[发明专利]一种疏水碳基气体扩散电极及其制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种疏水碳基气体扩散电极及其制备方法和应用。一种气体扩散电极，所述气体扩散电极包括集流体、扩散层和催化层；所述扩散层和催化层分别位于片状所述集流体的两侧，且组成成分都包括碳材料。该电极为高效电还原双氧水气体扩散电极，该电极应用于电催化过程中，既可以高效制备双氧水，又可以协同阳极快速降解水中的有机物。

技术领域

本申请涉及一种疏水碳基气体扩散电极及其制备方法和应用，属于电化学技术领域。

背景技术

高级氧化技术可以将有机物矿化为水和二氧化碳，因此在污水处理行业得到了广泛地应用。其中，电催化氧化技术（EO）具备操作简单、不产生二次污染、无添加试剂等优点，是一种非常有应用前景的水处理技术。电极材料是EO的核心，最近，诸多研究者致力于阴极材料的研究，Huijia Yang等人（Huijia Yang, Minghua Zhou, Weilu Yang, et al.Rolling-made gas diffusion electrode with carbon nanotube for electro-Fentondegradation of acetylsalicylic acid. Chemosphere. 206 (2018) 439–446）通过压制的方法制备了碳纳米管为活性组分的气体扩散电极用于高效去除水中的阿司匹林，其去除率在10min可以达到100%转化。Yi Xu等人（Yi Xu, Limei Cao, Wei Sun, et al. In-situcatalytic oxidation of Hg⁰ via a gas diffusion electrode, ChemicalEngineering Journal. 310 (2017) 170–178）利用活性碳粉制备了对污水中零价汞具有较好去除效果的气体扩散电极。由此可见，气体扩散电极在双氧水制备及污染物治理领域具有较广泛地应用前景。

然而，上述的气体扩散电极具有成本高、过氧化氢产率低的缺点，且电极的制备过程繁琐苛刻。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种疏水气体扩散电极，该电极为电还原氧气制备双氧水气体扩散电极，该电极应用于电催化过程中，不仅可以高效制备双氧水，而且可以协同阳极快速降解水中的有机物。

一种疏水碳基气体扩散电极，所述气体扩散电极包括集流体、扩散层和催化层；

所述集流体、扩散层和催化层呈“三明治”状形式位于中间及两侧；

所述扩散层及催化层主要由碳材料构成，且具有多孔结构。

可选地，所述集流体为金属材料；

所述扩散层、催化剂层包括碳、粘结剂；

可选地，所述金属材料包括钛、铁、镍、铜、不锈钢中的任一种；

所述碳包括碳纳米管、乙炔黑、石墨粉、活性炭粉中的至少一种；

所述粘结剂包括聚丙烯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丁烯、聚氯乙烯中的至少一种。

根据本申请的另一方面，还提供了一种疏水碳基气体扩散电极的制备方法，所述制备方法包括：

S100、将所述碳、粘结剂、造孔剂和分散剂混合均匀组成扩散层前驱体；

S200、将所述碳、粘结剂和分散剂的混合均匀组成催化层前驱体；

S300、将所述扩散层前体和所述催化层前驱体在一定温度下加热使其成为膏状体，分别涂覆在片状集流体的两侧，冷压，焙烧，得到气体扩散电极；

优选地，所述造孔剂为碳酸氢盐；所述碳酸氢盐主要有碳酸氢铵、碳酸氢钠、碳酸氢钾中的至少一种；

优选地，所述分散剂为醇类；

所述醇类化合物选自甲醇、乙醇、丙醇、正丙醇、异丙醇、异丁醇、正丁醇中的至少一种。

可选地，在步骤S100中，将碳、粘结剂、造孔剂和分散剂进行均匀混合，所述一定温度为100~160℃；