本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)涉及一種電合成苯二酚的非金屬陰極板及其制備方法與應(yīng)用；該陰極板包括石墨、碳纖維復(fù)合材料或?qū)щ娋酆衔锘祝砻娉练e有錳、鈷、鎳氧化物納米粒子的催化活性層，并覆蓋有親水改性層以增強(qiáng)水潤(rùn)濕性和電子傳遞；增強(qiáng)材料和含羧酸基和/或羥基官能團(tuán)聚合物分別用于提升基底強(qiáng)度和親水性；制備方法包括基底壓制、催化活性層化學(xué)氣相沉積及親水改性層浸漬涂布；該陰極板在電化學(xué)合成對(duì)苯二酚中表現(xiàn)優(yōu)異，適用于?0.8至?1.2伏電壓和10至100毫安/平方厘米的電流密度條件下工作，有效提高了對(duì)苯二酚的產(chǎn)率和電極穩(wěn)定性。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)屬于非金屬陰極板制備，具體涉及一種電合成苯二酚非金屬陰極板及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、電化學(xué)合成作為一種清潔、高效的化學(xué)轉(zhuǎn)化手段，在精細(xì)化學(xué)品的生產(chǎn)中展現(xiàn)出巨大的潛力。苯二酚作為一種重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料等多個(gè)領(lǐng)域。傳統(tǒng)的苯二酚生產(chǎn)方法通常涉及復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，不僅能耗高、污染大，而且選擇性和產(chǎn)率難以控制。因此，開(kāi)發(fā)一種綠色、可持續(xù)的苯二酚合成技術(shù)具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。
2、現(xiàn)有的電化學(xué)合成苯二酚技術(shù)中，陰極材料的選擇對(duì)于提高反應(yīng)的選擇性、降低能耗至關(guān)重要。傳統(tǒng)的金屬基陰極材料雖然具有一定的催化活性，但往往存在成本較高、穩(wěn)定性差等問(wèn)題。此外，金屬基陰極在長(zhǎng)期使用過(guò)程中易發(fā)生腐蝕，影響裝置的運(yùn)行壽命。
3、為了克服上述問(wèn)題，近年來(lái)出現(xiàn)了利用非金屬材料作為陰極的研究趨勢(shì)。非金屬材料如石墨、碳纖維復(fù)合材料等具有良好的導(dǎo)電性能、化學(xué)穩(wěn)定性和較低的成本，成為理想的陰極候選材料。然而，這些材料本身的催化活性有限，需要通過(guò)負(fù)載特定的催化劑來(lái)提升其電催化性能。
4、目前，雖然已有一些關(guān)于非金屬陰極材料的研究報(bào)道，但在催化活性、穩(wěn)定性以及大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用方面仍存在諸多挑戰(zhàn)。例如，如何有效地負(fù)載金屬氧化物納米粒子以提高催化活性，同時(shí)保證材料的穩(wěn)定性和耐用性；如何優(yōu)化陰極表面性質(zhì)以改善電子傳遞效率和水潤(rùn)濕性等。
5、基于以上背景，本專(zhuān)利技術(shù)提供了一種新型的電合成苯二酚非金屬陰極板及其制備方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電化學(xué)合成過(guò)程。
r/>技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決上述問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種電合成苯二酚非金屬陰極板及其制備方法。
2、為達(dá)到上述目的，本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)方案如下：
3、本專(zhuān)利技術(shù)提供一種電合成苯二酚非金屬陰極板，所述非金屬陰極板包括：
4、基底材料層，基底材料層包括基底材料，所述基底材料選自石墨、碳纖維復(fù)合材料、導(dǎo)電聚合物中的一種或多種，其中所述基底材料層的厚度為100μm-2mm；
5、催化活性層，沉積于所述基底材料層上，所述催化活性層含有金屬氧化物納米粒子，所述金屬氧化物選自錳氧化物、鈷氧化物、鎳氧化物中的至少一種，其中所述金屬氧化物納米粒子的平均粒徑為20-50nm；
6、親水改性層，涂覆于所述催化活性層之上，以提高所述陰極板的水潤(rùn)濕性和電子傳遞效率，所述親水改性層的厚度為0.1-1μm。
7、進(jìn)一步地，所述基底材料層還包括增強(qiáng)材料，所述增強(qiáng)材料選自碳納米管、石墨烯中的至少一種，其中所述增強(qiáng)材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％-5％。
8、進(jìn)一步地，所述催化活性層的金屬氧化物納米粒子的負(fù)載量為1-5mg/cm2。
9、進(jìn)一步地，所述親水改性層包含含羧酸基和/或羥基官能團(tuán)的聚合物。
10、本專(zhuān)利技術(shù)還提供一種電合成苯二酚非金屬陰極板的制造方法，所述非金屬陰極板通過(guò)以下步驟制備：
11、步驟a：制備基底材料層，包括：
12、將基底材料與增強(qiáng)材料混合均勻；
13、將混合粉末置于模具中，加熱至180-220℃，保持壓力10mpa條件下壓制30-35分鐘，得到基底材料層；
14、步驟b：在所述基底材料層上沉積所述催化活性層，包括：
15、配制0.5mol/l的金屬氧化物納米粒子溶液；
16、將基底材料層浸入金屬氧化物納米粒子溶液中至少10分鐘，取出后在95-100℃下干燥1小時(shí)；
17、在氮?dú)鈿夥障拢瑢⒏稍锖蟮幕撞牧蠈又糜诠苁綘t中，加熱至400℃，持續(xù)2小時(shí)，以化學(xué)氣相沉積法沉積催化活性層；
18、步驟c：在所述催化活性層上涂覆所述親水改性層，包括：
19、配制含羧酸基和/或羥基官能團(tuán)聚合物溶液；
20、將催化活性層浸入含羧酸基和/或羥基官能團(tuán)聚合物溶液中10-35分鐘，取出后在80℃下干燥1小時(shí)，得到親水改性層。
21、進(jìn)一步地，所述沉積催化活性層的步驟采用化學(xué)氣相沉積法，所述金屬氧化物納米粒子溶液的濃度為0.5mol/l。
22、進(jìn)一步地，所述涂覆親水改性層的步驟采用浸漬涂布法，按質(zhì)量百分比計(jì)算，所述含羧酸基和/或羥基官能團(tuán)聚合物溶液的濃度為1％。
23、本專(zhuān)利技術(shù)還提供一種如上所述的非金屬陰極板在電合成苯二酚非金屬陰極板的應(yīng)用，所述非金屬陰極板用于電化學(xué)合成對(duì)苯二酚的裝置中作為陰極，其中所述裝置的工作電壓為-0.8v--1.2v，電流密度為10-100ma/cm2。
24、本專(zhuān)利技術(shù)的有益效果為：
25、本專(zhuān)利技術(shù)提出了一種用于電化學(xué)合成苯二酚的非金屬陰極板，該陰極板由三個(gè)主要部分組成：基底材料層、催化活性層和親水改性層。基底材料層采用了石墨、碳纖維復(fù)合材料或?qū)щ娋酆衔锏炔牧希⒓尤肓?％-5％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的碳納米管或石墨烯作為增強(qiáng)材料，這不僅保證了良好的導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度，還提高了整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐用性。催化活性層含有錳氧化物、鈷氧化物或鎳氧化物等金屬氧化物納米粒子，這些納米粒子的平均粒徑為20-50nm，負(fù)載量為1-5mg/cm2，能夠顯著提升陰極板的催化活性，進(jìn)而提高電化學(xué)合成過(guò)程中的苯二酚產(chǎn)率。親水改性層則由含氧官能團(tuán)(如羧酸基和/或羥基)的聚合物構(gòu)成，厚度為0.1-1μm，它不僅增強(qiáng)了陰極板的水潤(rùn)濕性，還進(jìn)一步提升了電子傳遞效率，有助于提高電化學(xué)反應(yīng)的速率和產(chǎn)率。綜合上述來(lái)看，通過(guò)本專(zhuān)利技術(shù)的步驟所制備的電合成苯二酚非金屬陰極板非常適合用于電化學(xué)合成苯二酚的工業(yè)應(yīng)用。在催化活性、穩(wěn)定性、耐用性、電子傳遞效率以及水潤(rùn)濕性等方面均有顯著提升，且具備簡(jiǎn)便的制備工藝和廣泛的適用范圍。
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【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種電合成苯二酚非金屬陰極板，其特征在于，所述非金屬陰極板包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電合成苯二酚非金屬陰極板，其特征在于，所述基底材料層還包含增強(qiáng)材料，所述增強(qiáng)材料為碳納米管、石墨烯中的一種或兩種；所述基底材料層中增強(qiáng)材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％-5％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電合成苯二酚非金屬陰極板，其特征在于，所述催化活性層的金屬氧化物納米粒子的負(fù)載量為1-5mg/cm2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電合成苯二酚非金屬陰極板，其特征在于，所述親水改性層包含含羧酸基和/或羥基官能團(tuán)聚合物。
5.一種如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的電合成苯二酚非金屬陰極板的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電合成苯二酚非金屬陰極板的制備方法，其特征在于，步驟B中，金屬氧化物納米粒子溶液的濃度為0.5mol/L。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電合成苯二酚非金屬陰極板的制備方法，其特征在于，步驟C中，含羧酸基和/或羥基官能團(tuán)聚合物溶液的質(zhì)量百分比濃度為1％。
8.一種如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的非金屬陰極板在電合成苯二酚非金屬陰極板的應(yīng)用，其特征在于，所述非金屬陰極板用于電化學(xué)合成對(duì)苯二酚的裝置中作為陰極，其中所述裝置的工作電壓為-0.8V--1.2V，電流密度為10-100mA/cm2。
9.一種如權(quán)利要求5-8任一項(xiàng)所述制備方法制備得到的非金屬陰極板在電合成苯二酚非金屬陰極板的應(yīng)用，其特征在于，所述非金屬陰極板用于電化學(xué)合成對(duì)苯二酚的裝置中作為陰極，其中所述裝置的工作電壓為-0.8V--1.2V，電流密度為10-100mA/cm2。
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【技術(shù)特征摘要】
1.一種電合成苯二酚非金屬陰極板，其特征在于，所述非金屬陰極板包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電合成苯二酚非金屬陰極板，其特征在于，所述基底材料層還包含增強(qiáng)材料，所述增強(qiáng)材料為碳納米管、石墨烯中的一種或兩種；所述基底材料層中增強(qiáng)材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％-5％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電合成苯二酚非金屬陰極板，其特征在于，所述催化活性層的金屬氧化物納米粒子的負(fù)載量為1-5mg/cm2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電合成苯二酚非金屬陰極板，其特征在于，所述親水改性層包含含羧酸基和/或羥基官能團(tuán)聚合物。
5.一種如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的電合成苯二酚非金屬陰極板的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電合成苯二酚非金屬陰極板的制備方法，其...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：韓炎，胡新利，趙飛，楊紫偉，原良甫，林俊義，項(xiàng)瞻波，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：宿遷聯(lián)盛科技股份有限公司，
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