[发明专利]负载有壳聚糖衍生碳壳包裹的Fe0

说明书

本发明提供了负载有壳聚糖衍生碳壳包裹的Fe⁰/FeO_X颗粒的电芬顿阴极及其制备与应用，是以壳聚糖和FeCl₃分别作为碳源和Fe源，通过两步热解法，在基底电极表面负载壳聚糖衍生碳包裹的Fe⁰/FeO_X颗粒。与现有技术相比，本发明制备的核壳电芬顿催化剂成本低廉、工艺简单可控、催化剂稳定性强，在实际的水处理领域具有较为广泛的应用。

技术领域

本发明属于水处理领域，具体涉及负载有壳聚糖衍生碳壳包裹的Fe⁰/FeO_X颗粒的电芬顿阴极及其制备与应用。

背景技术

近年来，随着医疗化工等行业的快速发展，抗生素、杀虫剂等新兴有机污染物日益威胁到生产生活用水安全。传统生物处理技术已无法有效去除这类难降解、毒性高的污染物。高级氧化技术(AOP)凭借其强氧化能力、操作简便、产物绿色等特点而受到广泛关注与应用，其中电芬顿技术被认为是最具可行性的工艺之一。电芬顿实质是以电化学还原技术，在阴极原位还原O₂产生H₂O₂，再在Fe(Ⅱ)的催化下H₂O₂分解产生具有强氧化性的·OH，从而将有机污染物彻底矿化降解。

电芬顿的突出优势在于无需额外投加H₂O₂，节省了购买、运输、存储H₂O₂的成本。目前常用的电芬顿催化剂是Fe³⁺离子，然而其容易水解形成氢氧化铁沉淀，产生的铁泥不仅影响催化效率，还增加了后续处理成本。为解决上述问题，非均相电芬顿技术逐渐引起了科研人员的兴趣，这些研究主要基于开发具有高效稳定的Fe基固相催化剂代替Fe³⁺催化剂，如Fe₃O₄、FeOOH、CuFe₂O₄以及双金属Fe基合金等。然而在酸性条件下，这类固相催化剂仍存在Fe³⁺浸出性高、催化稳定性较弱等问题。

在催化剂表面包裹一层碳壳构建核壳催化剂可有效减小Fe基核心的溶出，提升催化剂稳定性。目前构建铁基核壳芬顿催化剂的方法主要有热解铁基MOFs或将催化剂包埋于碳气凝胶电极中，存在原料成本较高、合成工艺较为复杂等问题，限制了其实际工业应用。

此外，固相催化剂由于表面Fe循环较为缓慢，导致H₂O₂活化反应受限。有研究表明Fe⁰与铁氧化物(FeO_X)混相催化剂具有独特的催化活性，在电池、光催化等领域得到广泛关注，但通过Fe⁰与FeO_X间的相互作用构建高效电芬顿催化剂却鲜有报道。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种成本低廉、催化活性高、稳定性强的碳壳包裹 Fe⁰/FeO_X颗粒电芬顿催化剂的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

本发明负载有壳聚糖衍生碳壳包裹的Fe⁰/FeO_X颗粒的电芬顿阴极，包括基底电极和负载在基底电极上的壳聚糖衍生碳壳包裹的Fe⁰/FeO_X颗粒。

本发明负载有壳聚糖衍生碳壳包裹的Fe⁰/FeO_X颗粒的电芬顿阴极的制备方法，是以价格低廉的壳聚糖和FeCl₃分别作为碳源和Fe源，通过两步热解法，在基底电极表面负载壳聚糖衍生碳壳包裹的Fe⁰/FeO_X颗粒。具体包括如下步骤：