1.新型阴极WSP催化导电复合膜的制备工艺,其特征在于:以碳纤维布为基底,铁粉、磁性四氧化三铁、二氧化铅、氧化石墨烯作为催化剂材料,聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮作为粘合剂,并耦合水溶性纸为催化剂提供多个催化活性位点。
2.根据权利要求1所述的新型阴极WSP催化导电复合膜的制备工艺,其特征在于包括以下步骤:
(1)氧化石墨烯的制备
将高锰酸钾和石墨粉加入浓硫酸和浓硝酸混合液中,经加热搅拌12h、离心、反复洗涤、真空烘干后得粉末状氧化石墨烯;
(2)磁性四氧化三铁的制备
以七水合硫酸亚铁、聚乙烯吡咯烷酮和氢氧化钠为原料,经加热搅拌、外部磁场分离、去离子水和乙醇交替洗涤、真空烘干得到磁性四氧化三铁;
(3)铸膜液的制备
N,N‑二甲基甲酰胺、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、铁粉、二氧化铅、步骤(1)制得的氧化石墨烯和步骤(2)制得的磁性四氧化三铁完全密封搅拌24h制成铸膜液;
(4)阴极膜的制备
使步骤(3)获得的铸膜液在碳纤维布表面进行附着;
(5)WSP催化导电阴极复合膜的制备将步骤(4)获得的铸膜液附着在碳纤维布表面并耦合水溶性纸。
3.根据权利要求2所述的新型阴极WSP催化导电复合膜的制备工艺,其特征在于步骤(1)氧化石墨烯的制备具体过程为:在浓硫酸和浓硝酸的混合溶液中缓慢加入高锰酸钾和纳米石墨粉,产生轻微的放热至35‑40℃,再将混合物搅拌均匀,冰浴冷却至室温,依次进行离心、洗涤,多次洗涤后倒入培养皿中真空干燥10‑13h。
4.根据权利要求3所述的新型阴极WSP催化导电复合膜的制备工艺,其特征在于所述浓硫酸和浓硝酸的体积比为9:1;高锰酸钾、石墨粉的质量比6:1。
5.根据权利要求2所述的新型阴极WSP催化导电复合膜的制备工艺,其特征在于步骤(2)磁性四氧化三铁的制备具体过程为:将七水合硫酸亚铁和聚乙烯吡咯烷酮添加到100mL含有氢氧化钠的去离子水中,并在充分加热搅拌,加热温度控制在70‑90℃,直至产生黑色沉淀停止搅拌,再通过外部磁场分离所得固体粉末,将其用去离子水和乙醇反复清洗达到中性pH值,在60‑70℃下真空干燥10‑13h。
6.根据权利要求5所述的新型阴极WSP催化导电复合膜的制备工艺,其特征在于所述FeSO4·7H2O和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为(2.7~3):10。
7.根据权利要求2所述的新型阴极WSP催化导电复合膜的制备工艺,其特征在于步骤(3)铸膜液的制备具体过程为:准备一个干燥清洁的50mL锥形瓶,向锥形瓶内按比例加入N,N‑二甲基甲酰胺、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、铁粉、二氧化铅、步骤(1)制得的氧化石墨烯和步骤(2)制得的磁性四氧化三铁,将锥形瓶密封,使铸膜液与空气隔绝,将铸膜液放在电动搅拌机上进行搅拌24小时以上,使其溶解、混合均匀;
所述N,N‑二甲基甲酰胺、聚偏氟乙烯、氧化石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮、铁粉、磁性四氧化三铁、二氧化铅的质量比为(13~14):3:0.08:0.8:0.8:(0.5~1):(1.5~2)。
8.根据权利要求2所述的新型阴极WSP催化导电复合膜的制备工艺,其特征在于步骤(5)WSP催化导电阴极复合膜的制备具体过程为裁剪出与碳纤维布尺寸相同的水溶性纸,使其光面朝上并紧贴步骤(4)制得的阴极膜上,在空气中倒置5分钟,立即将其倒放在去离子水中,通过相转化法固化WSP催化导电复合膜。
9.采用权利要求1‑8任一权利要求所述的WSP催化导电阴极复合膜的制备工艺制得的WSP催化导电阴极复合膜。
10.按照权利要求9所述的WSP催化导电阴极复合膜作为MFC‑MBR反应器阴极膜的应用,能有效抑制膜污染,去除有机物和重金属离子。