一种Cu掺杂Fe2O3纳米颗粒/多孔石墨毡阴极的制备及应用

技术领域

本发明属于电化学水处理技术领域，涉及到一种Cu掺杂Fe

背景技术

高级氧化法是一种利用自由基(羟基自由基或硫酸根自由基等)对污染物进行无选择性攻击并最终将其矿化为CO

非均相电芬顿技术可以有效拓展电芬顿体系的pH应用范围以及避免对环境造成二次污染，成功解决了均相电芬顿技术存在的问题。目前已报到非均相电芬顿催化剂中，将过渡金属活性组分组装到电极上构建的双功能阴极材料能够电催化生成H

发明内容

针对提高双功能阴极的电催化性能和稳定性，本发明提出了一种通过一步水热法将过渡金属活性组分生长到多孔石墨毡上，制备出具有良好稳定性和高催化活性的Cu掺杂Fe

一种Cu掺杂Fe

(1)将石墨毡用丙酮超声浸泡30min，再用去离子水超声清洗数次除去残留的丙酮，干燥，最后将石墨毡放入高温气氛炉中500℃高温处理3h；

(2)以步骤(1)所得的预处理后的石墨毡为基体，以醋酸钴为金属前驱体，通过CoOx原位刻蚀技术制备多孔石墨毡，优选具体步骤为：将预处理后的石墨毡浸泡于含1g/L醋酸钴的乙醇溶液中，超声处理20min，然后取出放置在室温下干燥12h；将所得的载有醋酸钴晶体的石墨毡置于高温气氛炉中，在空气氛围中，先后依次经过300℃恒温1h和400℃恒温1h，最后得到多孔石墨毡；

(3)以步骤(2)所得多孔石墨毡为基体，以0-50mM硝酸铜、10-50mM硝酸铁、100-200mM尿素和20-40mM氯化铵配置的水溶液为生长液，将多孔石墨毡浸没在生长液中转移至聚四氟乙烯反应釜内，60-150℃水热反应6-24h，在多孔石墨毡表面上生长Cu掺杂Fe

本发明所得在多孔石墨毡表面上生长Cu掺杂Fe

本发明具有以下优异效果：

1.本发明具有循环使用操作简单和无需额外投加催化剂。

2.采用本发明方法制备得到的Cu掺杂Fe

3.采用本发明方法制备得到Cu掺杂Fe

附图说明

图1(A)、图1(B)和图1(C)分别为原始石墨毡、多孔石墨毡和Cu掺杂Fe

图2为本发明方法改性后石墨毡的X射线衍射图。

图3为本发明方法改性前后石墨毡的N

图4为本发明方法改性前后石墨毡材料循环伏安曲线(曲线a：对比例；曲线b：实施例1；曲线c：实施例2)。

图5为本发明方法改性前后石墨毡阴极应用于非均相电芬顿体系中对磺胺甲恶唑的降解效果。(曲线a：对比例；曲线b：实施例1；曲线c：实施例2；曲线d：实施例3；曲线e：实施例4)。

图6为本发明Cu掺杂Fe

具体实施方式

本发明是以多孔石墨毡为基体，以硝酸铜、硝酸铁、尿素和氯化铵配置的水溶液为生长液，通过水热反应，可获得Cu掺杂Fe

本发明所采用的石墨毡材料购买于湖南九华碳素高科有限公司，厚度为5mm。

下面实施例和对比例结合附图对本发明作进一步详细说明，但本发明并不仅限于以下的实施例。

实施例1

本发明基于Cu掺杂Fe

(1)将石墨毡用丙酮超声浸泡30min，再用去离子水超声清洗数次除去残留的丙酮，干燥，最后将石墨毡放入高温气氛炉中500℃高温处理3h；

(2)以步骤(1)所得的预处理后的石墨毡为基体，以醋酸钴为金属前驱体，通过CoOx原位刻蚀技术制备多孔石墨毡，优选具体步骤为：将预处理后的石墨毡浸泡于含1g/L醋酸钴的乙醇溶液中，超声处理20min，然后取出放置在室温下干燥12h；将所得的载有醋酸钴晶体的石墨毡置于高温气氛炉中，在空气氛围中，先后依次经过300℃恒温1h和400℃恒温1h，最后得到多孔石墨毡。

实施例2

本发明基于Cu掺杂Fe

(1)将石墨毡用丙酮超声浸泡30min，再用去离子水超声清洗数次除去残留的丙酮，干燥，最后将石墨毡放入高温气氛炉中500℃高温处理3h；

(2)以步骤(1)所得的预处理后的石墨毡为基体，以醋酸钴为金属前驱体，通过CoOx原位刻蚀技术制备多孔石墨毡，优选具体步骤为：将预处理后的石墨毡浸泡于含1g/L醋酸钴的乙醇溶液中，超声处理20min，然后取出放置在室温下干燥12h；将所得的载有醋酸钴晶体的石墨毡置于高温气氛炉中，在空气氛围中，先后依次经过300℃恒温1h和400℃恒温1h，最后得到多孔石墨毡；

(3)以步骤(2)所得多孔石墨毡为基体，以12.5mM硝酸铜、25mM硝酸铁、125mM尿素和31.25mM氯化铵配置的水溶液为生长液，将多孔石墨毡浸没在生长液中转移至聚四氟乙烯反应釜内，120℃水热反应12h，在多孔石墨毡表面上生长Cu掺杂Fe

实施例3

本发明刻蚀石墨毡电极的制备方法，如下：

本实施例与实施例2制备过程不同之处(其他步骤相同)在于步骤(3)中以6.25mM硝酸铜、25mM硝酸铁、125mM尿素和31.25mM氯化铵配置的水溶液为生长液，将多孔石墨毡浸没在生长液中转移至聚四氟乙烯反应釜内，120℃水热反应12h，在多孔石墨毡表面上生长Cu掺杂Fe

实施例4

本发明刻蚀石墨毡电极的制备方法，如下：

本实施例与实施例2制备过程不同之处(其他步骤相同)在于步骤(3)中以25mM硝酸铜、25mM硝酸铁、125mM尿素和31.25mM氯化铵配置的水溶液为生长液，将多孔石墨毡浸没在生长液中转移至聚四氟乙烯反应釜内，120℃水热反应12h，在多孔石墨毡表面上生长Cu掺杂Fe

对比例

将石墨毡用丙酮超声浸泡30min，再用去离子水超声清洗数次除去残留的丙酮，干燥。

效果应用试验例

将上述实施例制备的Cu掺杂Fe

1.Cu掺杂Fe

如附图1(A)所示，原始石墨毡纤维表面光滑，如附图1(B)所示，多孔石墨毡纤维表面存在许多的微孔结构，如附图1(C)所示，在Cu掺杂Fe

由Cu掺杂Fe

如附图2和3所示，依次经过CoOx原位刻蚀改性和水热改性后石墨毡具有较大的比表面积和电活性比表面积，这使其具有更多的电催化反应位点，从而提高电极的电催化降解污染物的性能。

2.Cu掺杂Fe

将该实施例获得的Cu掺杂Fe

如附图4所示，在60min时，Cu掺杂Fe

从附图5可知，Cu掺杂Fe

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改，均仍属于本发明技术方案的范围内。