[发明专利]一种具有三维孔隙的电化学过滤电极制备方法

说明书

一种具三维孔隙的电化学过滤电极制备方法，属于能源和催化材料技术领域。将碳化钼粉末与无机矿物黏土粉末、珍珠岩粉末按质量比为(1.5～8)∶(1～4)∶(0～1)充分混合形成物料A；将海藻酸钠、聚乙二醇、甲基纤维素按质量比(0.5～3.5)∶(0.05～0.15)∶(0.05～1.5)充分混合形成物料B；再将物料A、物料B和去离子水按质量比20∶(1.5～5)∶(15‑20)充分混合，形成塑性混合材料并陈化；然后将所得到的塑性混合物料压制成型，自然风干；再在惰性气体保护下，焙烧，自然冷却，从而得到具三维孔隙电化学过滤电极。本发明具有机械强度高、耐磨性好、催化活性高，可使水流垂直通过电极，增强水中污染物的传质效果，且装载方便，可大大简化电化学过滤反应器结构等优点。

技术领域

本发明涉及一种制作工艺简单、催化活性高、具有三维孔隙的电化学过滤电极制备方法，属于能源和催化材料技术领域。

背景技术

有毒有害污染物的排放会造成水体污染和生态环境破坏，并对人类的健康造成威胁。电化学氧化水处理技术，由于其对难生物降解和危险化学有机污染物处理具有显著效果，且操作方便，绿色安全，因此备受关注。传统的电化学反应电极，多为二维平面材料，水流只能平行通过电极表面，存在传质限制，反应器处理效率较低。如何增大电极的有效面积，提高反应器处理效率，是电化学氧化技术发展中一个亟待解决的重点问题。

以具有三维孔隙电极材料为基础的电化学过滤技术，使水流垂直通过电极，在增强传质效果的同时，还可以提高吸附与氧化效率，是近年来电化学水处理技术的一个热点。电化学过滤中采用的电极材料，就其形态而言，常见的主要有颗粒状、网膜状等。颗粒状电极材料仅允许液体流过电极周围的空间，当三维立体结构反应器采用流化床结构时，会存在电接触和电流分布不均匀等问题，致使装置运行不够稳定，电极材料本身的特性不能得到很好发挥；采取固定床时，也会存在水力条件不均匀、传质限制等问题，颗粒电极材料较大比表面积的特性不能够很好地发挥，通常需要进行曝气或者磁力搅拌，以提高传质效果等。此外，还存在电极材料易于流失及回收等难题。

近年来以碳纳米管(CNT)为主体的网膜状电极材料研究较多。CNT电极材料结合了稳定性、柔韧性和比表面积大的诸多优点，是电化学较好的电化学电极材料。当采用CNT作为电极材料时，因为水流和膜状电极材料垂直通过，因而叫做电化学过滤，通常采用二电极结构形式。但是碳纳米管膜非常脆弱，需要以其他支撑材料作为保护，反应器整体拆装密封等比较困难。实际使用过程中也存在电极材料固定不牢、易积气损坏等问题。更重要的是CNT材料本身为纳米材料，具有一定的生物毒性，当应用于饮用水处理时，则存在新的安全隐患。

近年来，碳化物作为催化材料引起了研究者的广泛关注。碳化钼是由半径较小的C原子嵌入半径较大金属Mo原子晶格形成“间充性合金”，从而形成简单的晶格结构。金属Mo原子向C原子转移电子，可以形成金属键、离子键和共价键三种化学键，从而导致金属Mo被碳化后展现出有别于母体金属的优良性能。碳化钼不仅具有类贵金属催化性质，在加氢反应、制氢反应、氧还原反应、脱硫反应、脱氮反应等方面具有良好的催化性能，还具有高熔点、高稳定性和耐焙烧等优良性能，因而在各种耐高温、耐磨擦和耐化学腐蚀性的机械和环保领域也备受关注。由于碳化钼相对铂族贵金属具有较强的价格优势，并具各良好的抗中毒性能，是电催化领域良好的电极选择。

碳化钼制备方法主要有：程序升温反应法、热分解法、液相反应法、化学气相沉淀法、有机-无机杂化法、超声法、微波制备法等。所制备的碳化钼主要为纳米级别微粒，虽然具有较大的比表面积，催化效率高，但是不利于在电催化领域应用。

发明内容

技术问题：本发明的目的是公开一种具有三维孔隙的电化学过滤电极制备方法。用该方法制备的网膜状电化学过滤电极保留了碳化钼的催化活性，具有制备工艺简单、条件温和，机械强度高，装载方便，大大简化反应器结构等优点。

技术方案：本发明的一种具有三维孔隙的电化学过滤电极制备方法，具体包括以下步骤：