一种Ni基CuFe2O4尖晶石涂层电极材料的制备方法与流程

一种ni基cufe2o4尖晶石涂层电极材料的制备方法
技术领域
1.本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种ni基cufe2o4尖晶石涂层电极材料的制备方法及其在电化学污水处理方面的应用。


背景技术：

2.抗生素在治疗细菌感染方面的广泛使用对包括地表水和地下水在内的水生环境造成了严重的污染，由于这些化合物的生物毒性威胁水生生物和人类健康，因此受到越来越多的关注；基于过硫酸盐的先进氧化工艺已被证明是去除水和废水中抗生素最有效的技术之，硫酸根自由基是一种具有高氧化还原电位的强氧化剂(e
θ
=2.6v)，与羟基自由基(e
θ
=2.8v)相似；此外，与羟基自由基相比，硫酸根自由基的半衰期更长，可以确保与目标污染物之间的接触；过硫酸盐可以通过过渡金属离子( fe
2
、ag

、co
2
、cu
2
等)活化过硫酸根产生硫酸根自由基，但是过渡金属离子的加入不仅会增加水处理的成本，而且其难以从水中分离，会造成严重的二次污染；一些铁的氧化物(fe2o3、cufe2o4等)粉末被用于非均相体系的过硫酸盐活化，取得不错的活化效果，但是纳米粉末也难以从水中分离，仍未很好的解决二次污染的问题；目前新兴的过硫酸盐激活方法是在电极表面发生的电化学活化，此法工艺简单，具备不引入的二次污染的优势，但仍然存在活化效率低的不足。


技术实现要素：

3.出于克服现有技术存在的技术缺陷的目的，本发明提供一种ni基cufe2o4尖晶石涂层电极材料的制备方法及其在电化学污水处理方面的应用。
4.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种ni基cufe2o4尖晶石涂层电极材料的制备方法，包括以下步骤：1）将厚度1~5 mm的泡沫镍剪成合适大小，逐步使用丙酮超声清洗10~60 min、0.5~2.0 mol/l koh溶液超声清洗10~60 min、0.1~1.0 mol/l hcl溶液超声清洗10~60 min，然后用去离子水超声清洗多次至清洗水为中性，最后在40~110℃下真空干燥4~8 h，待其充分干燥后取出，得到预处理过的泡沫镍基底，称重并保存备用；2）配制cuso4·
5h2o和fe2(so4)3的混合溶液作为电解液，cu
2
与fe
3
的的浓度均在0.01 ~0.1 mol/l之间且保持cu
2
与fe
3
的摩尔比为1:2；3）取适量步骤2)配制的电解液，以预处理的泡沫镍作为阳极，dsa电极作为阴极，低压直流电源供电，保持电流密度为5~20 ma/cm2之间，使溶液中的cu
2
、fe
3
沉积到泡沫镍表面上，形成cuo和fe2o3涂层；4）将步骤3）制备的沉积了cuo和fe2o3涂层的泡沫镍置于马弗炉中，在720~860℃范围内处理1.5~4.5 h，制备出ni@cufe2o4复合电极材料。
5.本发明还提供了ni基cufe2o4尖晶石涂层电极材料在电化学污水处理方面的应用。
6.本发明取得的有益效果：本发明将尖晶石结构的cufe2o4和电极复合在一起，发挥电化学活化和cufe2o4活
化过硫酸盐的协同作用，提高活化效率，且使用过程中cufe2o4不会脱落，避免了废水的二次污染,降低了水处理成本，可广泛用于电化学污水处理。
附图说明
7.图1是ni@cufe2o4复合电极材料（左）和泡沫镍（右）照片；图2是ni@cufe2o4复合电极材料xrd谱图；图3是不同电极对氯霉素降解率的影响；图4是不同电极对阿特拉津降解率的影响。
具体实施方式
8.下面通过具体实施例对本发明做进一步说明。
9.实施例1将厚度3 mm的泡沫镍剪成2.5cm
×
8cm大小，用丙酮超声清洗30 min，除去泡沫镍表层的油脂和水分；使用1.0 mol/l koh溶液超声清洗20 min、0.5 mol/l hcl溶液超声清洗15 min，除去表面氧化层，然后用去离子水超声清洗多次至清洗水为中性，最后在60℃真空干燥4 h，待其充分干燥后取出，得到预处理过的泡沫镍基底，称重并保存备用；配制cuso
·
5h2o和fe2(so4)3的混合溶液作为电解液，其浓度分别为0.025 mol/l和0.05 mol/l,保持cu/fe摩尔比为1:2；取150 ml上述电解液，以预处理的泡沫镍作为阳极，dsa电极作为阴极，低压直流电源供电，保持电流密度为10 ma/cm2，使溶液中的金属离子(cu
2
、fe
3
)沉积到阴极镀件(泡沫镍)表面上，形成cuo和fe2o3涂层；将上述沉积了cuo和fe2o3涂层的泡沫镍置于马弗炉中，在800℃范围内处理4 h，制备得到ni@cufe2o4复合电极材料。
10.图1为得到的cufe2o4复合电极材料实物照片（左），与泡沫镍基底（右）对比，颜色变黑，表面生成了cufe2o4涂层；图2为合成的ni@cufe2o4复合电极材料的xrd衍射图，从中可以发现2θ = 29.8
°
、 35.9
°
和62.3
°
三个明显的衍射峰，分别与四角形cufe2o4尖晶石的标准卡(jcpds no.34-0425)中的（112）、（211）、（224）晶面吻合，其他（101）、（202）、（321）晶面也可以从图中找到，图中没有发现与ni相关的衍射峰，说明cufe2o4涂层完全覆盖了泡沫ni基底，涂层完整性较好。
11.实施例2 电活化过硫酸盐降解氯霉素配制20 mg/l的氯霉素溶液作为模拟抗生素污染废水，取150 ml氯霉素溶液于200 ml反应器中，加入硫酸钠和过硫酸钠，使其浓度分别为0.05 mol/l 和0.002 mol/l。以dsa电极为阳极，分别以不锈钢片和实施例1制备的ni@cufe2o4复合材料为阴极，在相同的条件（电流密度8 ma/cm2，ph值为7）下进行氯霉素降解实验；结果如图3所示，分别经过90 min实验，普通不锈钢阴极的降解率仅有21%，而采用ni@cufe2o4为阴极，氯霉素降解率达到69%，效果提升明显，这得益于ni@cufe2o4复合电极中，尖晶石cufe2o4同时担当了电极和过硫酸盐活化剂的功能，有效的促进硫酸根自由基(so
4-·
)的生成，进而加速氯霉素的降解，并且ni@cufe2o4电极不会在溶液中析出金属离
子，避免了废水处理过程的二次污染。
12.实施例3 电活化过硫酸盐降解阿特拉津配制10 mg/l的阿特拉津溶液作为模拟抗生素污染废水，取150 ml阿特拉津溶液于200 ml反应器中，加入硫酸钠和过硫酸钠，使其浓度分别为0.05 mol/l和0.002 mol/l；以dsa电极为阳极，分别以不锈钢片和实施例1制备的ni@cufe2o4复合材料为阴极，在相同的条件（电流密度8 ma/cm2，ph值为7）下进行阿特拉津降解实验；结果如图4所示，经过60 min实验，普通不锈钢阴极（曲线1）的降解率仅有33%，曲线3采用ni@cufe2o4为阴极，阿特拉津降解率达到96%，效果较好；曲线2为不锈钢阴极，水中加入了3 g/l cufe2o4颗粒，60 min 阿特拉津的降解率为66.2%；ni@cufe2o4复合电极效果优于不锈钢电极得益于尖晶石cufe2o4同时担当了电极和过硫酸盐活化剂的功能，有效的促进硫酸根自由基(so
4-·
)的生成，加速阿特拉津的降解；相比粉末状的cufe2o4，ni@cufe2o4电极也取得了更好的降解效果，原因在于cufe2o4具备磁性，粉末状的cufe2o4在水中会在磁力作用下凝聚沉入水底，造成暴漏活性面积下降，活化过硫酸盐效果大打折扣（虽然可以通过强力搅拌一定程度上防止cufe2o4粉末凝聚和沉淀，但在实际废水处理过程中，均匀的搅拌废水需增加专用设备，带来额外的动力消耗，增加成本），而本发明所述方法制备的ni@cufe2o4电极，cufe2o4涂层在ni基底上分布均匀牢固，使用过程中不会脱落，能够暴露更多的活性面积，取得更好的污染物降解效果。
13.上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。