CN104805682A - 应用于电Fenton体系的碳纤维材料及其制备方法 - Google Patents

应用于电Fenton体系的碳纤维材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104805682A
CN104805682A CN201510185933.7A CN201510185933A CN104805682A CN 104805682 A CN104805682 A CN 104805682A CN 201510185933 A CN201510185933 A CN 201510185933A CN 104805682 A CN104805682 A CN 104805682A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon
carbon fiber
carbon fibre
fibre material
fiber material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510185933.7A
Other languages
English (en)
Inventor
蔡巧兰
陈雪松
范海青
陈水荣
吕淑瑜
宋雪平
李筱焕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang Metallurgy Environment Design Protection Research Co Ltd
Original Assignee
Zhejiang Metallurgy Environment Design Protection Research Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang Metallurgy Environment Design Protection Research Co Ltd filed Critical Zhejiang Metallurgy Environment Design Protection Research Co Ltd
Priority to CN201510185933.7A priority Critical patent/CN104805682A/zh
Publication of CN104805682A publication Critical patent/CN104805682A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)

Abstract

本发明公开了一种应用于电Fenton体系的碳纤维材料及其制备方法与应用，所述材料由碳纤维和原位负载于碳纤维表面的碳纳米空心球组成。该方法在高温下，碳纤维与葡萄糖溶液在密闭的反应釜中水热处理后得到表面改性阴极材料。经本发明技术活化处理后的碳纤维，实现了碳纳米球的原位负载，从而增加了表面反应活性点位，提高材料的表面亲水性。将此材料应用于电Fenton体系，可以有效提高阴极产生?OH的能力，显著增强有机物的去除能力。本发明方法操作简单，方便可控，对设备要求低，具有较好的应用前景。

Description

应用于电 Fenton 体系的碳纤维材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电催化阴极材料的改性领域，具体涉及到一种应用于电Fenton体系的碳纤维材料及其制备方法。
背景技术
电Fenton法是近来备受关注的高级氧化技术之一，利用电化学法电解产生具有强氧化性的•OH来氧化废水中的有机物。基于传统Fenton 试剂的作用机理，电Fenton 也是由H2O2和Fe2+ 反应产生强氧化性的•OH。在电Fenton体系中，通过曝气在阴极表面产生H2O2。H2O2在Fe2+的催化作用下产生•OH，•OH氧化有机物。Fe3+在阴极会发生的还原反应产生Fe2+，使Fenton反应得以继续进行。此技术具有花费低，设备简单、运行效率持续等优点，但是受到电极材料的限制，难以工业化应用。
如何提高阴极H2O2的浓度是电Fenton技术研究的一个难点，而阴极材料是决定H2O2产率的关键因素。由于碳材料具有较强的稳定性，优良的导电性，较高的析氢点位等优点，在电Fenton研究中具有良好的应用前景。其中，碳纤维比表面积大，耐腐蚀性强，耐高温，机械强度高，吸附能力强等，是一种实际应用前景较好的阴极材料。但是由于市面上的碳纤维作为阴极时，H2O2 产生效率不高，影响电Fenton系统降解有机物的效果，因此开发新型高效、简单易行的碳纤维改性方法，增加其氧化还原活性点位，对促进电Fenton体系阴极材料的开发，以及电Fenton处理有机废水技术的实际应用具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种应用于电Fenton体系的碳纤维材料及其制备方法。
本发明采用以下技术方案来实现的：一种应用于电Fenton体系的碳纤维材料，所述材料由碳纤维和原位负载于碳纤维表面的碳纳米空心球组成。
一种应用于电Fenton体系的碳纤维材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）去油处理：将碳纤维材料在丙酮中浸泡24 h后，用去离子水清洗去除残余有机物，干燥后得到预处理后的碳纤维材料。
（2）水热处理：将步骤（1）预处理后的碳纤维材料浸泡于质量分数为1~10%的葡萄糖水溶液中，超声处理1-2小时后，将碳纤维材料与葡萄糖水溶液转移至反应釜中，120℃-200℃水热处理12-24 h，反应结束后冷却至室温；
（3）将步骤（2）处理后的碳纤维材料，用去离子水清洗去除碳纤维表面残留物质，真空干燥后得到改性的碳纤维材料。
进一步地，步骤（2）中，水热处理温度为180℃-200℃。
一种应用于电Fenton体系的碳纤维材料的应用，该应用为，将所述材料作为阴极材料，用于电Fenton有机废水处理。
本发明的有益效果在于：
1. 空心碳纳米球具有密度小、比表面积高、结构稳定、可填充性好、能容纳电解质离子，是一种良好的电极材料。
2.本发明的处理工艺简单，材料便宜易得，易于推广应用。
3.通过本发明方法所得的改性碳纤维，其表面原位负载了碳纳米球，增大了碳纤维材料的比表面积，提供了更多的反应活性点位；原位生成的碳纳米球表面具有更多的亲水基团，有利于促进溶液中电极材料的界面传质过程。
4.采用本发明方法处理的碳纤维材料，具有优良的稳定性和重复使用性。
附图说明
图1(a)、 (b)分别为本发明方法改性前后碳纤维表面的扫描电镜图（图1(a)改性前，图1(b)改性后）；
图2碳纤维表面碳纳米空心球的放大图；
图3(a)、 (b)分别为图2中a、b两点处的能谱图；
图4为本发明方法改性前后碳纤维作为电Fenton体系阴极降解电镀废水的效果。
图5为本发明方法改性后碳纤维作为电Fenton体系阴极材料的重复使用性能。
具体实施方式
如图1和2所示，本发明一种应用于电Fenton体系的碳纤维材料，所述材料由碳纤维和原位负载于碳纤维表面的碳纳米球组成。从图1可知，碳纤维材料表面负载了大量纳米球。纳米球形结构由于其内部的孔隙空间，具有比表面积高，容量大以及循环寿命长等特点。碳纤维表面负载大量的纳米球增大了碳纤维材料的比表面积，增加了其反应活性点位。原位负载的纳米球表面具有更多的亲水基团，接触角由原来的145°下降至126°，有利于促进溶液中电极材料的界面传质过程。图3a和b分别为图2中a和b两点的能谱分析图，得到C和O元素的质量百分比分别为75.18%和24.82%。可知，碳纤维上负载的纳米球为碳纳米球。从图2中部分破裂的碳纳米球（方框中）可以看出，碳纳米球为空心的纳米球。空心碳纳米球具有密度小、比表面积高、结构稳定、可填充性好、能容纳电解质离子，是一种良好的电极材料。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：一种应用于电Fenton体系的碳纤维材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）去油处理：
将碳纤维材料浸泡于丙酮溶液中进行去油处理，浸泡时间为24 h，获得去油处理后的碳纤维材料，之后将其用去离子水超声清洗数次直至去除残余有机物。将材料至于烘箱中，80℃烘干，彻底去除残余丙酮，获得预处理后的碳纤维材料。
（2）水热处理：
将步骤（1）所得的去油处理后的碳纤维完全浸泡于质量分数为1%的葡萄糖溶液中，超声处理1-2小时，让碳纤维充分吸收葡萄糖溶液；将碳纤维与葡萄糖溶液转移至聚四氟乙烯的罐子中，放入不锈钢反应釜，120℃水热处理24 h，自然冷却至室温。
（3）将步骤（2）所得的碳纤维材料，用去离子水浸泡，超声洗涤数次直至去除碳纤维表面残留物质，真空干燥10 h，得改性碳纤维材料。
实施例2：一种应用于电Fenton体系的碳纤维材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）去油处理：
将碳纤维材料浸泡于丙酮溶液中进行去油处理，浸泡时间为24 h，获得去油处理后的碳纤维材料，之后将其用去离子水超声清洗数次直至去除残余有机物。将材料至于烘箱中，80℃烘干，彻底去除残余丙酮，获得预处理后的碳纤维材料。
（2）水热处理：
将步骤（1）所得的去油处理后的碳纤维完全浸泡于质量分数为10%的葡萄糖溶液中，超声处理1-2小时，让碳纤维充分吸收葡萄糖溶液；将碳纤维与葡萄糖溶液转移至聚四氟乙烯的罐子中，放入不锈钢反应釜，180℃水热处理24 h，自然冷却至室温。
（3）将步骤（2）所得的碳纤维材料，用去离子水浸泡，超声洗涤数次直至去除碳纤维表面残留物质，真空干燥10 h，得改性碳纤维材料。
实施例3：一种应用于电Fenton体系的碳纤维材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）去油处理：
将碳纤维材料浸泡于丙酮溶液中进行去油处理，浸泡时间为24 h，获得去油处理后的碳纤维材料，之后将其用去离子水超声清洗数次直至去除残余有机物。将材料至于烘箱中，80℃烘干，彻底去除残余丙酮，获得预处理后的碳纤维材料。
（2）水热处理：
将步骤（1）所得的去油处理后的碳纤维完全浸泡于质量分数为10%的葡萄糖溶液中，超声处理1-2小时，让碳纤维充分吸收葡萄糖溶液；将碳纤维与葡萄糖溶液转移至聚四氟乙烯的罐子中，放入不锈钢反应釜，200℃水热处理12 h，自然冷却至室温。
（3）将步骤（2）所得的碳纤维材料，用去离子水浸泡，超声洗涤数次直至去除碳纤维表面残留物质，真空干燥10 h，得改性碳纤维材料。
实施例4：本实施例将实施例1、2和3制备得到的改性碳纤维材料作为阴极材料，用于电Fenton有机废水处理。
将该实施例获得的改性碳纤维作为电Fenton体系的阴极材料，进行电镀废水有机物降解能力的实验。在pH为3，外加催化剂Fe2+浓度为2 mmol/L时，电镀废水COD降解效果如图4所示。从图4可知，该实施例1、2和3获得的改性碳纤维材料用作阴极时，反应30 min时COD的去除效率达到79%~81%，约为改性前未处理碳纤维阴极的2.7倍，在60 min时，本发明实施例1、2和3制备得到的材料的COD去除率达到92%~94%，约为改性前未处理碳纤维阴极的1.7倍；说明这种原位负载有碳纳米空心球的碳纤维显著提高了碳纤维阴极在电Fenton体系中对有机物的去除能力。
从图5可知，该实施例1获得的改性碳纤维阴极材料在电Fenton体系中经过20次重复使用后，对有机物的降解性能未出现明显减弱，表明该改性碳纤维材料具有优良的稳定性和重复使用性。
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、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种应用于电Fenton体系的碳纤维材料，其特征在于，所述材料由碳纤维和原位负载于碳纤维表面的碳纳米空心球组成。
2.一种权利要求1所述的材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）去油处理：将碳纤维材料在丙酮中浸泡24 h后，用去离子水清洗去除残余有机物，干燥后得到预处理后的碳纤维材料；
（2）水热处理：将步骤（1）预处理后的碳纤维材料浸泡于质量分数为1~10%的葡萄糖水溶液中，超声处理1-2小时后，将碳纤维材料与葡萄糖水溶液转移至反应釜中，120℃-200℃水热处理12-24 h，反应结束后冷却至室温；
（3）将步骤（2）处理后的碳纤维材料，用去离子水清洗去除碳纤维表面残留物质，真空干燥后得到改性的碳纤维材料。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤（2）中，水热处理温度为180℃-200℃。
4.一种权利要求1所述的材料的应用，其特征在于：该应用为，将所述材料作为阴极材料，用于电Fenton有机废水处理。
CN201510185933.7A 2015-04-17 2015-04-17 应用于电Fenton体系的碳纤维材料及其制备方法 Pending CN104805682A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510185933.7A CN104805682A (zh) 2015-04-17 2015-04-17 应用于电Fenton体系的碳纤维材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510185933.7A CN104805682A (zh) 2015-04-17 2015-04-17 应用于电Fenton体系的碳纤维材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104805682A true CN104805682A (zh) 2015-07-29

Family

ID=53690856

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510185933.7A Pending CN104805682A (zh) 2015-04-17 2015-04-17 应用于电Fenton体系的碳纤维材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104805682A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105565468A (zh) * 2016-03-09 2016-05-11 重庆理工大学 一种用于染料降解的类Fenton碳材料的制备方法
CN106995249A (zh) * 2017-05-31 2017-08-01 浙江冶金环境保护设计研究有限公司 一种酸、碱洗废槽液的分段‑联合处理方法
CN110528271A (zh) * 2019-07-29 2019-12-03 惠州学院 一种蔗糖炭化改性碳纤维的制备方法及其应用

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102070230A (zh) * 2010-12-10 2011-05-25 华中师范大学 一种三维电极电芬顿去除水中有机物的方法及装置
CN102509643A (zh) * 2011-11-29 2012-06-20 西北师范大学 石墨烯/碳球复合材料及其制备和应用
CN102887567A (zh) * 2012-10-11 2013-01-23 南开大学 一种应用于电芬顿体系的石墨毡材料的改性方法
CN102936147A (zh) * 2012-11-09 2013-02-20 陕西科技大学 一种高比表面积SiC/C多孔复合陶瓷及其制备方法
CN102951638A (zh) * 2012-11-30 2013-03-06 上海大学 中空碳纳米材料的水热合成方法
CN103304249A (zh) * 2013-05-31 2013-09-18 陕西科技大学 一种制备碳/碳复合材料的方法
CN104179003A (zh) * 2014-08-11 2014-12-03 中北大学 碳纳米球-碳纤维多尺度增强体的制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102070230A (zh) * 2010-12-10 2011-05-25 华中师范大学 一种三维电极电芬顿去除水中有机物的方法及装置
CN102509643A (zh) * 2011-11-29 2012-06-20 西北师范大学 石墨烯/碳球复合材料及其制备和应用
CN102887567A (zh) * 2012-10-11 2013-01-23 南开大学 一种应用于电芬顿体系的石墨毡材料的改性方法
CN102936147A (zh) * 2012-11-09 2013-02-20 陕西科技大学 一种高比表面积SiC/C多孔复合陶瓷及其制备方法
CN102951638A (zh) * 2012-11-30 2013-03-06 上海大学 中空碳纳米材料的水热合成方法
CN103304249A (zh) * 2013-05-31 2013-09-18 陕西科技大学 一种制备碳/碳复合材料的方法
CN104179003A (zh) * 2014-08-11 2014-12-03 中北大学 碳纳米球-碳纤维多尺度增强体的制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
石申 等: "阴极电芬顿法电极材料的选择及处理印染废水的研究", 《兵器材料科学与工程》 *
靳秀芝 等: "尺寸可控空心碳球的水热合成", 《稀有金属材料工程》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105565468A (zh) * 2016-03-09 2016-05-11 重庆理工大学 一种用于染料降解的类Fenton碳材料的制备方法
CN105565468B (zh) * 2016-03-09 2018-12-21 重庆理工大学 一种用于染料降解的类Fenton碳材料的制备方法
CN106995249A (zh) * 2017-05-31 2017-08-01 浙江冶金环境保护设计研究有限公司 一种酸、碱洗废槽液的分段‑联合处理方法
CN110528271A (zh) * 2019-07-29 2019-12-03 惠州学院 一种蔗糖炭化改性碳纤维的制备方法及其应用
CN110528271B (zh) * 2019-07-29 2021-09-03 惠州学院 一种蔗糖炭化改性碳纤维的制备方法及其应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mukhopadhyay et al. Mass transfer and reaction kinetic enhanced electrode for high‐performance aqueous flow batteries
Gao et al. Influence of Fenton's reagent treatment on electrochemical properties of graphite felt for all vanadium redox flow battery
CN110395859B (zh) 一种适用于电化学污泥处理的阳极材料及制备方法
CN107134582B (zh) 一种高活性电极材料及其改性方法
CN102887567B (zh) 一种应用于电芬顿体系的石墨毡材料的改性方法
Zhang et al. The characterization of graphite felt electrode with surface modification for H2/Br2 fuel cell
CN103014755B (zh) 一种长寿命钛基电极的制备方法
CN103066287B (zh) 一种钒电池用碳毡的处理方法
CN103641212A (zh) 一种处理有机废水的石墨毡阴极材料的制备方法
CN114014412B (zh) 一种钴氮共掺多孔碳石墨毡电极的制备方法及其应用
CN111533223A (zh) 一种FeS2阴极非均相电芬顿水处理方法
CN110420641A (zh) 一种三维负载型氢氧化钴的制备及其用于催化过硫酸盐处理苯酚废水的方法
CN104805682A (zh) 应用于电Fenton体系的碳纤维材料及其制备方法
CN110217864A (zh) 一种石墨毡负载多孔碳碳质阴极材料及其制备方法和应用
Na et al. Surface-functionalized graphite felts: Enhanced performance in cerium-based redox flow batteries
CN109457460A (zh) 一种改性石墨毡及其制备方法
CN112794413B (zh) 一种应用于电活化pds体系修饰双金属的石墨毡电极的制备方法及应用
CN104876374B (zh) 一种同时还原铬和氧化砷的电化学水处理方法
Cheng et al. FeCo-ZIF derived carbon-encapsulated metal alloy as efficient cathode material for heterogeneous electro-Fenton reaction in 3-electron ORR pathway: Enhanced performance in alkaline condition
Zhang et al. Sewage Sludge-Derived catalyst for extremely efficient electrocatalytic elimination of organic pollutants in water
CN106299436B (zh) 全钒电池用碳纤维毡及其改性方法以及全钒电池电极
Li et al. Highly hydroxylated graphite felts used as electrodes for a vanadium redox flow battery
CN112678924A (zh) 一种应用于电芬顿体系的水热改性石墨毡电极的制备方法及应用
CN104269223B (zh) 利用电镀污泥-蛋壳膜制备电极材料的方法
CN114481187B (zh) 一种电芬顿阴极材料及其制备方法与应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20150729

RJ01 Rejection of invention patent application after publication