[发明专利]一种腐殖质-金属氧化物复合改性电极及其制备与应用

说明书

本发明公开了一种腐殖质‑金属氧化物复合改性电极及其制备与应用。其制备包括以下步骤：1)电极基体预处理；2)腐殖质‑金属盐胶体的制备；3)浸渍：将预处理好的电极基体置于腐殖质‑金属盐胶体中进行浸渍，浸渍完成后，一定温度下烘干；4)陈化；5)焙烧，最终制备成腐殖质‑金属氧化物复合改性电极。本发明将腐殖质与金属有机结合并固定于电极基体，不仅解决了腐殖质的浪费及污染问题，而且增加了电极结构上的活性基团，提高了电极的生物相容性，促进了电子转移，提高了生物电化学系统性能，同时，改性电极制备工艺简单、成本低廉，可实施性强。

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种腐殖质-金属氧化物复合改性电极及其制备与应用。

背景技术

生物电化学技术是一种有机污染物资源化技术，与传统的生物技术相比，生物电化学系统利用微生物作为催化剂，不仅能够将化学能转化成电能，同时对环境中有机污染物具有高效处理能力，如硝基苯、五氯苯酚等。然而，生物电化学系统仍然存在电子传递效率低、降解速率慢等问题。

近年来，富含醌基的电子中介体被广泛用于生物电化学系统中，但电子中介体具有毒性且价格昂贵。腐殖质是环境中有机物质的主要成分之一，主要包括腐植酸、富里酸和胡敏素。作为一种自然电子中介体，腐殖质引起了研究者的广泛兴趣。腐殖质所具有的官能团种类丰富，主要有酚羟基、羟基、醌基和甲氧基等，这些活性基团对腐植酸的理化性质具有决定性作用。然而，直接将腐殖质投加于生物电化学系统中进行应用，不仅会造成腐殖质的浪费，同时耐生物降解的腐殖质会产生污染，因此，从经济角度和环境角度来看都是不可行的。

金属不仅具有导电性能，同时其价态变化能够促进电子的转移。同时腐殖质能够与金属通过螯合、配位络合等作用相结合，并在电极基体上进行固定聚合，不仅能够解决腐殖质的浪费及污染问题，同时促进电子转移、提高电极的生物相容性，增强生物电化学系统性能，从而实现环境中有机污染物的高效降解。

发明内容

基于以上背景技术，本发明提供一种腐殖质-金属氧化物复合改性电极及其制备与应用，将其应用于生物电化学系统中，解决了腐殖质的浪费及污染问题，并且腐殖质与金属的有机结合进一步提高了生物电化学系统性能。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供一种腐殖质-金属氧化物复合改性电极的制备方法，包括以下步骤：

1)电极基体预处理：对电极基体进行清洗，并烘干备用；

2)腐殖质-金属盐胶体的制备：分别取一定量硝酸盐与柠檬酸，利用溶胶凝胶法进行胶体制备；在胶体形成后期加入一定量腐殖质并搅拌，最终制备成腐殖质-金属盐胶体；

3)浸渍：待胶体制备完成后，将预处理好的电极基体置于胶体中进行浸渍，浸渍完成后，一定温度下烘干；

4)陈化：将烘干后的负载有腐殖质-金属盐胶体的电极基体进行室温陈化；

5)焙烧：将陈化后的电极基体进行焙烧，最终制备成腐殖质-金属氧化物复合改性电极。

以下针对每一个步骤进行详细说明。

1)电极基体预处理：对电极基体进行清洗，并烘干备用。

优选地，所述电极基体为碳布、石墨棒、碳毡或碳刷等导电材料。

优选地，所述电极基体预处理的具体过程包括：室温下将所述电极基体在丙酮中浸泡，此后先用乙醇清洗，再用去离子水清洗；清洗完成后，烘干备用。

更优选地，所述电极基体在丙酮中浸泡0.5-1h，此后先用乙醇清洗3-5次，再用去离子水清洗3-7次；清洗完成后，60-80℃烘干备用。