專利名稱：處理有機廢水的碳納米管電催化電極的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
末發(fā)明涉及一種用于處理有機廢水的碳納米管電催化電極的制造方法，屬電催化氧化技術(shù)中電極材料制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
有機廢水中其有機污染物濃度高及化學(xué)需氧量COD值高，水質(zhì)色度深，一直是國內(nèi)外科技界難以處理的問題之一。目前的處理技術(shù)對有機廢水進(jìn)行降解處理后，結(jié)果顯示有機污染物降解不完全，脫色效果差、COD去除率低，并且部分處理技術(shù)還伴有二次污染的危害。電催化氧化技術(shù)是使污染物在電極上發(fā)生直接電化學(xué)反應(yīng)或利用電極表面產(chǎn)生的強氧化性物質(zhì)將污染物氧化降解。電催化氧化法具有比一般的化學(xué)反應(yīng)更強的氧化能力、化學(xué)藥劑消耗少、適應(yīng)性強以及易于實現(xiàn)自動化控制等優(yōu)點，這已在含烴、醛、醇、醚、酚等有機污染物的處理中逐漸得到應(yīng)用。電催化氧化技術(shù)走向?qū)嵱没年P(guān)鍵是要研究出具有高效催化性能的電極材料。但目前采用的電極仍然是石墨、鋁板、鐵板、不銹鋼以及一些不溶性電極如PbO2和貴金屬電極如Pt等。石墨電極強度較差，電流效率低。鋁板或鐵板為可溶性電極，電極本身材料消耗量大，成本高，而且產(chǎn)生的污泥量也大。不溶性電極PbO2的氧化能力雖然高于石墨電極，但其電催化性能較低，對有機物的降解效果也不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述問題，提供一種應(yīng)用電催化氧化方法處理有機廢水的碳納米管電極的制造方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)手段和措施來達(dá)到的。
本發(fā)明一種處理有機廢水的碳納米管電催化電極的制造方法，其特征在于具有如下的工藝過程和步驟a.純化碳納米管粉末將碳納米管粉末浸泡在20％硝酸溶液中24小時，再超聲分散2小時，以去除制備碳納米管時殘留的金屬催化劑；然后進(jìn)行抽濾，用蒸餾水洗滌多次，洗滌至PH＝7，隨后烘干至恒重；b.將純化后的碳納米管粉末進(jìn)行改性處理，將碳納米管粉末在空氣氣氛中高溫焙燒，焙燒溫度為600℃，時間為0.5小時；然后置于球磨機中進(jìn)行高速球磨，球磨機轉(zhuǎn)速為1500rpm；c.分散聚四氟乙烯(PTFE)粘結(jié)劑于碳納米管中用適量的聚四氟乙烯乳液，并以無水乙醇為溶劑，將該聚四氟乙烯的乙醇溶液加入到改性后的碳納米管粉末中，聚四氟乙烯粘結(jié)劑的用量為碳納米管理重量的10％；然后在高速砂磨機中進(jìn)行分散，高速砂磨機分散頭的轉(zhuǎn)速為3000rpm，分散時間為0.5小時，使粘結(jié)劑充分分散于碳納米管中；分散處理后再進(jìn)行烘干。
d.冷壓成型將烘干后的碳納米管在室溫和25MPa壓力條件下，用臺式電動壓片機冷壓成型，形成圓柱狀薄片，即為電極；e.電極端面固定封接導(dǎo)線在上述制成的碳納米管電極的一端面上連接導(dǎo)線，先用導(dǎo)電石墨或?qū)щ娿y酸粘固導(dǎo)線一端，然后澆上含有15％鄰苯二甲酸二丁酯和5％乙二胺的環(huán)氧樹脂，并固化24小時，以固封引出的導(dǎo)線；最終制成碳納米管電極；本發(fā)明中所用的碳納米管為多壁碳納米管，管徑為40～60μm，長度為50～300μm，比表面積為200～300m2/g。
本發(fā)明方法的特點及其效果敘述于下1.本發(fā)明方法中使用了碳納米管，碳納米管具有特殊的中空結(jié)構(gòu)，其孔徑在40～60μm之間，經(jīng)過改性處理后的碳納米管其管端開口，可使碳納米管的內(nèi)壁也能被充分利用，這樣廢水中的有機污染物可以在碳納米管的管腔內(nèi)、碳納米管表面、碳納米管互相纏繞形成的許多網(wǎng)絡(luò)空隙間被氧化降解處理，所以碳納管米比傳統(tǒng)的碳素電極有較高的電催化活性。
2.本發(fā)明方法對碳納米管進(jìn)行了純化和改性處理；采用高溫焙燒結(jié)合高速球磨的改性方法；高溫焙燒氧化處理能使碳納米管的管端開口，管壁變??；高速球磨處理能使碳納米管被截斷而明顯變短，改善團聚現(xiàn)象。通過純化和改性處理后，碳納米管電極的電催化性能可進(jìn)一步獲得提高。
3.本發(fā)明采用適量的聚四氟乙烯(PTFE)乳液作為粘結(jié)劑，該粘結(jié)劑具有一定的優(yōu)越性，PTFE的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不會隨著外加電壓和電流以及浸漬在無機溶劑中而發(fā)生性質(zhì)上的改變，因此適合用作碳納米管的粘結(jié)劑材料。本發(fā)明采用將粘結(jié)劑乳液溶于無水乙醇溶劑中，并高速分散在碳納米管中；粘結(jié)劑的最佳添加量為10％，如果粘結(jié)劑添加量少于10，電極就不易成型；若添加量大于10，過多的PTFE會堵塞碳納米管管端或堵塞碳納米管間的空隙，會影響電極的電催化性能。
4.本發(fā)明中采用含有固化劑乙二胺的環(huán)氧樹脂來固封引出的導(dǎo)線，環(huán)氧樹脂為熱固性高分子材料，具有良好粘結(jié)性、電絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性。加入含固化劑乙二胺的環(huán)氧樹脂，可以生成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物，能很好地起到固定導(dǎo)線、保護電極片的作用。
具體實施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的具體實施例進(jìn)一步詳細(xì)敘述于后。
實施例1本實施例中，處理有機廢水的碳納米管電催化電極的制造方法具有以下的工藝步驟(1)純化碳納米管粉末將碳納米管粉末浸泡在20％硝酸溶液中24小時，再超聲分散2小時，以去除制備碳納米管時殘留的金屬催化劑；然后進(jìn)行抽濾，用蒸餾水洗滌多次，洗滌至洗脫液的PH值為7，隨后烘干至恒重。
(2)將純化后的碳納米管粉末進(jìn)行改性處理，將碳納米管粉末在空氣氣氛中高溫焙燒，焙燒溫度為600℃，時間為0.5小時；然后置于球磨機中進(jìn)行高速球磨，球磨機轉(zhuǎn)速為1500rpm。
(3)分散聚四氟乙烯(PTFE)粘結(jié)劑于碳納米管中用適量的聚四氟乙烯乳液，并以無水乙醇為溶劑，將該聚四氟乙烯的乙醇溶液加入到改性后的碳納米管粉末中，聚四氟乙烯粘結(jié)劑的用量為碳納米管理重量的10％；然后在高速砂磨機中進(jìn)行分散，高速砂磨機分散頭的轉(zhuǎn)速為3000rpm，分散時間為0.5小時，使粘結(jié)劑充分分散于碳納米管中；分散處理后再進(jìn)行烘干。
(4)冷壓成型將烘干后的碳納米管在室溫和25MPa壓力條件下，用臺式電動壓片機冷壓成型，形成圓柱狀薄片，即為電極。
(5)電極端面固定封接導(dǎo)線在上述制成的碳納米管電極的一端面上連接導(dǎo)線。其方法為將鋁箔卷曲成圓筒狀，將碳納米管電極片固定放置其中，先用導(dǎo)電石墨或?qū)щ娿y酸粘固導(dǎo)線一端于電極端面上，然后在該連接處澆上含有15％鄰苯二甲酸二丁酯和5％乙二胺的環(huán)氧樹脂，并讓其固化24小時，以固封引出的導(dǎo)線；最終制成碳納米管電極。
將本發(fā)明方法制得的碳納米管電催化電極作對有機廢水的降解能力試驗及其他電極相對比較試驗。
(1)碳納米管電催化電極的試驗對活性艷紅X-3B染料廢水進(jìn)行處理，其初始濃度為50mg/L，無機鹽含量為3000mg/L；用碳納米管電極作為陽極，不銹鋼片作為陰極，在電極密度為20mA·cm-2、磁力攪拌轉(zhuǎn)速為500rpm條件下進(jìn)行電催化氧化處理，處理時間為30分鐘。實驗結(jié)果表明梁料X-3B有機物的降解率達(dá)到99.43％，COD去除率為95％。
(2)活性碳電極的試驗對活性艷紅X-3B染料廢水進(jìn)行處理，其初始濃度為50mg/L，無機鹽含量為3000mg/L；用活性炭電極作為陽極，不銹鋼片作為陰極，在電流密度為20mA·cm-2、磁力攪拌轉(zhuǎn)速為500rpm條件下進(jìn)行電催化氧化處理，處理時間為30分鐘。實驗結(jié)果表明染料X-3B有機物的降解率達(dá)到22.94％，COD去除率為41.54％。
(3)石墨電極的試驗對活性艷紅X-3B染料廢水進(jìn)行處理，其初始濃度為50mg/L，無機鹽含量為3000mg/L；用石墨電極作為陽極，不銹鋼片作為陰極，在電流密度為20mA·cm-2、磁力攪拌轉(zhuǎn)速為500rpm條件下進(jìn)行電催化氧化處理，處理時間為30分鐘。實驗結(jié)果表明染料X-3B有機物的降解率達(dá)到79.92％，COD去除率為69.63％。
由以上實驗可知，本發(fā)明的碳納米管電極在有機廢水的電催化氧化反應(yīng)中具有優(yōu)異的較高的降解率和較高的COD去除率。
權(quán)利要求
1.一種處理有機廢水的碳納米管電催化電極的制造方法，其特征在于具有如下的工藝過程和步驟a.純化碳納米管粉末將碳納米管粉末浸泡在20％硝酸溶液中24小時，再超聲分散2小時，以去除制備碳納米管時殘留的金屬催化劑；然后進(jìn)行抽濾，用蒸餾水洗滌多次，洗滌至PH＝7，隨后烘干至恒重；b.將純化后的碳納米管粉末進(jìn)行改性處理，將碳納米管粉末在空氣氣氛中高溫焙燒，焙燒溫度為600℃，時間為0.5小時；然后置于球磨機中進(jìn)行高速球磨，球磨機轉(zhuǎn)速為1500rpm；c.分散聚四氟乙烯(PTFE)粘結(jié)劑于碳納米管中用適量的聚四氟乙烯乳液，并以無水乙醇為溶劑，將該聚四氟乙烯的乙醇溶液加入到改性后的碳納米管粉末中，聚四氟乙烯粘結(jié)劑的用量為碳納米管理重量的10％；然后在高速砂磨機中進(jìn)行分散，高速砂磨機分散頭的轉(zhuǎn)速為3000rpm，分散時間為0.5小時，使粘結(jié)劑充分分散于碳納米管中；分散處理后再進(jìn)行烘干。d.冷壓成型將烘干后的碳納米管在室溫和25MPa壓力條件下，用臺式電動壓片機冷壓成型，形成圓柱狀薄片，即為電極；e.電極端面固定封接導(dǎo)線在上述制成的碳納米管電極的一端面上連接導(dǎo)線，先用導(dǎo)電石墨或?qū)щ娿y酸粘固導(dǎo)線一端，然后澆上含有15％鄰苯二甲酸二丁酯和5％乙二胺的環(huán)氧樹脂，并固化24小時，以固封引出的導(dǎo)線；最終制成碳納米管電極；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種處理有機廢水的碳納米管電極的制造方法，其特征在于所述的碳納米管為多壁碳納米管，管徑為40～60μm，長度為50～300μm，比表面積為200～300m2/g。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于處理有機廢水的碳納米管電催化電極的制造方法，屬電催化氧化技術(shù)中電極材料制造技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明主要是將具有高催化活性、高比表面積的碳納米管與粘結(jié)劑聚四氟乙烯接一定比例和一定方法混合后，進(jìn)行冷壓成型，隨后用環(huán)氧樹脂固化電極一端面并引出導(dǎo)線。本發(fā)明方法制得的碳納米管電催化電極具有很好的導(dǎo)電性，能耗低；經(jīng)改性處理后可顯著提高碳納米管電極的電催化活性。本發(fā)明方法制得的碳納米管以催化電極適用于處理有機廢水，對廢水中的有機物具有較高的降解率。
文檔編號C02F1/461GK1763253SQ20051002959
公開日2006年4月26日 申請日期2005年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月13日
發(fā)明者施利毅, 溫軼, 方建慧, 張登松, 張劍平 申請人:上海大學(xué)