切成型，然后放入浓硫酸溶液中进行酸洗，取出用蒸馏水淋洗后 放入丙酮溶液中进行超声除油，再用蒸馏水超声振离，甩干，最后用无水乙醇润洗，干燥 得到预处理的泡沫镍；

二、将冰醋酸溶液溶于去离子水中，向其中加入壳聚糖，搅拌直至壳聚糖全部溶解， 然后加入质量分数为10％的PTFE溶液，搅拌后加入纳米石墨，搅拌均匀后得到涂刷液， 其中所述的PTFE与壳聚糖质量比为(0.1～5.0):1，纳米石墨与壳聚糖的质量比为 (0.1～5.0):1；

三、将涂刷液均匀涂刷到步骤一的预处理的泡沫镍上，转入烘箱内烘干，取出后重复 涂刷烘干过程多次，得到泡沫镍基纳米石墨电极。

本发明泡沫镍基纳米石墨电极的应用是在隔膜电解体系中以泡沫镍基纳米石墨电极 作为阴极并与O₃协同对有机废水进行电催化氧化降解。