專利名稱：納米Fe₃O₄-V₂O₅-Au摻雜聚噻吩膜修飾活性炭纖維電極的制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電催化氧還原的化學(xué)修飾電極技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種納米Fe3O4-V2O5-Au摻雜聚噻吩膜修飾活性炭纖維電極的制備エ藝。
背景技術(shù)：
近年來，隨著電化學(xué)技術(shù)在環(huán)境領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，特別是電Fenton法處理焦化廢水等污染問題，如何提高陰極的氧還原催化性能成為了研究的熱點(diǎn)，有很多研究集中在修飾陰極材料以提高其氧還原催化性能。目前國內(nèi)外研究中修飾陰極的材料主要有導(dǎo)電聚合物和無機(jī)磁性復(fù)合物。導(dǎo)電聚合物通常有大n鍵共軛結(jié)構(gòu)，剛性鏈，一般不溶不熔，化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性好，其単體經(jīng)電活性聚合可直接沉積在電極表面，接著牢固，不易發(fā)生活性體的流失，故其重現(xiàn)性好，電極壽命長(zhǎng)；且導(dǎo)電聚合物無毒無害、制備簡(jiǎn)便，具有較高的導(dǎo)電性能和環(huán)境穩(wěn)定性，目前導(dǎo)電聚合物研究較多的是聚吡咯、聚苯胺、聚亞苯基等。無機(jī)磁性復(fù)合物價(jià)格低廉，資源豐富，作為ー種重要的電極材料廣泛應(yīng)用于超級(jí)電容器、電池、燃料電池等方面，其納米材料因其小尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)具有獨(dú)特的電催化活性，已被作為氧氣還原催化劑加以研究，目前納米無機(jī)磁性復(fù)合物研究較多的是Fe3O4及各種鐵氧體、鹽類及其他過渡金屬氧化物等?；谝陨蟽?yōu)勢(shì)，將導(dǎo)電聚合物和無機(jī)磁性復(fù)合物絡(luò)合后共同修飾電極，可以克服各自的缺陷從而實(shí)現(xiàn)提高陰極的氧還原催化性能的目的。但是目前的研究中，只涉及ー種或兩種無機(jī)磁性復(fù)合物與ー種導(dǎo)電聚合物絡(luò)合，且導(dǎo)電聚合物多為聚苯胺及其同系物，修飾的電極多為石墨和活性炭，因此多種復(fù)合物修飾的活性炭纖維電極的制備エ藝，目前還缺少該方面的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種納米Fe3O4-V2O5-Au摻雜聚噻吩膜修飾活性炭纖維電極的制備エ藝。其具體步驟如下:(I)將5.30g FeCl3溶解于35mLこニ醇中，在1000r/min攪拌條件下加入5.28gNaAc并攪拌30min,得到混合溶液A ；(2)將步驟⑴得到的混合溶液A轉(zhuǎn)移到容積為55mL的高壓消解罐中，加熱至200°C并保溫反應(yīng)10h，得到固體產(chǎn)物B ;(3)將步驟(2)得到的固體產(chǎn)物B在轉(zhuǎn)速為6000r/min條件下進(jìn)行離心分離，然后用15mL去離子水洗滌，重復(fù)洗滌兩遍，用20mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%的こ醇洗滌一遍，置于60°C條件下干燥4h，得到顆粒A;(4)將3.0Og十六烷基三甲基溴化銨、17.0OmL正辛烷、5.0OmL正丁醇依次加入250mL錐形瓶中，再加入2.0Og偏釩酸銨和IOOmL去離子水，置于70°C水浴中在5000r/min條件下攪拌15min,得到微乳液A ；
(5)將3.0Og十六烷基三甲基溴化銨、17.0OmL正辛烷、5.0OmL正丁醇依次加入250mL錐形瓶中，再加入IOOmL摩爾濃度為0.80mol/L的稀硫酸，在1000r/min條件下攪拌15min，得到微乳液B ;(6)將步驟⑷得到的微乳液A與步驟(5)得到的微乳液B混合，然后在IOOOr/min條件下攪拌IOmin,靜置IOh,再在6000r/min條件下離心20min,去除上清液,用15mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%的こ醇洗滌，重復(fù)洗滌5次,得到固體產(chǎn)物C ；(7)將步驟(6)得到的固體產(chǎn)物C在100°C條件下干燥24h，再置于馬弗爐中在500°C條件下焙燒2h，得到顆粒B ；(8)將20mg步驟(3)得到的顆粒A和20mg步驟(7)得到的顆粒B加入250mL錐形瓶中，再加入1.16g聚こ烯吡咯烷酮和IOOmL去離子水，超聲震蕩lOmin，加入1.0OmL質(zhì)量濃度為0.02g/mL的HAuCl4溶液，繼續(xù)超聲震蕩5min ；(9)向步驟(8)的錐形瓶中加入2.0OmL重量百分比為I %的檸檬酸鈉溶液，在40°C條件下震蕩反應(yīng)30min,在6000r/min條件下離心15min,去除上清液,然后用15mL去離子水洗滌，重復(fù)洗滌兩遍，在20°C條件下干燥24h后獲得固體產(chǎn)物D ；(10)將厚度為Imm的活性炭纖維剪成5cmX IOcm大小，置于去離子水中煮沸l(wèi)h，取出在50mL去離子水中浸泡24h，然后在烘箱中烘干24h，得到預(yù)處理過的活性炭纖維電極；(11)將0.1g步驟(9)得到的固體`產(chǎn)物D，置于IOmL無水こ醇中，超聲震蕩lOmin，然后取出IOyL滴在步驟(10)預(yù)處理過的活性炭纖維電極上，在20°C條件下靜置30min，得到修飾電極A ;(12)將ImL噻吩加入IOmL摩爾濃度為10.0moI/L的H3PO4溶液中，作為電聚合的離子液體，以步驟(11)得到的修飾電極A為工作電極，以Pt電極為對(duì)電極，以Ag電極為參比電極，0 2V循環(huán)伏安法聚合10圈，掃描速度為45mV/s，得到納米Fe3O4-V2O5-Au摻雜聚噻吩膜修飾活性炭纖維電扱。本發(fā)明的有益效果是，制得的納米Fe3O4-V2O5-Au摻雜聚噻吩膜修飾活性炭纖維電極氧還原催化性能高，且電極壽命長(zhǎng)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種納米Fe3O4-V2O5-Au摻雜聚噻吩膜修飾活性炭纖維電極的制備エ藝，下面通過ー個(gè)實(shí)例來說明其實(shí)施過程。實(shí)施例1.
將5.30gFeCl3溶解于35mLこニ醇中，加入5.28g NaAc并在1000r/min條件下并攪拌30min，得到混合溶液A并將其轉(zhuǎn)移到容積為55mL的高壓消解罐中，加熱至200°C并保溫反應(yīng)10h，得固體產(chǎn)物B ;然后將固體產(chǎn)物B在轉(zhuǎn)速為6000r/min條件下進(jìn)行離心分離，然后用15mL去離子水洗漆,重復(fù)洗漆兩遍,用20mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%的こ醇洗漆一遍,置于60°C條件下干燥4h，得到顆粒A。將3.0Og十六烷基三甲基溴化銨、17.0OmL正辛烷、5.0OmL正丁醇依次加入250mL錐形瓶中，再加入2.0Og偏釩酸銨和IOOmL去離子水，置于70°C水浴中在5000r/min條件下攪拌15min，得微乳液A ;然后將3.0Og十六烷基三甲基溴化銨、17.0OmL正辛烷、5.0OmL正丁醇依次加入250mL錐形瓶中，再加入IOOmL摩爾濃度為0.80mol/L的稀硫酸，在IOOOr/min條件下攪拌15min,得到微乳液B ;將微乳液A與微乳液B混合,然后在1000r/min條件下攪拌IOmin,靜置IOh,再在6000r/min條件下離心20min,去除上清液,用15mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%的こ醇洗滌，重復(fù)洗滌5次，得到固體產(chǎn)物C并將其在100°C條件下干燥24h，再置于馬弗爐中在500°C條件下焙燒2h，得到顆粒B。將20mg顆粒A和20mg顆粒B加入250mL錐形瓶中，再加入1.16g聚こ烯吡咯烷酮和IOOmL去離子水，超聲震蕩lOmin，加入1.0OmL質(zhì)量濃度為0.02g/mL的HAuCl4溶液，繼續(xù)超聲震蕩5min ;然后再加入2.0OmL重量百分比為I %的檸檬酸鈉溶液，在40°C條件下震蕩反應(yīng)30min,在6000r/min條件下離心15min,去除上清液,然后用15mL去離子水洗漆，重復(fù)洗滌兩遍，在20°C條件下 干燥24h后獲得固體產(chǎn)物D。將厚度為Imm的活性炭纖維剪成5cmX IOcm大小，置于去離子水中煮沸l(wèi)h，取出在50mL去離子水中浸泡24h，然后在烘箱中烘干24h，得到預(yù)處理過的活性炭纖維電極；將
0.1g固體產(chǎn)物D，置于IOmL無水こ醇中，超聲震蕩lOmin，然后取出IOy L滴在預(yù)處理過的活性炭纖維電極上，在20°C條件下靜置30min，得到修飾電極A ;然后將ImL噻吩加入IOmL摩爾濃度為10mol/L的H3PO4溶液中，作為電聚合的離子液體，以得到的修飾電極A為工作電極，以Pt電極為對(duì)電極，以Ag電極為參比電極，0-2V循環(huán)伏安法聚合10圈，掃描速度為45mV/s，得到納米Fe3O4-V2O5-Au摻雜聚噻吩膜修飾活性炭纖維電極。下面是運(yùn)用本發(fā)明方法制得的納米Fe3O4-V2O5-Au摻雜聚噻吩膜修飾活性炭纖維電極對(duì)焦化廢水進(jìn)行處理實(shí)驗(yàn)，進(jìn)ー步說明本發(fā)明。運(yùn)用本發(fā)明方法制得的納米Fe3O4-V2O5-Au摻雜聚噻吩膜修飾活性炭纖維電極對(duì)焦化廢水進(jìn)行處理實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明該電極能夠高效處理焦化廢水中的揮發(fā)酚:當(dāng)廢水中的揮發(fā)酚濃度為284mg/L吋，以納米Fe3O4-V2O5-Au摻雜聚噻吩膜修飾活性炭纖維電極為陰極，pH為3.5，電壓為13V，處理時(shí)間為30min，處理后揮發(fā)酚濃度為15.37mg/L,處理效率達(dá)到94.59%。
權(quán)利要求
1.一種納米Fe3O4-V2O5-Au摻雜聚噻吩膜修飾活性炭纖維電極的制備エ藝，其特征在干，該エ藝的具體步驟如下: (1)將5.30g FeCl3溶解于35mLこニ醇中，在1000r/min攪拌條件下加入5.28g NaAc并攪拌30min，得到混合溶液A ； (2)將步驟(I)得到的混合溶液A轉(zhuǎn)移到容積為55mL的高壓消解罐中，加熱至200°C并保溫反應(yīng)10h，得到固體產(chǎn)物B ； (3)將步驟(2)得到的固體產(chǎn)物B在轉(zhuǎn)速為6000r/min條件下進(jìn)行離心分離，然后用15mL去離子水洗滌，重復(fù)洗滌兩遍，用20mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%的こ醇洗滌一遍，置于60°C條件下干燥4h，得到顆粒A ; (4)將3.0Og十六烷基三甲基溴化銨、17.0OmL正辛烷、5.0OmL正丁醇依次加入250mL錐形瓶中，再加入2.0Og偏釩酸銨和IOOmL去離子水，置于70°C水浴中在5000r/min條件下攪拌15min，得到微乳液A ； (5)將3.0Og十六烷基三甲基溴化銨、17.0OmL正辛烷、5.0OmL正丁醇依次加入250mL錐形瓶中，再加入IOOmL摩爾濃度為0.80mol/L的稀硫酸,在1000r/min條件下攪拌15min,得到微乳液B ； (6)將步驟(4)得到的微乳液A與步驟(5)得到的微乳液B混合，然后在lOOOr/min條件下攪拌IOmin,靜置IOh,再在6000r/min條件下離心20min,去除上清液,用15mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%的こ醇洗滌，重復(fù)洗滌5次，得到固體產(chǎn)物C ； (7)將步驟(6)得到的固體產(chǎn)物C在100°C條件下干燥24h，再置于馬弗爐中在500°C條件下焙燒2h，得到顆粒B; (8)將20mg步驟(3)得到 的顆粒A和20mg步驟(7)得到的顆粒B加入250mL錐形瓶中，再加入1.16g聚こ烯吡咯烷酮和IOOmL去離子水，超聲震蕩lOmin，加入1.0OmL質(zhì)量濃度為0.02g/mL的HAuCl4溶液，繼續(xù)超聲震蕩5min ； (9)向步驟(8)的錐形瓶中加入2.0OmL重量百分比為I %的檸檬酸鈉溶液，在40°C條件下震蕩反應(yīng)30min,在6000r/min條件下離心15min,去除上清液,然后用15mL去離子水洗滌，重復(fù)洗滌兩遍，在20°C條件下干燥24h后獲得固體產(chǎn)物D ； (10)將厚度為Imm的活性炭纖維剪成5cmXIOcm大小，置于IOOmL去離子水中煮沸l(wèi)h，取出在50mL去離子水中浸泡24h，然后在烘箱中烘干24h，得到預(yù)處理過的活性炭纖維電極； (11)將0.1g步驟(9)得到的固體產(chǎn)物D，置于IOmL無水こ醇中，超聲震蕩lOmin，然后取出IOyL滴在步驟(10)預(yù)處理過的活性炭纖維電極上，在20°C條件下靜置30min，得到修飾電極A ; (12)將ImL噻吩加入IOmL摩爾濃度為10.0mo 1/L的H3PO4溶液中，作為電聚合的離子液體，以步驟(11)得到的修飾電極A為工作電極，以Pt電極為對(duì)電極，以Ag電極為參比電極，0 2V循環(huán)伏安法聚合10圈，掃描速度為45mV/s，得到納米Fe3O4-V2O5-Au摻雜聚噻吩膜修飾活性炭纖維電扱。
全文摘要
本發(fā)明公開了納米Fe3O4-V2O5-Au摻雜聚噻吩膜修飾活性炭纖維電極的制備工藝。將FeCl3和NaAc溶于乙二醇，干燥得顆粒A；將十六烷基三甲基溴化銨、正辛烷、正丁醇混合分兩份，一份加入偏釩酸銨和去離子水，攪拌得微乳液A；另一份加入稀硫酸，攪拌得微乳液B；將微乳液A和B混合，離心洗滌，焙燒得顆粒B；將顆粒A和B混合，加入聚乙烯吡咯烷酮、HAuCl4溶液和去離子水，震蕩離心，洗滌干燥并溶于無水乙醇，震蕩取10μL滴在預(yù)處理過的活性炭纖維電極上，靜置得修飾電極A；將1mL噻吩加入濃硫酸中，以修飾電極A為工作電極進(jìn)行電聚合反應(yīng)，得到納米Fe3O4-V2O5-Au摻雜聚噻吩膜修飾活性炭纖維電極。
文檔編號(hào)C25B11/14GK103114301SQ201310067209
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月4日
發(fā)明者豆俊峰, 謝恩, 丁愛中, 袁靜 申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)