[发明专利]基于高铁酸钾改性的三维碳质功能性阴极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于高铁酸钾改性的三维碳质功能性阴极材料及其制备方法和应用，该制备方法包括将三维碳质材料浸渍到高铁酸钾溶液中，对所得吸附有高铁酸钾的三维碳质材料置于惰性气氛中升温至650℃以上进行热解处理，得到改性三维碳质功能性阴极材料。本发明制备的改性三维碳质功能性阴极材料具有催化活性高、稳定性好、环境友好等优点，可作为非均相电芬顿催化剂构建非均相电芬顿体系，能够实现对水体中抗生素(如氯霉素)的高效降解，重复利用性好、使用成本低，使用价值高，应用前景好，对于实现水体中抗生素的有效去除具有十分重要的意义。该制备方法还具有工艺简单、绿色环保、成本低廉等优点，适合大规模制备，利于工业化应用。

技术领域

本发明属于非均相电芬顿技术领域，涉及一种用于构建非均相电芬顿体系的非均相催化剂及其制备方法和应用，具体涉及一种基于高铁酸钾改性的三维碳质功能性阴极材料及其制备方法和该材料作为非均相催化剂在处理水体中抗生素中的应用。

背景技术

抗生素已被广泛应用于人类和兽类疾病的预防和治疗，以及动物饲养添加剂中，如氯霉素，作为一种具有良好抗菌活性的广谱抗生素，已被广泛用于治疗动物产品中的细菌感染。由于抗生素的广泛使用，不可避免地会将它们排入环境中，其中在水体中已经出现了种类繁多且持久性污染的抗生素，它们能够稳定存在在水体中，因而这会造成耐药性基因和耐药性细菌的产生，同时由于抗生素的血液毒性，胚胎毒性和潜在的基因毒性，它们可能对人类的健康构成威胁。因此，有效去除水体中的抗生素(尤其是氯霉素)是尤为重要的。

电芬顿(EF)，作为一种高效、易操作、环保的修复技术，因其可以避免传统芬顿工艺中过氧化氢的运输、储存和操作风险而备受关注。在此技术中，可以使Fe²⁺与阴极上原位生成的过氧化氢发生芬顿反应产生具有强氧化性的自由基即羟基自由基，这些羟基自由基可以非选择性地与难降解有机污染物发生反应，从而实现对有机污染物的去除；与此同时，在电芬顿过程中，可以通过Fe³⁺在阴极上单电子还原来实现Fe²⁺的再生，这可以很大程度上促进羟基自由基的产生。值得注意的是，利用电芬顿技术有效处理有机污染物废水的关键是获得一种催化活性高的非均相催化剂。

在三维碳质材料中，碳毡由于其具有无毒、廉价、化学稳定性好、对双电子氧还原反应选择性高、有利于过氧化氢的生成等优点，被认为是去除有机污染物的最佳电芬顿阴极材料，但由于碳毡具有疏水性、电化学活性低、氧化还原反应动力学弱、对有机污染物降解效率低等特点，其仍然难以作为电芬顿非均相催化剂而实现对有机污染物的高效去除。因此，如何获得一种催化活性高、稳定性好、环境友好的新型非均相催化剂，对于构建非均相电芬顿体系并实现对废水中抗生素(如氯霉素)的有效去除具有十分重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种催化活性高、稳定性好、环境友好的基于高铁酸钾改性的三维碳质功能性阴极材料及其制备方法和该材料作为非均相催化剂在电芬顿催化水体中抗生素中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

一种基于高铁酸钾改性的三维碳质功能性阴极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将三维碳质材料浸渍到高铁酸钾溶液中，搅拌，干燥，得到吸附有高铁酸钾的三维碳质材料；

S2、将步骤S1得到的吸附有高铁酸钾的三维碳质材料置于惰性气氛中，升温至650℃以上进行热解处理，得到基于高铁酸钾改性的三维碳质功能性阴极材料。

上述的基于高铁酸钾改性的三维碳质功能性阴极材料的制备方法，进一步改进的，步骤S2中，所述热解处理的温度为650℃～800℃。

上述的基于高铁酸钾改性的三维碳质功能性阴极材料的制备方法，进一步改进的，步骤S2中，所述热解处理的温度为650℃～750℃。