[发明专利]一种负载三金属碳纳米纤维电芬顿阴极及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种负载三金属碳纳米纤维电芬顿阴极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将2-甲基咪唑（MIM）与聚丙烯腈（PAN）混纺，采用静电纺丝法制备MIM/PAN前驱体纳米纤维：将2-甲基咪唑与聚丙烯腈溶于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，搅拌后进行电纺丝；纺丝速度为0.6~0.8 mL/h，收集器到针的距离为15 cm，纺丝电压为20kV，温度为25±1℃，湿度为30±10％，得到MIM/PAN前驱体；

（2）在MIM/PAN前驱体上原位生长Fe/Co/Zn共掺杂的类沸石咪唑骨架材料Fe-Co-Zn-ZIF@PAN：将步骤（1）得到的MIM/PAN前驱体浸泡于含有金属盐的甲醇溶液中，所述金属盐为1~3 mmol的FeCl₂·4H₂O、1~3 mmol的CoCl₂·6H₂O和 1~3 mmol的Zn (NO₃)₂·6H₂O；之后，将含有2-甲基咪唑的甲醇溶液倒入上述溶液中以促进Fe-Co-Zn-ZIF的连续生长；在室温下老化后，用甲醇洗涤数次，即得到Fe-Co-Zn-ZIF@PAN静电纺丝纳米纤维膜；

（3）将Fe-Co-Zn-ZIF@PAN静电纺丝纳米纤维膜煅烧碳化得到金属和氮共掺杂碳纳米纤维复合材料Fe/Co/Zn@C-NCNFs：将步骤（2）所得的Fe-Co-Zn-ZIF@PAN在管式炉中，以0.5~2℃/min的升温速度从室温加热至270~290℃，再在空气气氛中保持1.5~2.5 h以稳定石墨碳结构，最后在管式炉中800℃下煅烧碳化，即得到Fe/Co/Zn@C-NCNFs；

（4）将Fe/Co/Zn@C-NCNFs分散到Nafion溶液和无水乙醇的混合溶液中，超声处理后，将催化剂的分散液滴到预处理后的碳毡（CF）上，在60~80℃的真空干燥箱内烘干，即得到Fe/Co/Zn@C-NCNFs-CF阴极；所述碳毡的预处理是将商业碳毡分别浸泡在硝酸、丙酮和去离子水中，然后真空干燥，得到负载三金属碳纳米纤维电芬顿阴极。

2.根据权利要求1所述负载三金属碳纳米纤维电芬顿阴极的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述2-甲基咪唑与聚丙烯腈的质量比为1:2~3；所述N,N-二甲基甲酰胺溶液的体积为12 mL。

3.根据权利要求1所述负载三金属碳纳米纤维电芬顿阴极的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述搅拌的时间为8~12 h。

4.根据权利要求1所述负载三金属碳纳米纤维电芬顿阴极的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述2-甲基咪唑的甲醇溶液中2-甲基咪唑为30 mmol；所述2-甲基咪唑的甲醇溶液的体积为10 mL；所述老化的时间为8~12 h。

5.根据权利要求1所述负载三金属碳纳米纤维电芬顿阴极的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述Nafion溶液的体积为10 μL，体积百分比浓度为1~5％；所述无水乙醇的体积为1mL。

6.根据权利要求1所述负载三金属碳纳米纤维电芬顿阴极的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述超声处理时间为1~6 min；所述硝酸的浓度为0.5~1.5 mol/L。

7.权利要求1~6任一项所述方法制备得到负载三金属碳纳米纤维电芬顿阴极，其特征在于，该阴极材料的比表面积为74.2220~108.0131 m²/g；孔体积为0.0899~0.1109 cm³/g，还原电位为-0.7225V~0.2468V。

8.权利要求7所述负载三金属碳纳米纤维电芬顿阴极的应用，其特征在于，在异相电芬顿体系中，以Fe/Co/Zn@C-NCNFs-CF为阴极，水中的溶解氧在阴极被还原为H₂0₂，H₂0₂与负载在碳纳米纤维阴极表面的铁离子、锌离子或钴离子发生反应生成羟基自由基，氧化降解抗生素恩诺沙星。