CN108744993B - 一种动态电化学沉积制备电催化炭膜的方法 - Google Patents

一种动态电化学沉积制备电催化炭膜的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108744993B
CN108744993B CN201810803015.XA CN201810803015A CN108744993B CN 108744993 B CN108744993 B CN 108744993B CN 201810803015 A CN201810803015 A CN 201810803015A CN 108744993 B CN108744993 B CN 108744993B
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon film
carbon membrane
membrane
carbon
deposition
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.)
Active
Application number
CN201810803015.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN108744993A (zh
Inventor
宋成文
王同华
李琳
李晨
冯国卿
潘宗林
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.)
Dalian Maritime University
Original Assignee
Dalian Maritime University
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 Dalian Maritime University filed Critical Dalian Maritime University
Priority to CN201810803015.XA priority Critical patent/CN108744993B/zh
Publication of CN108744993A publication Critical patent/CN108744993A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108744993B publication Critical patent/CN108744993B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0039—Inorganic membrane manufacture
    • B01D67/0069—Inorganic membrane manufacture by deposition from the liquid phase, e.g. electrochemical deposition
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/04—Tubular membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/06—Flat membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/02—Inorganic material
    • B01D71/024—Oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/06—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of zinc, cadmium or mercury
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/14—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of germanium, tin or lead
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/32—Manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/34—Manganese
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/48—Silver or gold
    • B01J23/50—Silver
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/72—Copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/74—Iron group metals
    • B01J23/745—Iron
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/74—Iron group metals
    • B01J23/75—Cobalt
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/74—Iron group metals
    • B01J23/755—Nickel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J35/33—Electric or magnetic properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
    • B01J35/58—Fabrics or filaments
    • B01J35/59—Membranes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/10—Catalysts being present on the surface of the membrane or in the pores
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C02F2001/46133—Electrodes characterised by the material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C02F2001/46152—Electrodes characterised by the shape or form
    • C02F2001/46157—Perforated or foraminous electrodes
    • C02F2001/46161—Porous electrodes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)

Abstract

本发明涉及一种动态电化学沉积制备电催化炭膜的方法，属于膜分离技术领域。一种动态电化学沉积制备电催化炭膜的方法，在电化学沉积体系中，以炭膜为电沉积电极，以待沉积的金属氧化物相应的金属盐溶液为电沉积液，在电沉积过程中，使电沉积液透过炭膜并使生成的金属氧化物沉积在炭膜表面和其内部的孔道内。通过动态电化学沉积技术可在炭膜表面和孔道内沉积催化剂，制备工艺简单，成本低，有效地提高了催化剂的利用效率和炭膜的电化学性能。电催化炭膜的制备与开发可以充分发挥膜分离与电催化的耦合优势，增强对难降解废水的处理能力，加速该技术的产业化进程。

Description

一种动态电化学沉积制备电催化炭膜的方法
技术领域
本发明涉及一种动态电化学沉积制备电催化炭膜的方法，属于膜分离技术领域。
背景技术
炭膜是一种新型的多孔无机膜，它把炭材料优异的结构特性与膜材料的优势有机融合为一体，在分离领域展现出极大的应用潜力。通常，炭膜是由含碳的前驱体材料在惰性气体或者真空保护条件下，经过高温热解制备而成。近年来，本课题组开发了管状和平板状炭膜产品的制备工艺(中国专利ZL03134197.7；中国专利ZL03134196.9；中国专利ZL201110456881.4；中国专利ZL201310227547.0)，并利用炭膜特有的导电性将其作为电极与电场耦合提高其对废水的处理能力(中国专利ZL201310222558.X)。然而，在应用过程中，炭膜和其他膜电极材料一样，都面临着由于膜电极材料自身的电化学降解能力有限，对高浓度有机废水的处理能力和效果不理想的问题。
为了进一步提高炭膜的电化学性能，在炭膜电极上担载催化剂材料，降低反应活化能，提升电化学降解的反应效率是解决这一问题有效方法。然而，到目前为止，国内外更多的研究工作主要集中在将催化剂担载到电极上，而将催化剂担载到膜上制备电催化膜方面的报道还很少。Zhang等通过浸渍-氢气还原法将铂做催化剂担载到经炭沉积改性的陶瓷膜上制备电催化膜(Zhang et al.,Advanced Materials Research.2010,156-157:30-35)。Yang等通过热分解法将IrO2附着在Al2O3陶瓷膜上处理含油废水，并展现出较强的抗污染能力(Yang et al.,Separation and Purification Technology.2015,156:931-941)。本课题组与天津工业大学的李建新教授合作，采用溶胶-凝胶涂覆方式把TiO2催化剂担载在炭膜表面上，率先在国际上成功制备出具有自清结功能的电催化导电炭膜材料(Yang etal.,Angewandte Chemie International Edition.2011,50:2148-2150；中国专利ZLCN200910069013.3)。李建新等利用水热合成法将一维金属氧化物负载在微孔导电钛膜上制备电催化膜(中国专利申请号CN201710259618.3)。
发明内容
本发明的目的是提供一种成本低、工艺简单、高污染物降解性能的电催化炭膜的制备方法，以解决目前炭膜在废水处理过程中电化学降解能力不足的问题。
一种动态电化学沉积制备电催化炭膜的方法，在电化学沉积体系中，以炭膜为电沉积电极，以待沉积的金属氧化物相应的金属盐溶液为电沉积液，在电沉积过程中，使电沉积液透过炭膜并使生成的金属氧化物沉积在炭膜表面和其内部的孔道内。
本发明所述“电化学沉积体系”为现有技术公开的电化学沉积体系，体系包括电化学沉积反应所必需的电沉积池、电沉积液、电极、电源等。本发明所述电化学沉积体系可为双电极体系或三电极体系。
对于双电极体系，包括阴极和阳极。所述炭膜为阳极；所述阴极，其材料选用不锈钢、钛、铂等，其形态可为金属片或网。
对于三电极体系，包括工作电极、对电极和参比电极。所述炭膜为工作电极；所述对电极为铂对电极、金对电极、镍对电极或碳对电极；所述参比电极为甘汞电极、银/氯化银电极、汞/硫酸亚汞电极、汞/氧化汞电极。
本发明所述炭膜为现有技术公开的炭膜，可商业购得或根据现有技术公开的方法制得。进一步地，所述炭膜为管状炭膜或板状炭膜。更进一步地，所述管状炭膜为单通道或多通道管状炭膜，所述板状炭膜为非中空板状炭膜或中空板状炭膜。
本发明所述利用电沉积方法制备电催化炭膜的过程中，可采用现有技术公开的手段使电沉积液透过炭膜并使生成的金属氧化物沉积在炭膜表面和其内部的孔道内。如，可利用流体输送装置使电沉积液发生流动并透过炭膜，所述流体输送装置可为现有技术公开的泵等，如蠕动泵。
本发明所述方法，优选利用流体输送装置使电沉积液从炭膜的一侧流动至另外一侧。利用流体输送装置使电沉积液发生流动，使电沉积液从炭膜的一侧流动至另外一侧，可使电沉积液在电沉积过程中流经炭膜内部的孔道，并使催化剂沉积在炭膜孔道的内部和表面。
本发明所述方法，当所述炭膜为管状炭膜时，利用泵使电沉积液从管状炭膜的外部流经炭膜，进入管状炭膜的通道内。
本发明所述方法，当所述炭膜为中空板状炭膜时，利用泵使电沉积液从中空板状炭膜的外部流经炭膜，进入中空板状炭膜的中空部。
本发明所述方法，当所述炭膜为非中空板状炭膜时，利用泵使电沉积液从非中空板状炭膜的一侧流动至另一侧。
本发明所述动态电化学沉积制备电催化炭膜的方法，优选所述金属盐溶液是由金属盐、络合剂、碱性物与水配置而成的水溶液，所述金属盐的质量分数为0.1～15％，所述络合剂的质量分数为0.1～15％，所述碱性物的质量分数为0.5～15％，其中，所述金属盐为锰、铁、钴、镍、铜、锌、银、锡、或铅的硝酸盐、硫酸盐、氯化物；所述络合剂为EDTA、柠檬酸、酒石酸、草酸、磺基水杨酸、甘氨酸、硫氰酸铵、硫氰酸钾或酒石酸钾钠；所述碱性物为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水中的一种。
本发明所述电化学沉积过程中，所述电沉积液的流量可根据实际工况确定，其与待沉积的炭膜尺寸及数量有关，炭膜尺寸越大，数量越多，则电沉积液的流量越大。
优选地，所述电化学沉积过程中，电沉积液流量为0.001～10L/min。
本发明所述动态电化学沉积制备电催化炭膜的方法，进一步优选：
对于双电极体系，所述电沉积液流量为0.001～1L/min，沉积电压为0.1～10.0V之间，沉积时间为1～120min，沉积温度为5～90℃。
对于三电极体系，所述电沉积液流量为0.001～1L/min，沉积电压为-10.0V～10.0V之间，沉积时间为1～120min，沉积温度为5～90℃。
本发明所述动态电化学沉积制备电催化炭膜的方法，进一步优选所述方法包括后处理的步骤，具体为：将电沉积后所得电催化炭膜用水清洗，后于干燥箱中30～100℃干燥1～8h。
本发明所述动态电化学沉积制备电催化炭膜的方法，进一步优选所述方法包括前处理的步骤，具体为：将炭膜放入强氧化性酸溶液(如硝酸或硫酸)中进行表面改性处理，用水清洗至中性后，放置于30～100℃烘箱中干燥1～8h。
本发明所述动态电化学沉积制备电催化炭膜的方法一个优选的技术方案为：
一种动态电化学沉积制备电催化炭膜的方法，包括下述工艺步骤：
(1)前处理：将炭膜放入强氧化性酸溶液(如硝酸或硫酸)中进行表面改性处理，用水清洗至中性后，放置于30～100℃烘箱中干燥1～8h；
(2)配制电化学沉积液：所述金属盐溶液是由金属盐、络合剂、碱性物与水配置而成的水溶液，所述金属盐的质量分数为0.1～15％，所述络合剂的质量分数为0.1～15％，所述碱性物的质量分数为0.5～15％，其中，所述金属盐为锰、铁、钴、镍、铜、锌、银、锡、或铅的硝酸盐、硫酸盐、氯化物；所述络合剂为EDTA、柠檬酸、酒石酸、草酸、磺基水杨酸、甘氨酸、硫氰酸铵、硫氰酸钾或酒石酸钾钠；所述碱性物为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水中的一种。
(3)动态电化学沉积：动态电化学沉积可以采用双电极体系或三电极体系，
I.双电极体系电化学沉积：将炭膜设置为阳极，与阴极材料同时浸入电化学沉积液中，其中使炭膜与蠕动泵相连，在电化学沉积过程中利用蠕动泵抽取电沉积液使其透过炭膜，使得沉积过程炭膜表面和孔道内同时发生，阴极材料为钛、不锈钢、铂，其形态为金属片或网，电沉积温度为5～90℃，电沉积电压控制在0.1～10.0V，电沉积液流量控制在0.001～1L/min，电沉积时间为1～120min。
II.三电极体系电化学沉积：将炭膜设置为工作电极，与对电极和参比电极构成三电极体系，对电极为铂对电极、金对电极、镍对电极或碳对电极，参比电极为甘汞电极、银/氯化银电极、汞/硫酸亚汞电极、汞/氧化汞电极；将工作电极，与对电极和参比电极同时浸入电化学沉积液中，使炭膜与蠕动泵相连，在电化学沉积过程中利用蠕动泵抽取电沉积液使其透过炭膜，使得沉积过程炭膜表面和孔道内同时发生，电沉积温度为5～90℃，沉积电压控制在-10.0～10.0V，电沉积液流量控制在0.001～1L/min，电沉积时间为1～120min。
(4)用水将电沉积后的炭膜清洗至中性，放入置于30～100℃烘箱中干燥1～8h后，便得到电催化炭膜。
本发明的有益效果为：通过动态电化学沉积技术可在炭膜表面和孔道内沉积催化剂，制备工艺简单，成本低，有效地提高了催化剂的利用效率和炭膜的电化学性能。电催化炭膜的制备与开发可以充分发挥膜分离与电催化的耦合优势，增强对难降解废水的处理能力，加速该技术的产业化进程。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
将单通道管状炭膜(平均孔径：0.4μm，孔隙率：40％)放入硝酸水溶液(硝酸与水体积比为1:2.5)中浸泡2h，用去水清洗至中性后置于60℃烘箱中干燥2h。将硫酸锌、柠檬酸和氢氧化钠分别加入到水中配置成电沉积液，其中硫酸锌、柠檬酸、氢氧化钠的浓度分别为1.0％，0.5％，1.0％(质量百分比)。将炭膜设置为阳极，不锈钢片设置为阴极，同时浸入电沉积液中构成双电极电沉积体系。将管状炭膜以管状中心轴垂直地面的方向置于电沉积液中，将管状炭膜的底端密封，将另一端与蠕动泵的软管连通，利用蠕动泵产生的负压将电沉积液由管状炭膜的外部吸入管状炭膜的通道内进行动态电化学沉积，电沉积温度为25℃，电沉积电压控制在3.0V。电沉积液流量控制在0.05L/min，电沉积时间为20min。然后用水将炭膜清洗至中性，放入置于60℃烘箱中干燥2h后，便得到电催化炭膜。
以该电催化膜作为阳极，钛板作为阴极，在2.0V电压下处理罗丹明B废水4h效果如表1所示，电催化炭膜对高浓度罗丹明B废水仍展现出较高的去除率。
Figure BDA0001737539080000051
实施例2
将七通道管状炭膜(平均孔径：0.6μm，孔隙率：42％)放入硝酸水溶液(硝酸与水体积比为1:2)中浸泡1h，用去水清洗至中性后置于80℃烘箱中干燥1h。将四氯化锡、硫氰酸铵和氢氧化钾分别加入到水中配置成电沉积液，其中四氯化锡、硫氰酸铵和氢氧化钾的浓度分别为2.0％，1.5％，4.0％(质量百分比)。将炭膜设置为工作电极，铂片电极设置为对电极，甘汞电极设置为参比电极，同时浸入电沉积液中构成三电极电沉积体系，将管状炭膜以管状中心轴垂直地面的方向置于电沉积液中，将管状炭膜的底端密封，将各个通道均连通蠕动泵的软管，利用蠕动泵产生的负压将电沉积液由管状炭膜的外部吸入管状炭膜的通道内进行动态电化学沉积，电沉积温度为50℃，电沉积电压控制在5.0V。电沉积液流量控制在0.02L/min，电沉积时间为10min。然后用水将炭膜清洗至中性，放入置于80℃烘箱中干燥1h后，便得到电催化炭膜。
以该电催化膜作为阳极,不锈钢板作为阴极，在2.5V电压下处理孔雀石绿废水5h效果如表2所示，电催化炭膜对高浓度孔雀石绿废水仍展现出较高的去除率。
Figure BDA0001737539080000052
Figure BDA0001737539080000061
实施例3
将非中空板状炭膜(平均孔径：0.8μm，孔隙率：41％)放入硝酸水溶液(硝酸与水体积比为1:4)中浸泡3h，用去水清洗至中性后置于50℃烘箱中干燥2h。将氯化钴、磺基水杨酸和氢氧化钠分别加入到水中配置成电沉积液，其中氯化钴、磺基水杨酸和氢氧化钠的浓度分别为3.0％，1.5％，5.0％(质量百分比)。将炭膜设置为阳极，不锈钢网设置为阴极，同时浸入电沉积液中构成双电极电沉积体系，利用蠕动泵在炭膜一侧产生的负压使电沉积液由炭膜的另一侧渗透至炭膜的另一侧，进行动态电化学沉积，电沉积温度为20℃，电沉积电压控制在6.0V。电沉积液流量控制在0.1L/min，电沉积时间为5min。然后水将炭膜清洗至中性，放入置于50℃烘箱中干燥2h后，便得到电催化炭膜。
以该电催化膜作为阳极，石墨板作为阴极，在3.0V电压下处理甲基橙废水3h效果如表3所示，电催化炭膜对高浓度甲基橙废水仍展现出较高的去除率。
Figure BDA0001737539080000062
实施例4
将中空平板炭膜(内部三通道，平均孔径：1.0μm，孔隙率：38％)放入硫酸水溶液(硫酸与水体积比为1:1)中浸泡1h，用去水清洗至中性后置于40℃烘箱中干燥3h。将硝酸镍、EDTA和氨水分别加入到水中配置成电沉积液，其中硝酸镍、EDTA和氨水的浓度分别为0.5％，2.0％，6.0％(质量百分比)。将炭膜设置为工作电极，与金对电极和银/氯化银参比电极构成三电极体系。将中空平板炭膜以通道中心轴垂直地面的方向置于电沉积液中，将中空平板炭膜的底端密封，将各个通道均连通蠕动泵的软管，利用蠕动泵产生的负压将电沉积液由中空平板炭膜的外部吸入中空平板炭膜的通道内进行动态电化学沉积，电沉积液流量控制在0.1L/min，电沉积电压控制在-2.0～2.0V。电沉积时间为5min。电沉积温度设为50℃，电沉积时间为5min。电沉积后，用水将炭膜清洗至中性，放入置于40℃烘箱中干燥3h后，便得到电催化炭膜。
以该电催化膜作为阳极，铂片作为阴极，在3.5V电压下处理苯酚废水2h效果如表4所示，电催化炭膜对高浓度苯酚废水仍展现出较高的去除率。
Figure BDA0001737539080000071

Claims (5)

1.一种动态电化学沉积制备电催化炭膜的方法，其特征在于：在电化学沉积体系中，以炭膜为电沉积电极，以待沉积的金属氧化物相应的金属盐溶液为电沉积液，在电沉积过程中，利用泵抽取电沉积液使电沉积液透过炭膜并使生成的金属氧化物沉积在炭膜表面和其内部的孔道内，
所述方法包括前处理的步骤，具体为：将炭膜放入强氧化性酸溶液中进行表面改性处理，用水清洗至中性后，放置于30~100℃烘箱中干燥1~8h；
所述金属盐溶液是由金属盐、络合剂、碱性物与水配置而成的水溶液，所述金属盐的质量分数为0.1~15 %，所述络合剂的质量分数为0.1~15 %，所述碱性物的质量分数为0.5~15%，其中，所述金属盐为锰、铁、钴、镍、铜、锌、银、锡、或铅的硝酸盐、硫酸盐、氯化物；所述络合剂为EDTA、柠檬酸、酒石酸、草酸、磺基水杨酸、甘氨酸、硫氰酸铵、硫氰酸钾或酒石酸钾钠；所述碱性物为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水中的一种；
所述电化学沉积体系为双电极体系或三电极体系，对于双电极体系，所述炭膜为阳极；对于三电极体系，所述炭膜为工作电极；
对于双电极体系，所述电沉积液流量为0.001~1 L/min，沉积电压为0.1~10.0 V之间，沉积时间为1~120 min，沉积温度为5~90℃；
对于三电极体系，所述电沉积液流量为0.001~1 L/min，沉积电压为-10.0V~10.0V之间，沉积时间为1~120 min，沉积温度为5~90℃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述炭膜为管状炭膜或板状炭膜。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述管状炭膜为单通道或多通道管状炭膜，所述板状炭膜为非中空板状炭膜或中空板状炭膜。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：利用泵使电沉积液从管状炭膜的外部流经炭膜，进入管状炭膜的通道内；或利用泵使电沉积液从中空板状炭膜的外部流经炭膜，进入中空板状炭膜的中空部。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：利用泵使电沉积液从非中空板状炭膜的一侧流动至另一侧。
CN201810803015.XA 2018-07-20 2018-07-20 一种动态电化学沉积制备电催化炭膜的方法 Active CN108744993B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810803015.XA CN108744993B (zh) 2018-07-20 2018-07-20 一种动态电化学沉积制备电催化炭膜的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810803015.XA CN108744993B (zh) 2018-07-20 2018-07-20 一种动态电化学沉积制备电催化炭膜的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108744993A CN108744993A (zh) 2018-11-06
CN108744993B true CN108744993B (zh) 2021-03-16

Family

ID=63970538

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810803015.XA Active CN108744993B (zh) 2018-07-20 2018-07-20 一种动态电化学沉积制备电催化炭膜的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108744993B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110033949B (zh) * 2019-03-27 2022-04-29 无锡烯晶碳能新材料科技有限公司 高体积比容量超级电容器电极及其制备方法
CN110327925A (zh) * 2019-07-29 2019-10-15 西安建筑科技大学 一种脱除烧结烟气中一氧化碳的煤基多孔催化剂及其制备方法和应用
CN112250145B (zh) * 2020-10-30 2021-11-30 南京理工大学 一种多孔钛基亚氧化钛纳米管二氧化铅电极的制备与应用
CN114870906A (zh) * 2021-02-05 2022-08-09 陕西青朗万城环保科技有限公司 一种催化剂生成的方法及其装置
CN115010222B (zh) * 2022-08-09 2022-11-15 广东工业大学 过滤式电沉积装置、电沉积系统及dsa膜式电极的制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0392705A1 (en) * 1989-04-10 1990-10-17 Poly Techs Inc. Electrodeposition coating system
CN101597096A (zh) * 2009-06-30 2009-12-09 天津工业大学 一种电催化膜反应器装置
CN102350228A (zh) * 2011-07-12 2012-02-15 上海中科高等研究院 纳米负载钛基电催化膜及其制备方法
CN103619446A (zh) * 2011-06-13 2014-03-05 英派尔科技开发有限公司 多孔膜上的可再使用的官能性电沉积涂层
CN206853476U (zh) * 2017-05-11 2018-01-09 大连理工大学 一种多通道电催化炭膜
CN108034968A (zh) * 2017-12-11 2018-05-15 陕西科技大学 一种抑制微放电效应的纳米碗贵金属涂层的制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0392705A1 (en) * 1989-04-10 1990-10-17 Poly Techs Inc. Electrodeposition coating system
CN101597096A (zh) * 2009-06-30 2009-12-09 天津工业大学 一种电催化膜反应器装置
CN103619446A (zh) * 2011-06-13 2014-03-05 英派尔科技开发有限公司 多孔膜上的可再使用的官能性电沉积涂层
CN102350228A (zh) * 2011-07-12 2012-02-15 上海中科高等研究院 纳米负载钛基电催化膜及其制备方法
CN206853476U (zh) * 2017-05-11 2018-01-09 大连理工大学 一种多通道电催化炭膜
CN108034968A (zh) * 2017-12-11 2018-05-15 陕西科技大学 一种抑制微放电效应的纳米碗贵金属涂层的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108744993A (zh) 2018-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108744993B (zh) 一种动态电化学沉积制备电催化炭膜的方法
JP6869234B2 (ja) 二酸化炭素をベースとするレドックス対を備えたレドックス・フロー電池
CN107020074A (zh) 一种具有微纳结构的电催化多孔钛滤膜及其制备方法
JP2012527354A (ja) 汚染防止可能の電気触媒複合膜及び膜反応器
CN108658177B (zh) 一种适用于水中难降解有机物去除的电化学活性炭纤维毡膜反应器
CN103285891A (zh) 卤氧化铋-氧化钛纳米管阵列复合光催化薄膜的制备方法
CN109534453B (zh) 一种氯自由基介导的电化学过滤系统及其应用
CN101597096A (zh) 一种电催化膜反应器装置
CN108636137B (zh) 一种负载硫化铟锌与聚偏氟乙烯的膜复合材料及其制备方法
CN109745865A (zh) 一种基于石墨/二氧化钛复合材料的聚偏氟乙烯电催化超滤膜
CN112250145B (zh) 一种多孔钛基亚氧化钛纳米管二氧化铅电极的制备与应用
CN111115918B (zh) 电-过滤与电-多相臭氧催化同步的水处理装置和方法
CN113264573B (zh) 一种双极性电极及其制备方法、及废水处理系统
CN107059050A (zh) 一维金属氧化物负载钛基电催化膜及制备方法和催化应用
CN103981537A (zh) 一种光电催化还原处理有机污染物的Pd/3DOM TiO2/BDD电极的制备方法及其应用
CN110803743A (zh) 一种缺陷态氧化钛-氧化铝-石墨烯陶瓷电极的制备方法
CN108328703B (zh) 钛基二氧化钛纳米管沉积锡锑氟电极的制备及其对电镀铬废水中铬抑雾剂降解的应用
CN105565442B (zh) 一种钛基体二氧化铅多孔管式膜电极、制备及应用
CN105161319B (zh) 二氧化钛纳米管阵列负载镍钴氧化物电极材料的制备方法
CN115010222B (zh) 过滤式电沉积装置、电沉积系统及dsa膜式电极的制备方法
CN113716658A (zh) 一种含有纳米尖端结构的钌、铱、钛三元金属网状电极制备方法
CN112663082A (zh) 一种疏水碳基气体扩散电极及其制备方法和应用
CN110265681B (zh) 一种用于催化甲酸钠氧化的复合电极及其制备方法和用途
CN102534718A (zh) 一种制备PbO2修饰TiO2纳米管电极的方法
CN113149142A (zh) 气体扩散电极及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant