[发明专利]金属氢氧化物纳米复合阳极材料、制备方法及应用

说明书

本发明提供一种金属氢氧化物纳米复合阳极材料，所述金属氢氧化物纳米复合阳极材料包括层状镍铝双氢氧化物，所述层状镍铝双氢氧化物负载在基体材料上，所述基体材料为泡沫镍，所述层状镍铝双氢氧化物的表面沉积有金属纳米粒子，所述金属纳米粒子为锰纳米粒子；其中，所述层状镍铝双氢氧化物具有三维纳米花状结构。本发明还提供一种金属氢氧化物纳米复合阳极材料制备方法及应用。本发明的阳极材料可快速高效去除高浓度抗生素废水中的抗生素，具有高活性、低成本，以及绿色环保的特性。

技术领域

本发明涉及电化学水处理技术领域，具体而言涉及一种金属氢氧化物纳米复合阳极材料、制备方法及应用。

背景技术

抗生素作为一种有效的抗菌药物，被广泛用于人类、畜禽及水生生物的疾病防治，同时也被用作饲料添加剂来促进畜禽生长。但绝大部分抗生素不能完全被机体吸收，约有90％的抗生素会以原形或者代谢物形式排入环境，从而在环境中形成残留。残留的抗生素会诱导产生耐药性细菌，影响环境中的微生物，从而破坏生态系统的平衡，也会影响植物的生长发育，甚至影响到人类健康。

对于环境中抗生素的处理，传统的处理技术包括：物理吸附法、化学氧化法、生物膜法等。这些方法虽能有效地降解部分污染物，但存在工艺复杂，运行周期较长，易造成二次污染等问题。近年来，电化学处理技术在有机污染物降解、重金属离子去除等环境修复领域展现了极大的潜力。电化学处理技术具有独特的优势，只需电极就可进行工业废水处理，处理效果明显、效率高，无需添加额外试剂，不会对环境造成二次污染，处理方便。

电化学处理方法最常见的是阳极氧化法，目前工业使用钌涂层钛阳极进行工业废水处理，如Jie Wu使用Ti/RuO₂–IrO₂阳极对四环素进行降解处理，20分钟后去除率达到95％。但是金属钌和铱的成本在一定程度限制其大规模使用。

公开号为CN111170417A的中国专利公开了一种负载型阳极材料，该负载型阳极材料包括由泡沫状材料和负载有磷掺杂层状铁钴双金属氢氧化物纳米片材料复合而成的负载型磷掺杂层状铁钴双金属氢氧化物纳米片材料，其上负载有金属纳米点。该阳极材料对四环素的降解效率可达90％，但这需要30min的降解时间才能达到，无法满足在处理高浓度废水时，快速去除抗生素的需求。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种金属氢氧化物纳米复合阳极材料，该阳极材料可快速高效去除高浓度抗生素废水中的抗生素，具有高活性、低成本，以及绿色环保的特性。

根据本发明目的的第一方面，提供一种金属氢氧化物纳米复合阳极材料，所述金属氢氧化物纳米复合阳极材料包括层状镍铝双氢氧化物，所述层状镍铝双氢氧化物负载在基体材料上，所述基体材料为泡沫镍，所述层状镍铝双氢氧化物的表面沉积有金属纳米粒子，所述金属纳米粒子为锰纳米粒子；其中，所述层状镍铝双氢氧化物具有三维纳米花状结构。

优选的，所述锰纳米粒子的含量为10-20wt.％。

根据本发明目的的第二方面，提供一种前述金属氢氧化物纳米复合阳极材料在电化学处理高浓度抗生素废水时快速去除抗生素中的应用。

优选的，采用阳极氧化法快速去除抗生素水体中的抗生素，其中，阳极为前述金属氢氧化物纳米复合阳极材料。

优选的，所述抗生素水体中的抗生素为四环素，抗生素水体中四环素的浓度为50-100mg/L；

阳极氧化反应过程中，控制反应体系的各条件如下：阳极和阴极的距离为2～3cm，阴极为Pt片，电解质为0.05-0.1M的Na₂SO₄，电流密度为10-30mA·cm^-2，室温下反应，反应时间为2-5min。

优选的，所述抗生素水体中的抗生素为四环素，抗生素水体中四环素的浓度为50-100mg/L；