[发明专利]一种Pd‑Fe/泡沫镍三维粒子电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环境保护与治理领域，具体涉及一种Pd-Fe/泡沫镍三维粒子电极的制备方法。

背景技术

抗生素是一类用于阻止和治疗微生物传染性疾病的人用和兽用药物，在人类和动物疾病治疗领域以及水产养殖业有着广泛的用途。目前，人们在河流、湖泊、地下水等水资源中已经检测到上百种抗生素，因抗生素具有难降解、毒性高等特点，且传统的水处理工艺对抗生素去除效果较差，微量甚至痕量抗生素都可能引起细菌的耐药性，对人类健康和生态系统造成重大威胁。因此，有必要对该类物质的处理技术进行研究。

Fenton法是一种传统的水处理技术，通过协同产生氧化能力极强的·OH自由基对废水中的有机物进行深度氧化，达到一般生物法无法达到的去除效果。然而Fenton法通常具有需要投加大量的外加试剂、运输与贮藏H₂O₂存在潜在风险、产生含铁污泥，同时稳定性较差的问题，基于上述Fenton法的不足，国内外学者研究补充和改进Fenton法的方法，出现了光助Fenton法、超声波Fenton法以及电Fenton法等新兴技术。

其中电Fenton技术是利用电化学作用在体系中产生Fe²⁺和(或)H₂O₂，从而发生Fenton反应对有机物进行氧化的方法，与传统Fenton法相比具有无需投加H₂O₂，同时由于Fe²⁺可以在阴极再生减少了污泥的产生量。但传统的电Fenton法因存在难控制铁盐的投加量、运输、存储及使用H₂O₂有潜在的危险，同时电Fenton的催化效率很大程度上依赖H₂O₂的产生率，要想高效的产生H₂O₂就必须使用昂贵并且不是很稳定的气体扩散电极。目前基于Pd催化电解水产物H₂和O₂原位合成H₂O₂的新型电Fenton技术，有效克服了合成H₂O₂对阴极材料的依耐性。但是，Pd催化剂粉末的回收性较差，处理过程中外加二价铁盐增加了操作复杂性，这两个因素都会增加处理成本，不利于工业应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种作为非均相Fenton催化剂且同时能作为三维电极的粒子电极，使其具有污染物去除率高、催化活性高等优点，本发明的另一目的是提供上述粒子电极的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种Pd-Fe/泡沫镍三维粒子电极的制备方法，该方法适用于以颗粒泡沫镍为载体制备钯、铁双金属负载型粒子电极，包括粒子电极预处理、浸渍、煅烧、浸渍还原四个过程：

(1)粒子电极预处理：首先，将剪裁好的泡沫镍粒子电极置于丙酮中超声震荡10～20min，以除去表面的有机物；随后，将预处理的泡沫镍粒子电极放入0.5-2mol/L的H₂SO₄或HNO₃中酸处理2-5min，以除去表面的氧化层；将经过酸处理后的泡沫镍粒子电极取出用超纯水洗至中性，于100-110℃下烘干；

(2)浸渍：将步骤(1)处理过的泡沫镍粒子电极放入二价铁盐浸渍液中，将pH调节至2.5-3.5，进行振荡浸渍吸附2-4h，将振荡浸渍吸附后的泡沫镍粒子电极取出，在80-100℃下干燥3-5h；

(3)煅烧：将经步骤(2)制备的粒子电极置于马弗炉中，以恒定的升温速率升温至300-500℃，恒温煅烧即可得到Fe/泡沫镍粒子电极；

(4)浸渍还原：将醋酸钯溶解于盐酸和乙醇的混合浸渍液中，将经煅烧处理后得到的Fe/泡沫镍粒子电极加入上述混合浸渍液中，调节pH至中性，搅拌20-40min后加入15-25mL浓度为0.5-1.5mol/L甲酸钠置于60-80℃的恒温水浴中还原3-5h，直至混合浸渍液的颜色由最初的黑色变成无色，用超纯水清洗3-4次后放入70-90℃真空干燥箱中烘干，得到Pd-Fe/泡沫镍粒子电极。

上述方法所述的步骤(1)中，所述的剪裁好的泡沫镍粒子电极的粒径为5mm×5mm，粒子电极填充量为12.5-25g/L。

上述方法所述的步骤(2)中，所述的二价铁盐为硫酸亚铁或硝酸亚铁，其活性组分Fe含量为泡沫镍粒子电极质量的5-20wt％。