用于土壤电动修复的改性多壁碳纳米管阳极电极制备方法

本发明涉及土壤电动修复技术中阳极制备领域，特别涉及用于土壤电动修复的改性多壁碳纳米管阳极电极制备方法。

背景技术：

1、电动修复技术是一种广泛使用的土壤原位修复技术，在处理污染土壤方面具有施工工艺简单、无二次污染等特点，近年来在重金属污染土壤治理工程中得到较多应用。

2、电动修复的工艺原理是：构建“阴阳电极-污染土壤-电解液”体系，在直流或者交流电场作用下，污染物通过电迁移、电泳、电渗流进行扩散，使重金属离子转移至电解液中，实现从土壤中去除。

3、当前电动修复技术中阳极电极的主要问题有：贵重金属作为阳极损耗巨大成本过高；石墨阳极电极电催化能力较弱效率不高；石墨电极易被被空气消磨较大，影响使用成本；金属阳极电极金属析出导致污染阳极电解液等问题，使得电动修复过程中存在电能消耗大处理成本较高，制约电动土壤修复技术应用推广。

4、如专利公开号为cn201811340146.5的“一种应用于阳极氧化体系的co3o4/石墨毡复合电极制备方法”专利报道，采用石墨作为阳极电极，在一定温度下高温煅烧co3o4负载石墨毡，其提高了石墨电极的使用寿命也获得了较高的氧化效能，不过还存在电极在电动修复中处理能力不足、电流效率较低、修复时间长等问题。当前对于重金属污染土壤需要研究出新的改性电极对环境干扰小，绿色环保，经济效益较高的材料。

5、应对现有重金属污染土壤技术中存在的缺陷，现有石墨阳极电极在电动修复过程中会造成大量的电能消耗，为解决当前普通石墨电极耗电、修复效果问题，本发明提出了一种改性多壁碳纳米管电极的制备方法，基于多壁碳纳米管和生物碳复合材料作为原料制作电极，其目的为提高电动修复效果，降低电动修复能量消耗、延长电极使用周期、提高污染土壤重金属处理能力。

6、本发明通过多壁碳纳米管与生物碳作为基体材料制作阳极电极，并采用高温附载c6h11feno7方法来制备一种高效阳极电极。可以大幅提高电催化性能与电动修复效果，降低电动修复能量消耗、延长电极使用周期、提高污染土壤重金属处理能力。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供以下的技术方案：

2、用于土壤电动修复的改性多壁碳纳米管阳极电极制备方法，包括如下步骤：

3、(1)制备碳纳米管电极基础材料：称取多壁碳纳米管粉末于1l烧杯中并使用加湿器装置湿润1min，消除多壁碳纳米管电极内部静电等待60min，得到多壁碳纳米管粉末，记为p1；

4、(2)制备生物碳：将树叶放入烘箱调整温度使其蒸干水分得到烘干树叶，捣碎树叶后放入研磨机内进行打碎成树叶粉末，将树叶粉末放入马弗炉内调整升温时间120min至600℃，保持120min，缓慢冷却至室温；

5、(3)制备多壁碳纳米管和生物碳复合材料：将制备好的生物碳放入玛瑙研磨具中研磨得到生物碳，再缓慢放入边搅拌与多壁碳纳米管在1l烧杯中混合均匀，得到材料记为p2；

6、(4)未改性多壁碳纳米管复合材料的制备：称取c6h11feno7为15.9g，放入研磨工具中碾成粉末后少量多次投入到p2材料中，得到未改性多壁碳纳米管材料，记为p3；

7、(5)制备未改性多壁碳纳米管复合材料浑浊液：将p3材料放入1l烧杯中加入超纯水并密封搅拌得到浑浊液；

8、(6)制备待改性多壁碳纳米管电极材料：将所述未改性多壁碳纳米管复合材料浑浊液通过抽滤装置抽出未附载在复合材料上的含c6h11feno7水溶液，得到待改性多壁碳纳米管电极材料，记为材料p4；

9、(7)烘干待改性多壁碳纳米管电极材料：将材料p4放入无菌真空干燥箱进行脱水烘干，等其烘干后放入研磨工具中进行精细研磨；

10、(8)制备改性多壁碳纳米管电极材料：将烘干好的材料p4，放入真空管式炉中进行高温600℃改性，以附载c6h11feno7进而提高电动修复能力，并称取2g(c3h3nao2)n研磨过80目筛后加入改性多壁碳纳米管电极材料中；

11、(9)将改性多壁碳纳米管电极材料放入压铸件10cm×10cm×5cm内，通过分20层分别浸润的方式溶解(c3h3nao2)n使其能够粘合周围电极材料，在压力作用下形成方片状电极；因为碳纳米管与生物碳抗压力能力强，不易撕裂等优点，使电极材料具有极强的可塑性。

12、优选的，步骤(1)中，所述多壁碳纳米管材料需要通过加湿进行消除静电处理，不然无法与生物碳粉末有效接触；

13、优选的，步骤(2)中，生物碳的制备过程中，对树叶表面除尘去灰后放入烘箱设置温度70℃烘烤1440min，树叶烘干后装进破碎机内搅碎成细小粉末，便于高温制成生物碳。碎树叶放入马弗炉中高温烧结，烧结温度为600℃，设置5℃/min升温60min至300℃，再升温60min至600℃，恒温保持1h，保温结束后，以相同速率降至室温；

14、优选的，步骤(4)中配制15.9g的c6h11feno7投入到p3材料中，加入500ml超纯水制成浑浊液，使用磁力搅拌器搅拌24h后静置5h；

15、优选的，步骤(7)中烘箱温度调至120℃快速脱水将材料p4烘干，经过360min拿出使用玛瑙研磨杵捣碎；

16、优选的，步骤(8)需要使用n2置换管式炉内空气，并设置真空管式炉升温速率为5℃/min，升温120min至600℃，保温120min后以5℃/min逐渐降温至室温状态；

17、优选的，步骤(9)中将高温改性的碳纳米管电极材料放入压铸件10cm×10cm×5cm内，铺设0.45mm厚高温改性的碳纳米管电极材料并使用5ml超纯水喷洒至其表面并吸收，逐次重复铺设润湿0.45mm厚高温改性的碳纳米管电极材料20层至(c3h3nao2)n完全吸收水分溶解；使用50kg压力缓慢增压15min，使其厚度达到0.6cm并且保持30min待其吸收水分；

18、制成的改性多壁碳纳米管电极水分需要放置于烘箱蒸发水分，设置烘箱温度为50℃，需要注意的是：过高的蒸发温度会导致电极片发生形变。

19、本发明还公开了一种改性多壁碳纳米管电极制备方法制备电极的应用，以改性多壁碳纳米管电极作为电动修复的阳极，普通石墨电极作为阴极，修复受重金属污染的土壤。

20、本发明有益效果：

21、1.本发明提供一种改性多壁碳纳米管电极，针对工业含重金属废水处理的需要，改性多壁碳纳米管电极解决了电动修复过程中电能损耗过大的问题，且提高了污染土壤中重金属污染处理效果，本发明的电极使用过程中具有耐腐蚀、寿命长、电催化活性高，能用于含cu、zn重金属离子水处理的综合优势；

22、2.本发明克服现有电动修复电极在电动修复过程中电流大小受限从而电动修复过程漫长导致电能损耗过高的问题，解决了传统电极多采用碳棒、石墨电极，其比表面积相较多壁碳纳米管电极小，作为电动修复的阳极难以大幅提升电流促进重金属在污染土壤中迁移的问题；

23、3.摆脱了传统石墨电极的接触面积束缚，从而大幅提升电动修复能力；

24、4.本发明所述电极比表面积即为多壁碳纳米管和生物碳复合材料空隙，使得复合材料比表面积较大，复合材料由于孔径较大在电动修复过程中增大阳极室电解液接触面积，使电极的接触面积摆脱原有石墨电极平面面积的限制，实现改性电极的接触面积大于其平面面积，其中接触面积的提升取决于多壁碳纳米管与生物碳复合材料的多空隙结构。