[发明专利]一种双金属氧化物改性泡沫镍复合电极的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种双金属氧化物改性泡沫镍复合电极的制备方法及应用，本发明通过简单的一步水热法和退火的方法制备了Fe₂O₃‑MnO₂双金属氧化物改性泡沫镍电极，并将Fe₂O₃‑MnO₂改性泡沫镍复合电极作为阴极，石墨片作为阳极，在恒电压条件下完成对水体中抗生素的高效去除。本发明利用电促进双金属氧化物中Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)与Mn(Ⅱ)/Mn(Ⅲ)/Mn(Ⅳ)之间的价态转化，从而促使PMS反应生成高反应活性的自由基，将抗生素分解成无毒小分子物质、二氧化碳和水。本发明制备的基于双金属氧化物的非均相固载型催化剂能够解决催化剂不易于回收及重复使用率不高的问题，且材料的制备方法简便，成本低廉，为后续开发用于电催化降解抗生素领域的电极材料提供了一种新方法。

技术领域

本发明属于电催化降解领域，涉及一种Fe₂O₃-MnO₂/NF双金属氧化物改性泡沫镍复合电极的制备及其在电促进活化PMS降解抗生素废水中的应用。

背景技术

抗生素是一种具有抗菌活性的药物，可以有效地应用于预防或治疗人类和动物的细菌感染疾病。近年来，抗生素的日排放量越来越多，实际上，许多抗生素无法在人类和动物体内完全代谢，会随着人体和动物的尿液和粪便一起进入污水处理厂。然而，由于其具有抗菌特性，废水处理厂中对抗生素的处理效率受到极大限制，导致抗生素直接排放到环境中。水生环境中抗生素的积累会导致抗生素抗性细菌和抗生素抗性基因的产生，从而威胁到公众健康。因此，抗生素作为新兴的有机微污染物已引起了研究人员的极大关注，开发经济有效的抗生素废水修复方法已成为一个热门话题。

目前，去除抗生素的方法主要是吸附、生物处理法、膜过程和高级氧化法。但是，吸附只能将抗生素与废水分开，不能有效地将污染物降解为无毒小分子产物。由于抗生素对细菌活性的抑制作用，生物处理去除效率低。膜工艺因工作压力高，会消耗大量能量。相比之下，高级氧化技术会产生高反应活性的自由基，进而将抗生素和其他难降解有机污染物转化为低毒性、可生物降解的产物。其中，PMS活化生成的SO₄^2-·的标准氧化还原电势(E⁰＝2.5-3.1V)比·OH(E⁰＝1.89-2.72V)高，因此氧化能力更强。然而现有的活化PMS在处理高浓度以及难降解有机物废水(如抗生素类废水)时，普遍存在降解率低、催化剂难以回收、重复使用率低等问题。因此，探索出催化性能高、易回收、可重复利用的电催化剂，实现活化PMS电催化降解抗生素成为现阶段的一项重要研究内容。

发明内容

根据以上已有技术的不足，本发明提供了一种高效的、易于回收的双金属氧化物复合电极并基于此建立了电促进活化PMS降解抗生素废水的技术，利用电促进双金属氧化物中Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)与Mn(Ⅱ)/Mn(Ⅲ)/Mn(Ⅳ)之间的价态转化，从而促使PMS反应生成高反应活性的自由基，将抗生素分解成无毒小分子物质、二氧化碳和水。本发明制备的基于双金属氧化物的非均相固载型催化剂能够解决催化剂不易于回收及重复使用率不高的问题，为用于电催化降解抗生素的电极材料提供一种新方法。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

本发明提供的一种双金属氧化物改性泡沫镍复合电极的制备方法，包括以下步骤：

S1，超声预处理泡沫镍基体电极，并保存在去离子水中；

S2，按照质量比(1-2)：(1-2)：(5-8)：(2-5)将FeSO₄、MnSO₄、尿素和NH₄F与溶剂混合，配制Fe-Mn前体溶液，将预处理后的泡沫镍基体电极置于Fe-Mn前体溶液中，采用一步水热法在泡沫镍基体电极上原位生长Fe₂O₃-MnO₂复合纳米层；