[发明专利]一种三维石墨烯基电芬顿阴极及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种三维石墨烯基电芬顿阴极及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将液晶相氧化石墨烯分散液进行湿法纺丝，之后经凝固浴得到氧化石墨烯纤维；(2)将步骤(1)得到的氧化石墨烯纤维组装、还原，得到所述三维石墨烯基电芬顿阴极。本发明提供的三维石墨烯基电芬顿阴极导电性好、比表面积大、催化活性位点丰富，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于石墨烯新材料领域，具体涉及一种三维石墨烯基电芬顿阴极及其制备方法和应用，尤其涉及一种三维石墨烯基电芬顿阴极及其制备方法和应用。

背景技术

电化学高级氧化技术通过生成强氧化性的·OH自由基，无选择性地将有机分子分解为水和二氧化碳等无机态分子，过程绿色高效且无二次污染，在有机废水处理领域具有广阔的应用前景。电芬顿技术作为典型的电化学高级氧化技术，通过阴极电化学还原氧气原位产生过氧化氢，进而与Fe²⁺与发生芬顿反应生成·OH，以降解有机污染物，同时反应副产物Fe³⁺能够被阴极还原为Fe²⁺，从而实现降解过程的连续化与可循环。

阴极材料的性能决定H₂O₂的原位生成速率，进而直接影响电芬顿处理有机污染物的能效，因此探索具有优异综合性能的阴极材料成为该领域的研究热点。以石墨毡、活性碳纤维、发泡玻璃碳为代表的碳材料由于具有无毒，析氢过电位高，催化分解H₂O₂活性低，化学稳定性、导电性、抗腐蚀性佳等优异性质，成为电芬顿阴极最常用的材料。然而以上碳材料普遍存在催化活性低、比表面积小、导电性差等问题，导致过氧化氢生成速率低、废水降解效率低、综合能耗高，从而极大限制了电芬顿技术的工程应用。为提升碳基阴极材料的性能，普遍通过含氧官能团修饰、杂原子掺杂、表面刻蚀造孔等形式增加其催化氧还原产过氧化氢活性位点，然而受限于阴极材料本身较差的导电性与较低的比表面积，该方法对其性能的提升极其有限，且过程耗时耗力。

CN201610234927.0公开了一种应用于非均相电芬顿体系的氧化石墨烯GO/聚3,4-乙烯二氧噻吩PEDOT:聚对苯乙烯磺酸钠PSS改性的石墨毡电极的制备及应用，该发明将经过除油去污的石墨毡材料作为工作电极，铂丝电极作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，氧化石墨烯悬浮液、3,4-乙烯二氧噻吩和聚对苯乙烯磺酸钠混合液作为电解液，采用循环伏安电聚合方法制备改性的石墨毡电极。该发明改性的石墨毡电极应用于非均相电芬顿体系能显著提高阴极导电性能和氧化还原产生H₂O₂反应催化活性，可以有效地提升对阳离子染料废水的降解去除能力。然而其应用性能依然受限于石墨毡电极较差的导电性与比表面积，以及石墨烯与石墨毡界面处电子传递阻力。

由于目前受限于阴极材料本身较差的导电性与较低的比表面积，使得制备得到的电芬顿阴极性能受限。因此，如何提供一种具有高导电性、高比表面积、高催化活性的新型电芬顿阴极，成为了亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种三维石墨烯基电芬顿阴极及其制备方法和应用，尤其提供一种三维石墨烯基电芬顿阴极及其制备方法和应用。本发明提供的三维石墨烯基电芬顿阴极导电性好、比表面积大、催化活性位点丰富，具有广阔的应用前景。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种三维石墨烯基电芬顿阴极的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将液晶相氧化石墨烯分散液进行湿法纺丝，之后经凝固浴得到氧化石墨烯纤维；

(2)将步骤(1)得到的氧化石墨烯纤维组装、还原，得到所述三维石墨烯基电芬顿阴极。