CN113979514B - 一种Ni基CuFe2O4尖晶石涂层电极材料的制备方法 - Google Patents

一种Ni基CuFe2O4尖晶石涂层电极材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113979514B
CN113979514B CN202111231831.6A CN202111231831A CN113979514B CN 113979514 B CN113979514 B CN 113979514B CN 202111231831 A CN202111231831 A CN 202111231831A CN 113979514 B CN113979514 B CN 113979514B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cufe
foam nickel
electrode material
mol
spinel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111231831.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113979514A (zh
Inventor
朱超胜
赵淑雯
张鹏宇
张丽曼
张新海
张香莉
李全良
任亚东
张建夫
赵晶晶
夏欣雨
李延
吴菁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Henan Xinhai Environmental Engineering Co ltd
Zhoukou Normal University
Original Assignee
Henan Xinhai Environmental Engineering Co ltd
Zhoukou Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Henan Xinhai Environmental Engineering Co ltd, Zhoukou Normal University filed Critical Henan Xinhai Environmental Engineering Co ltd
Priority to CN202111231831.6A priority Critical patent/CN113979514B/zh
Publication of CN113979514A publication Critical patent/CN113979514A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113979514B publication Critical patent/CN113979514B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C02F2001/46133—Electrodes characterised by the material
    • C02F2001/46138—Electrodes comprising a substrate and a coating
    • C02F2001/46142—Catalytic coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds

Abstract

本发明公开了一种Ni基CuFe2O4尖晶石涂层电极材料的制备方法，该方法将尖晶石结构的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，是一种活化效率高、成本低、无二次污染的先进污水处理技术，可广泛用于电化学污水处理领域。

Description

一种Ni基CuFe2O4尖晶石涂层电极材料的制备方法
技术领域
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
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(Eθ=2.6V)，与羟基自由基(Eθ=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( Fe2+、Ag+、Co2+、Cu2+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。
发明内容
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。
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，Cu2+与Fe3+的的浓度均在0.01 ~0.1 mol/L之间且保持Cu2+与Fe3+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Cu2+、Fe3+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。
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。
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
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
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明。
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4h，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(Cu2+、Fe3+)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。
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。
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200mL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(SO4 -·)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。
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(SO4 -·)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。
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。

Claims (2)

1.一种Ni基CuFe2O4尖晶石涂层电极材料的制备方法，其特征在于，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、0.5~2.0mol/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，Cu2+与Fe3+的浓度均在0.01 ~0.1 mol/L之间且保持Cu2+与Fe3+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阴极，DSA电极作为阳极，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Cu2+、Fe3+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。
2.权利要求1制备的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。
CN202111231831.6A 2021-10-22 2021-10-22 一种Ni基CuFe2O4尖晶石涂层电极材料的制备方法 Active CN113979514B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111231831.6A CN113979514B (zh) 2021-10-22 2021-10-22 一种Ni基CuFe2O4尖晶石涂层电极材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111231831.6A CN113979514B (zh) 2021-10-22 2021-10-22 一种Ni基CuFe2O4尖晶石涂层电极材料的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113979514A CN113979514A (zh) 2022-01-28
CN113979514B true CN113979514B (zh) 2023-04-28

Family

ID=79740297

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111231831.6A Active CN113979514B (zh) 2021-10-22 2021-10-22 一种Ni基CuFe2O4尖晶石涂层电极材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113979514B (zh)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018024181A1 (zh) * 2016-08-01 2018-02-08 福建新峰二维材料科技有限公司 负载二氧化钛-贵金属薄膜的石墨烯泡沫金属的制备方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105869909B (zh) * 2016-05-31 2018-06-29 上海应用技术学院 一种复合电极的制备方法
CN108070878A (zh) * 2016-11-18 2018-05-25 中国科学院金属研究所 一种多孔Ni-S／TiO2复合析氢电极及其制备方法
CN107275109B (zh) * 2017-06-21 2018-08-21 太原理工大学 用于超级电容器的二氧化锰复合材料电极的制备方法
CN112678920B (zh) * 2019-06-10 2022-04-26 中南大学 一种电化学/臭氧耦合水处理系统
CN111593379B (zh) * 2020-06-09 2023-05-09 南昌大学 一种电镀法制备(Ni,Co,Cu)3O4尖晶石涂层的方法及其应用
CN112794413B (zh) * 2020-12-15 2022-11-29 北京工业大学 一种应用于电活化pds体系修饰双金属的石墨毡电极的制备方法及应用

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018024181A1 (zh) * 2016-08-01 2018-02-08 福建新峰二维材料科技有限公司 负载二氧化钛-贵金属薄膜的石墨烯泡沫金属的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113979514A (zh) 2022-01-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Al Lawati et al. A mini review on biofouling on air cathode of single chamber microbial fuel cell; prevention and mitigation strategies
Lim et al. Influence of the Sb content in Ti/SnO2-Sb electrodes on the electrocatalytic behaviour for the degradation of organic matter
CN106745557B (zh) 一种钛基锡铱氧化物电极及其制备方法
CN113264573B (zh) 一种双极性电极及其制备方法、及废水处理系统
MX2014007757A (es) Anodo para la generacion de oxigeno y procedimiento de fabricacion del mismo.
CN111634982B (zh) 一种高效苯酚废水降解用阳极材料的制备方法
CN113200584A (zh) 一种电化学处理循环冷却水的电极材料与装置
CN111074317B (zh) 一种铜箔的表面处理方法及铜箔材料
Wang et al. Facile synthesis MnCo2O4. 5@ C nanospheres modifying PbO2 energy-saving electrode for zinc electrowinning
Cong et al. Preparation of a PbO2 electrode with graphene interlayer and for electrochemical oxidation of doxycycline
Liu et al. Nickel (II) removal from wastewater by Microbial Fuel Cell
CN113979514B (zh) 一种Ni基CuFe2O4尖晶石涂层电极材料的制备方法
CN106830204B (zh) 一种电化学阴极激发高锰酸盐降解水中污染物的方法及装置
CN113307335A (zh) 一种非均相芬顿耦合管式膜电极用于处理有机废水的方法
CN110330078B (zh) 一种高效长寿命的三维结构锑掺杂氧化锡电极
CN112267114A (zh) 提高镁合金表面水滑石涂层致密性及耐蚀性的方法
CN111519225B (zh) Abs塑料的无铬无锰粗化液及其使用方法
Yun-Hai et al. Anodic materials with high energy efficiency for electrochemical oxidation of toxic organics in waste water
CN112110523B (zh) 一种钛基氧化铜掺杂锡锑氧化物电极的制备方法及应用
CN109052574B (zh) 基于三羧基有机酸-Sn(Ⅱ)/Sb(Ⅲ)络合物制备Ti/SnO2-Sb电极的方法
CN114622238B (zh) 一种过渡金属基析氢析氧双功能电极的制备及应用
KR20130077122A (ko) 미생물 연료전지를 이용한 폐수로부터 은 금속의 회수 및 전력 생산 방법
CN113328111B (zh) 一种具有铬基氮化物复合镀层的不锈钢双极板及其制备方法
Kim et al. Electrochemical Oxidation of Organic Matter in the Presence of Chloride Over Ti/SnO2–Sb2O5 Prepared via Sol–Gel Methods
CN113233549A (zh) 一种纳米二氧化铅电极及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Zhu Chaosheng

Inventor after: Zhao Jingjing

Inventor after: Xia Xinyu

Inventor after: Li Yan

Inventor after: Wu Jing

Inventor after: Zhao Shuwen

Inventor after: Zhang Pengyu

Inventor after: Zhang Liman

Inventor after: Zhang Xinhai

Inventor after: Zhang Xiangli

Inventor after: Li Quanliang

Inventor after: Ren Yadong

Inventor after: Zhang Jianfu

Inventor before: Zhu Chaosheng

Inventor before: Wu Jing

Inventor before: Zhang Tingting

Inventor before: Ma Caocao

Inventor before: Du Lala

Inventor before: Zhao Shuwen

Inventor before: Zhang Pengyu

Inventor before: Zhang Xinhai

Inventor before: Zhang Xiangli

Inventor before: Li Quanliang

Inventor before: Ren Yadong

Inventor before: Zhang Jianfu

Inventor before: Li Yan

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant