[发明专利]一种海胆状复合阴极材料的制备及类芬顿降解方法

说明书

本发明公开了一种海胆状复合阴极材料的制备及类芬顿降解方法。本发明所得到的材料由NiO和Co₃O₄两种金属氧化物复合组成，以泡沫镍电极为基体电极，依次以镍盐、钴盐为原料，采用水热法原位生成两种金属氧化物，制备NiO/Co₃O₄‑NF复合阴极。以NiO/Co₃O₄‑NF电极为阴极，石墨为阳极，阴阳极尺寸相同，两电极之间的距离固定。在直流电源提供的恒电流条件下，降解对象左氧氟沙星废水盛于250mL烧杯中，磁子搅拌，恒温条件下，每间隔固定时间不大于20min取样一次，以COD去除率和LEV去除率作为降解效果评价指标，对降解效果进行评价。用电效率(EE/O)描述整个降解体系的能耗。本发明所得电极性能稳定，降解效果优异，可应用于阴极类芬顿方法降解医药污水领域，是一项绿色高效的水处理技术。

技术领域

本发明属于水处理技术领域。特别是涉及一种双金属氧化物阴极材料制备及其类芬顿降解左氧氟沙星废水的应用。

背景技术

抗生素是医学领域应用最广泛的药物之一。左氧氟沙星(LEV)是一种典型的氟喹诺酮类抗生素，临床应用广泛。然而，随着人类过度使用以及生物体中的不完全代谢导致大多数LEV排泄到污水中。因此，迫切需要开发高效、可行的抗生素废水净化技术，以保障水环境安全。抗生素废水结构复杂、生物毒性高、含有抑菌物质，因此传统的生物物理水处理工艺不能有效将其去除，目前关于降解氟喹诺酮类(FQ)的技术主要包括化学氧化、光催化、生物降解、臭氧氧化。其中，电化学高级氧化法由于其降解效率高、可操作性强和环境相容性好等优点被广泛用于有效去除LEV。特别是类芬顿工艺显示出高效的LEV降解性能。

在芬顿法众多催化剂中，Co₃O₄已被证实是可应用于芬顿反应的有效催化剂，作为阴极材料其体积比容量为石墨的7.5倍，化学性质稳定。但这一材料合成方法多数能耗大、产量低、成本高。单一的Co₃O₄金属氧化物导电性差，导致其当前利用率低，严重制约这一材料的工业化应用。为提高电导率进而有效利用Co₃O₄，人们提出了双金属氧化物复合材料的概念。氧化镍(NiO)具有中空微球的特殊形貌，导电性好、化学性能稳定、机械强度高且本身电化学性能优异。由此提出将Co₃O₄与NiO进行复合，双金属氧化物继承了两种组分各自的优点，增强了对氧的吸附能力，产生了更多的活性催化位点，从而有效加速了界面电荷转移，改善了电解质的扩散过程，提高了材料的ORR催化活性，有效解决了原有单一金属氧化物材料导电性差和芬顿效率有限的弊端，二者协同作用，对抗生素废水的降解速率显著增强。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供了一种海胆状NiO/Co₃O₄复合阴极材料的制备方法并应用于对左氧氟沙星抗生素废水的降解。该双金属复合阴极能有效改善电极界面的电子传递性能，电极材料的Ni(Ⅱ)/Ni(Ⅲ)和Co(Ⅱ)/Co(Ⅲ)之间的循环转化促进了H₂O₂向·OH的转化，促生了更多的活性自由基，对喹诺酮类抗生素废水实现了高效的降解效果。本发明采用的技术方案是：

以泡沫镍电极为基体电极，依次以镍盐、钴盐为原料，采用水热法原位生成两种金属氧化物，制备NiO/Co₃O₄-NF复合阴极。以NiO/Co₃O₄-NF电极为阴极，石墨为阳极，阴阳极尺寸相同，两电极之间的距离固定。在直流电源提供的恒电流条件下，降解对象左氧氟沙星废水盛于250mL烧杯中，磁子搅拌，恒温条件下，每间隔固定时间不大于20min取样一次，以COD去除率和LEV去除率作为降解效果评价指标，对降解效果进行评价。用电效率(EE/O)描述整个降解体系的能耗。

本发明中，海胆状NiO/Co₃O₄复合阴极材料是通过如下方法获得的：