CN110124735B - 一种亲水导电性水凝胶阴极催化膜及其制备方法和应用 - Google Patents

一种亲水导电性水凝胶阴极催化膜及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种亲水导电性水凝胶阴极催化膜及其制备方法和应用，所述亲水导电性水凝胶阴极催化膜由负载纳米铁粒子的亲水导电性水凝胶通过刮凃方式制备得到，具有规则的三维网络结构，孔径为100～1000nm；拉伸强度≥1600MPa，承压力≥1.5MPa。本发明无需基膜，采用乳液聚合直接成膜法制备具有三维网络结构的水凝胶阴极催化膜，并将可电离官能团及纳米催化剂引入聚合物网络中，提高阴极催化膜的导电性能及催化性能；水凝胶阴极催化膜应用在EMBR阴极催化过程中，能够促进氧还原反应发生，提高ORR活性，提高反应体系产电效率；其亲水性好，导电性高，膜电极稳定性高，并具有高度可调的机械性能。

Description

一种亲水导电性水凝胶阴极催化膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及新材料及有机废水处理技术领域，尤其涉及一种用于对高浓度难降解有机工业废水进行净化处理的亲水导电性水凝胶阴极催化膜。
背景技术
焦化废水是焦化厂在焦炭炼制、煤气净化和化学产品回收过程中产生的废水，主要污染物质为酚、杂环化合物、多环芳烃、氨氮、氰、硫化物等，成分复杂、污染物浓度高、色度高、毒性大、可生化性差，是一种典型的高浓度难降解有机废水。目前，大多数焦化厂采用传统活性污泥法处理焦化废水，可有效去除酚、氨氮等污染物，但对一些杂环或多环芳香族类有机高分子污染物去除效果差，出水COD在200-400mg/L，难以达到国家的排放标准。焦化废水处理过程中主要存在的问题：一是难降解有机物的去除效果差，生化处理后COD含量仍然较高，出水水质差；二是简单的物化法作为预处理和后续处理工艺，所需条件苛刻，同时存在投加药剂、运行成本高及二次污染的问题；三是目前研究的一系列高科技处理实验设备要求高、成本高，不切合工业化生产，不适宜大宗废水的处理。所以，需要针对焦化废水开发处理效果好、成本低、能够快速实现工程化的处理工艺。
膜生物反应器(MBR)是将膜技术与生物技术相结合的一种先进的废水处理方法，主要是先利用生物技术去除水中可生物降解的有机污染物，然后利用膜技术过滤悬浮物和水溶性大分子物质，降低水浊度，起到生化处理和反渗透处理的双重作用。MBR具有处理效率高、占地面积小、自动化程度高等优点，是21世纪最具有发展前景的污水处理和中水回用技术，近几年在国内外焦化废水处理中得到一定程度的应用。然而，MBR面临最大的挑战是膜污染的问题，只有解决膜污染才能降低运行成本及清洗频次，减少人工操作。为了实现焦化废水回用“零排放”要求，使得MBR成为未来废水处理领域的关键技术，如何有效控制膜污染便成为膜工艺成果的关键。控制膜污染的传统方法主要为化学清洗、曝气冲刷、水力剪切和添加化学试剂等，这类方法只能做到一时缓解作用，而且需要投加药剂或是拆除膜清洗，耗费人力物力、效果不稳定且成本较高，影响反应器的连续运行，不能做到根本解决膜污染的问题。
电辅助膜生物反应器(EMBR)是将微生物燃料电池(MFC)和膜生物反应器耦合到一起，在废水处理的同时可以产电，不仅可以利用微生物代谢作用降解有机污染物，而且可利用的微生物无氧呼吸作用，分解为二氧化碳、电子和质子，电子由外电路传递至阴极，产生电势差，形成电流，使阴极和带负电的活性污泥、胶体等产生近静电排斥力，从而控制膜污染，解决MBR的实际工程难题；另外，这种利用微生物在温和的环境下将有机物的化学能以电能的形式进行回收、利用的方式具有巨大的潜能，对今后可持续能源与处理环境问题有着重要的现实意义。目前，已经有学者对该种耦合技术进行研究，如申请号为201210081071.X的中国专利公开了一种“一种直接耦合生物反应器和微生物燃料电池的反应器和废水处理方法”，将导电材料作为膜生物反应器的过滤介质，同时做为微生物燃料电池的阴极，实现MBR和MFC的直接耦合，可以实现较好的出水水质以及膜污染的控制，说明该耦合技术具有较好的发展前景。
近年来，随着材料科学的不断发展，膜表面改性逐渐进入研究者的视线当中，可以利用膜组件改性在表面添加亲水基团以及其他功能化改性，从而增加抗膜污染能力和使用寿命。
目前，用于水处理的聚合膜有很大一部分是以聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚芳醚砜等材料制备而成，这些材料共同的优点是机械强度大、耐化学腐蚀、热稳定性高。如申请号为201610141239.X的中国专利公开了一种“聚四氟乙烯电催化多孔膜及其制备方法”，以双向拉伸制得的聚四氟乙烯为基膜，通过真空抽滤在其上沉积多壁碳纳米管与石墨烯等混合物制成导电层，所得的的膜柔性好、成本低。但是，由于聚四氟乙烯这类材料的疏水性很强，使得分离膜在应用于水处理时极易吸附水中的蛋白质、油滴、胶体或其他有机物质而造成膜孔堵塞，不利于高浓度难降解废水的长期处理运行。
另外，阴极催化膜需要具有较高的氧还原活性(ORR活性)。因为在反应器运行期间，阴极一直处于曝气状态，阴极发生氧还原反应，阴极氧气传质效率越高，所获得电池电势越高，产电效率越高。目前，对于阴极膜氧气敏感性能方面的研究较少，有学者研究了燃料电池的氧气吸附性能，如申请号为201711474770.X的中国专利公开了“一种掺杂金红石相TiO2燃料电池膜电极及制备方法”，将钛源、掺杂剂、稳定剂水浴搅拌制成混合液，然后计入助剂进行水热反应，制得凝胶状材料，再与催化剂复合热压成型，得到的燃料电池膜电极具有较好的氧气敏感性，对氧气的吸附能力强，阴极氧催化能力高；但该种膜电极具有较强的疏水性，更适用于燃料电池作空气阴极。
此外，阴极催化膜的制备方法主要采用在基膜上附上导电层或者催化层的思路，如溶胶-凝胶法、浸渍涂覆或者电沉积等方法，得到的电催化膜存在诸多不足，纳米催化颗粒与基膜的作用力较弱，易发生团聚，膜电极稳定性差，从而导致阴极的电流效率低，ORR活性差，电子传输效率低。
发明内容
本发明提供了一种亲水导电性水凝胶阴极催化膜及其制备方法和应用，无需基膜，采用乳液聚合直接成膜法制备具有三维网络结构的水凝胶阴极催化膜，并将可电离官能团及纳米催化剂引入聚合物网络中，提高阴极催化膜的导电性能及催化性能；水凝胶阴极催化膜应用在EMBR阴极催化过程中，能够促进氧还原反应发生，提高ORR活性，提高反应体系产电效率；其亲水性好，导电性高，膜电极稳定性高，并具有高度可调的机械性能。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种亲水导电性水凝胶阴极催化膜，由负载纳米铁粒子的亲水导电性水凝胶通过刮凃方式制备得到，具有规则的三维网络结构，孔径为100～1000nm；拉伸强度≥1600MPa，承压力≥1.5MPa。
一种亲水导电性水凝胶阴极催化膜的制备方法，将N-(4-氯苯基)丙烯酰胺单体、丙烯酸单体、丙烯酰胺单体按质量比5～15∶2～9∶2～9进行乳液聚合，生成三元聚合物水凝胶；再将导电聚合物苯胺通过乳液聚合法引入所述三元聚合物水凝胶中得到导电聚合物水凝胶，三元聚合物水凝胶与苯胺的质量比为1.25～5∶1；然后向导电聚合物水凝胶中加入铁盐，导电聚合物水凝胶与铁盐的质量比为5～35:9，水浴加热后得到负载纳米铁催化剂的亲水导电性水凝胶，最后将负载纳米铁粒子的亲水导电性水凝胶通过刮凃方式制备为平板膜。
一种亲水导电性水凝胶阴极催化膜的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)三元聚合物柔性材料的制备：
①N-(4-氯苯基)丙烯酰胺的合成：取1～5g丙烯酸试剂溶于有机溶剂中配制成质量分数为0.1～5wt％的丙烯酸溶液；取丙烯酸溶液10～100mL，然后加入1-30mL二氯亚砜溶液，反应后生成C2H5COCl溶液；称取10～100g对苯二胺固体投入到20～150mL C2H5COCl溶液中，反应后生成N-(4-氯苯基)丙烯酰胺；
②三元聚合物的合成：采用乳液聚合法，将N-(4-氯苯基)丙烯酰胺单体、丙烯酸单体、丙烯酰胺单体合成为三元聚合物；具体是将5～15g的N-(4-氯苯基)丙烯酰胺单体、2～9g丙烯酸单体、2～9g丙烯酰胺单体、0.1～5g的OP-10乳化剂和0.1～10g过硫酸铵置于四口烧瓶中，加入50～300mL去离子水溶解，然后进行机械搅拌，反应温度调节至60～70℃，1～6h后降温至20～40℃，密封保存备用；
(2)导电聚合物水凝胶的制备：
称取10～200g三元聚合物稀释成质量分数为1wt％～5wt％的水凝胶溶液，再按三元聚合物的20wt％～80wt％的比例称取苯胺并加入水凝胶溶液中，利用乳液聚合法合成，反应温度调节至60～70℃，1～6h后降温至20～40℃，反应结束后得到导电聚合物水凝胶，密封保存备用；
(3)纳米催化剂的引入：
取1～10g导电聚合物水凝胶放置于500mL四口烧瓶中，加入30～300mL浓度为0.1～0.5mol/L的硝酸铁水溶液，室温下搅拌6～24h，使铁离子充分嵌入导电聚合物水凝胶的胶层中；用去离子水多次洗涤后，放置于50～300mL浓度为0.3～1.5mol/L的NaBH4水溶液中，水浴加热，水浴温度为35～45℃，加热时间为2～6h；同时用氮气鼓泡去除溶液中的氧气，在氮气氛围下保持室温缓慢搅拌6～10h，完成铁离子的还原反应，生成的铁单质附着在导电聚合物水凝胶中，即形成金属纳米催化剂；
(4)亲水导电性水凝胶阴极催化膜的制备：
取步骤(3)中负载完纳米铁粒子的亲水导电性水凝胶10～15g，通过刮凃方式制备平板膜，将平板膜迅速放入超纯水中进行相转化4～8h，然后在70～80℃温度下烘干，即得亲水导电性水凝胶阴极催化膜。
所述二氯亚砜溶液的质量浓度为37wt％。
所述N-(4-氯苯基)丙烯酰胺单体、丙烯酸单体和丙烯酰胺单体的质量比为6∶2∶2。
所述三元聚合物与苯胺的质量比为3∶1。
一种亲水导电性水凝胶阴极催化膜的应用，用于EMBR***中，对高浓度难降解有机废水进行净化处理。
所述高浓度难降解有机废水为焦化废水。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明所述亲水导电性水凝胶阴极催化膜，具有交联聚合物链的三维网络结构，通过乳液聚合合成的水凝胶阴极催化膜具有高度可调的机械性能、热力学性能、离子扩散和液体运输性能，能够增加阴极膜的膜通量，提高膜的亲水性、氧吸附能力以及导电性，适用于高浓度有机废水处理，能够提高抗污染性能，减少清洗频率，延长使用寿命；
2)本发明所述亲水导电性水凝胶阴极催化膜，通过乳液聚合交联了电子导电聚合物链，能够实现连续的电子传输，增加了膜材料的导电率；同时，引入纳米催化颗粒，增加了阴极膜的ORR活性，促进阴极氧还原反应的进行，增加阴极电势，提高反应器产电效率；
3)本发明所述亲水导电性水凝胶阴极催化膜，采用水凝胶聚合物一体化成膜，与传统的阴极膜材料制备工艺相比，无需基膜，整体聚合物网络通过化学键作用相互结合，膜电极稳定性高。
附图说明
图1是本发明所述亲水导电性水凝胶阴极催化膜的合成流程示意图。
图2是本发明实施例所述亲水导电性水凝胶阴极催化膜耦合EMBR***的示意图。
图中：1.阳极碳棒 2.电阻 3.亲水导电性水凝胶阴极催化膜 4.曝气头 5.曝气泵6.电压电流数据采集器 7.水质监测仪
图3是本发明实施例中焦化废水经处理后的出水COD和NH4 +-N去除率曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
本发明所述一种亲水导电性水凝胶阴极催化膜，由负载纳米铁粒子的亲水导电性水凝胶通过刮凃方式制备得到，具有规则的三维网络结构，孔径为100～1000nm；拉伸强度≥1600MPa，承压力≥1.5MPa。
如图1所示，本发明所述一种亲水导电性水凝胶阴极催化膜的制备方法，将N-(4-氯苯基)丙烯酰胺单体、丙烯酸单体、丙烯酰胺单体按质量比5～15:2～9∶2～9进行乳液聚合，生成三元聚合物水凝胶；再将导电聚合物苯胺通过乳液聚合法引入所述三元聚合物水凝胶中得到导电聚合物水凝胶，三元聚合物水凝胶与苯胺的质量比为1.25～5∶1；然后向导电聚合物水凝胶中加入铁盐，导电聚合物水凝胶与铁盐的质量比为5～35∶9，水浴加热后得到负载纳米铁催化剂的亲水导电性水凝胶，最后将负载纳米铁粒子的亲水导电性水凝胶通过刮凃方式制备为平板膜。
本发明所述一种亲水导电性水凝胶阴极催化膜的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)三元聚合物柔性材料的制备：
①N-(4-氯苯基)丙烯酰胺的合成：取1～5g丙烯酸试剂溶于有机溶剂中配制成质量分数为0.1～5wt％的丙烯酸溶液；取丙烯酸溶液10～100mL，然后加入1-30mL二氯亚砜溶液，反应后生成C2H5COCl溶液；称取10～100g对苯二胺固体投入到20～150mL C2H5COCl溶液中，反应后生成N-(4-氯苯基)丙烯酰胺；
②三元聚合物的合成：采用乳液聚合法，将N-(4-氯苯基)丙烯酰胺单体、丙烯酸单体、丙烯酰胺单体合成为三元聚合物；具体是将5～15g的N-(4-氯苯基)丙烯酰胺单体、2～9g丙烯酸单体、2～9g丙烯酰胺单体、0.1～5g的OP-10乳化剂和0.1～10g过硫酸铵置于四口烧瓶中，加入50～300mL去离子水溶解，然后进行机械搅拌，反应温度调节至60～70℃，1～6h后降温至20～40℃，密封保存备用；
(2)导电聚合物水凝胶的制备：
称取10～200g三元聚合物稀释成质量分数为1wt％～5wt％的水凝胶溶液，再按三元聚合物的20wt％～80wt％的比例称取苯胺并加入水凝胶溶液中，利用乳液聚合法合成，反应温度调节至60～70℃，1～6h后降温至20～40℃，反应结束后得到导电聚合物水凝胶，密封保存备用；
(3)纳米催化剂的引入：
取1～10g导电聚合物水凝胶放置于500mL四口烧瓶中，加入30～300mL浓度为0.1～0.5mol/L的硝酸铁水溶液，室温下搅拌6～24h，使铁离子充分嵌入导电聚合物水凝胶的胶层中；用去离子水多次洗涤后，放置于50～300mL浓度为0.3～1.5mol/L的NaBH4水溶液中，水浴加热，水浴温度为35～45℃，加热时间为2～6h；同时用氮气鼓泡去除溶液中的氧气，在氮气氛围下保持室温缓慢搅拌6～10h，完成铁离子的还原反应，生成的铁单质附着在导电聚合物水凝胶中，即形成金属纳米催化剂；
(4)亲水导电性水凝胶阴极催化膜的制备：
取步骤(3)中负载完纳米铁粒子的亲水导电性水凝胶10～15g，通过刮凃方式制备平板膜，将平板膜迅速放入超纯水中进行相转化4～8h，然后在70～80℃温度下烘干，即得亲水导电性水凝胶阴极催化膜。
所述二氯亚砜溶液的质量浓度为37wt％。
所述N-(4-氯苯基)丙烯酰胺单体、丙烯酸单体和丙烯酰胺单体的质量比为6∶2∶2。
所述三元聚合物与苯胺的质量比为3∶1。
一种亲水导电性水凝胶阴极催化膜的应用，用于EMBR***中，对高浓度难降解有机废水进行净化处理。
所述高浓度难降解有机废水为焦化废水。
本发明能够解决传统阴极亲水性差、机械性能差、对氧吸附能力差等问题；与传统的阴极膜材料相比，所制得的水凝胶阴极催化膜具有吸水膨胀而不溶解的优点，多层亲水孔道可促进离子扩散和液体运输，亲水性好，同时还具有高度可调的机械性能(如弹性、柔韧性)来改善水处理膜材料的其他性能；所述水凝胶阴极催化膜应用在EMBR阴极催化过程中，能够促进氧还原反应发生，提高ORR活性。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
【实施例】
一、亲水导电性水凝胶阴极催化膜的制备：
(1)三元聚合物柔性材料的制备：
①N-(4-氯苯基)丙烯酰胺单体的合成：取2.5g丙烯酸试剂溶于甲苯有机溶剂中配制成质量分数为3wt％的丙烯酸溶液，取该溶液100mL，然后加入20mL质量浓度为37wt％的二氯亚砜溶液进行取代反应，生成C2H5COCl；称取50g对苯二胺固体投入到80mL的C2H5COCl溶液中，反应后生成N-(4-氯苯基)丙烯酰胺；
②三元聚合物的合成：采用乳液聚合法，将15g的N-(4-氯苯基)丙烯酰胺单体，5g丙烯酸单体，5g丙烯酰胺单体，2g的OP-10乳化剂，0.5g过硫酸铵置于四口烧瓶中，并加入200mL去离子水溶解，机械搅拌，反应温度调节至65℃，4h后降温至25℃，密封保存备用。
(2)导电聚合物水凝胶的制备：
称取36g三元聚合物稀释成质量分数为2wt％的水凝胶溶液，称取12g苯胺并加入水凝胶溶液中，利用乳液聚合法合成，反应温度调节至65℃，4h后降温至25℃，反应结束后得到导电聚合物水凝胶，密封保存备用。
(3)纳米催化剂的引入：
取10g导电聚合物水凝胶放置于500mL四口烧瓶中，同时加入150mL浓度为0.15mol/L的硝酸铁水溶液，室温下搅拌18h，使铁离子能够充分的嵌入导电聚合物水凝胶中。用去离子水多次洗涤导电聚合物水凝胶后，放置于300mL浓度为1.2mol/L的NaBH4水溶液中，40℃水浴加热，加热时间为6h，同时用氮气鼓泡去除溶液中的氧气，在氮气氛围下，保持室温缓慢搅拌7h，完成铁离子的还原反应，生成纳米铁催化剂。
(4)亲水导电性水凝胶阴极催化膜的制备：
取上述负载完纳米铁粒子的亲水导电性水凝胶10g，通过刮凃方式制备平板膜，并将膜迅速放入超纯水中进行相转化6.5h，并于75℃下烘干，即得具有亲水性、导电性、催化性及ORR活性的亲水导电性水凝胶阴极催化膜。
本实施例中，所述亲水导电性水凝胶阴极催化膜应用于EMBR***中对焦化废水进行处理。
某焦化厂废水的原水水质如表1所示。
表1某焦化厂废水的原水水质
Figure BDA0002084065860000081
以焦化厂的高浓度焦化废水作为进水，废水先经过阳极处理，然后经过各层到达阴极室，如图2所示，本实施例制备的亲水导电性水凝胶阴极催化膜直接作为具有截留分离作用的膜阴极，并在底部设置曝气头4与曝气泵5连接，通过曝气提供氧气。阳极室放置碳棒1作为阳极，碳棒1与亲水导电性水凝胶阴极催化膜3通过导线连接，并且在导线上外接电阻2。阳极室的水温、pH和溶解氧指标等由水质监测仪7跟踪监测并采集数据，电流及电压等数据变化由电压电流数据采集器6收集，用来监测***产电情况，膜前压由真空表来监测，反映膜污染的情况。
利用蠕动泵控制进出水流速，控制水力停留时间约为48h，每24h分别取出水水样，测定COD和NH4 +-N浓度，计算去除率，连续运行7天后COD浓度稳定在130mg/L左右，去除率稳定在96.6％左右，NH4 +-N浓度稳定在20mg/L左右，去除率稳定在78％左右，出水COD和NH4 +-N去除率曲线如图3所示。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种亲水导电性水凝胶阴极催化膜的制备方法，其特征在于，所述亲水导电性水凝胶阴极催化膜由负载纳米铁粒子的亲水导电性水凝胶通过刮凃方式制备得到，具有规则的三维网络结构，孔径为100～1000nm；拉伸强度≥1600MPa，承压力≥1.5MPa；
所述亲水导电性水凝胶阴极催化膜的制备方法，是将N-(4-氯苯基)丙烯酰胺单体、丙烯酸单体、丙烯酰胺单体按质量比5～15:2～9:2～9进行乳液聚合，生成三元聚合物水凝胶；再将导电聚合物苯胺通过乳液聚合法引入所述三元聚合物水凝胶中得到导电聚合物水凝胶，三元聚合物水凝胶与苯胺的质量比为1.25～5:1；然后向导电聚合物水凝胶中加入铁盐，导电聚合物水凝胶与铁盐的质量比为5～35:9，水浴加热后得到负载纳米铁催化剂的亲水导电性水凝胶，最后将负载纳米铁粒子的亲水导电性水凝胶通过刮凃方式制备为平板膜；
所述亲水导电性水凝胶阴极催化膜的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)三元聚合物柔性材料的制备：
①N-(4-氯苯基)丙烯酰胺的合成：取1～5g丙烯酸试剂溶于有机溶剂中配制成质量分数为0.1～5wt％的丙烯酸溶液；取丙烯酸溶液10～100mL，然后加入1-30mL二氯亚砜溶液，反应后生成C2H5COCl溶液；称取10～100g对苯二胺固体投入到20～150mL C2H5COCl溶液中，反应后生成N-(4-氯苯基)丙烯酰胺；
②三元聚合物的合成：采用乳液聚合法，将N-(4-氯苯基)丙烯酰胺单体、丙烯酸单体、丙烯酰胺单体合成为三元聚合物；具体是将5～15g的N-(4-氯苯基)丙烯酰胺单体、2～9g丙烯酸单体、2～9g丙烯酰胺单体、0.1～5g的OP-10乳化剂和0.1～10g过硫酸铵置于四口烧瓶中，加入50～300mL去离子水溶解，然后进行机械搅拌，反应温度调节至60～70℃，1～6h后降温至20～40℃，密封保存备用；
(2)导电聚合物水凝胶的制备：
称取10～200g三元聚合物稀释成质量分数为1wt％～5wt％的水凝胶溶液，再按三元聚合物的20wt％～80wt％的比例称取苯胺并加入水凝胶溶液中，利用乳液聚合法合成，反应温度调节至60～70℃，1～6h后降温至20～40℃，反应结束后得到导电聚合物水凝胶，密封保存备用；
(3)纳米催化剂的引入：
取1～10g导电聚合物水凝胶放置于500mL四口烧瓶中，加入30～300mL浓度为0.1～0.5mol/L的硝酸铁水溶液，室温下搅拌6～24h，使铁离子充分嵌入导电聚合物水凝胶的胶层中；用去离子水多次洗涤后，放置于50～300mL浓度为0.3～1.5mol/L的NaBH4水溶液中，水浴加热，水浴温度为35～45℃，加热时间为2～6h；同时用氮气鼓泡去除溶液中的氧气，在氮气氛围下保持室温缓慢搅拌6～10h，完成铁离子的还原反应，生成的铁单质附着在导电聚合物水凝胶中，即形成金属纳米催化剂；
(4)亲水导电性水凝胶阴极催化膜的制备：
取步骤(3)中负载完纳米铁粒子的亲水导电性水凝胶10～15g，通过刮凃方式制备平板膜，将平板膜迅速放入超纯水中进行相转化4～8h，然后在70～80℃温度下烘干，即得亲水导电性水凝胶阴极催化膜。
2.根据权利要求1所述的一种亲水导电性水凝胶阴极催化膜的制备方法，其特征在于，所述二氯亚砜溶液的质量浓度为37wt％。
3.根据权利要求1所述的一种亲水导电性水凝胶阴极催化膜的制备方法，其特征在于，所述N-(4-氯苯基)丙烯酰胺单体、丙烯酸单体和丙烯酰胺单体的质量比为6:2:2。
4.根据权利要求1所述的一种亲水导电性水凝胶阴极催化膜的制备方法，其特征在于，所述三元聚合物与苯胺的质量比为3:1。
5.根据权利要求1所述的一种亲水导电性水凝胶阴极催化膜的制备方法，其特征在于，所述亲水导电性水凝胶阴极催化膜用于电辅助膜生物反应器***中，对高浓度难降解有机废水进行净化处理。
6.根据权利要求5所述的一种亲水导电性水凝胶阴极催化膜的制备方法，其特征在于，所述高浓度难降解有机废水为焦化废水。
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