[发明专利]负载复合氧化物磁性纳米线和碳纳米管的电极及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明属于催化材料纳米线电极制备以及环境污染净化应用技术领域，具体涉及一种附载金属氧化物/碳纳米管电极的制备方法。

背景技术

近年来，等离子体催化技术一直被认为是一种高效降解有机污染物的高级氧化技术，但液相放电技术存在电压高，电极损耗较大等问题。为了解决电极材料损耗大、起晕电压高等缺点，研究者们采用多孔性网状玻璃碳电极或不锈钢金属网作为电极提高放电通道，或在板电极表面分布小孔，可以在电极周边及孔边缘地区形成放电通道，通过宏观电极材料结构和形式的改变能增强放电通道。而通过改变微观纳米结构电极材料产生纳米效应也越来越引起了人们的注意，合适的纳米结构电极材料更有利于电晕放电的产生。

发明内容

本发明提供一种简单易制的过渡金属/钴复合氧化物磁性纳米线合成方法，实际应用效果稳定高效，能够进一步制备得到附载金属氧化物/碳纳米管电极，进行有机污染物的等离子体降解。

一种负载复合氧化物磁性纳米线和碳纳米管电极的制备方法，包括如下步骤：

(1)将十六烷基三甲基溴化铵、环己烷和正戊醇混合均匀，然后加入草酸溶液，混合均匀后加入含过渡金属离子和钴离子的混合溶液，室温下持续搅拌反应得微乳液；

(2)将微乳液离心去杂质后在空气中烘干得粉末，再将所得粉末在空气中煅烧得过渡金属/钴复合氧化物磁性纳米线；

(3)将所得过渡金属/钴复合氧化物磁性纳米线与多壁碳纳米管及十二烷基苯磺酸钠溶解于乙二醇中，分散均匀后浸入海绵或碳毡电极，海绵或碳毡电极取出烘干，再浸入，重复数次后即得。

本发明将金属氧化物纳米线/碳纳米管电极应用于脉冲电晕放电体系，利用CNTs作为金属氧化物纳米线载体，通过CNTs表面富集，提高污染物与金属氧化物催化剂充分接触，电极表面的金属氧化物纳米线大大提高电极导电性，在电极表面形成纳米线尖端微放电，提高放电电场强度，实现金属氧化物催化作用，为提高降解效率提供多重优势。

本发明制备方法采用微乳液制备法。微乳液通常由表面活性剂、助表面活性剂、有机溶剂和水(或水溶液)组成。对纳米材料的粒径和稳定性进行精确控制，限制了纳米粒子的成核、生长、聚结、团聚等过程，从而形成的纳米粒子包裹有一层表面活性剂，并有一定的凝聚态结构。

优选地，十六烷基三甲基溴化铵、环己烷、正戊醇、草酸混合。其中十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，是一种表面活性剂，起到增加表面活性，降低油水界面张力以及阻止液面聚集，提高稳定性，形成油/水界面形成的有序组合体的作用。正戊醇则是一种助表面活性剂。主要起到如下作用：(1)降低界面张力；(2)增加界面膜流动性；(3)调整表面活性剂活动值。环己烷是油相，草酸溶液则组成水相。草酸作为模板，与金属离子形成草酸盐，进一步形成可牺牲模板，高温煅烧后微乳液和草酸模板被分解去除，最终形成金属氧化物纳米线。两种互不相溶的连续介质被表面活性剂双亲分子分割成微小空间形成微型反应器，其大小可控制在纳米级范围，反应物在体系中反应生成固相粒子。优选地，十六烷基三甲基溴化铵、环己烷、正戊醇、草酸和混合溶液的混合比例为1g：25～35mL：0.8～1.2mL：1.2～1.8mL：0.4～0.6mL，所述草酸溶液的浓度为0.1M，混合溶液中过渡金属离子的浓度为0.05M～0.1M，钴离子的浓度为0.05M～0.1M。

进一步优选，所述十六烷基三甲基溴化铵、环己烷、正戊醇和草酸的混合比例为1g：30mL：1mL：1.5mL：0.5mL。

优选地，将过渡金属的盐溶液和钴的盐溶液混合得步骤(1)中所述含过渡金属离子和钴离子的混合溶液，所述过渡金属的盐溶液为Zn(NO₃)₂、FeSO₄Mn(NO₃)₂、Ni(NO₃)₂溶液中的一种；所述钴的盐溶液为Co(NO₃)₂溶液。

优选地，步骤(1)中持续搅拌反应20～25h得微乳液。

步骤(2)中去杂质的方法为采用酒精离心。

优选地，步骤(2)中烘干温度为75～85℃；煅烧温度为500℃～700℃；进一步优选地，煅烧温度为500℃，煅烧时间为2～4小时。

优选地，步骤(3)中电极每次的浸入时间为15～25min；每次干燥在65～75℃烘箱烘干0.8～1.2h。