CN117142587A - 一种新型泡沫铜复合电极及其的制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种新型泡沫铜复合电极及其的制备方法和应用，涉及电化学材料的技术领域，该新型泡沫铜复合电极，包括：泡沫铜基体，以琼脂糖制作的中间层和琼脂糖表面负载的金属钌粒子，其中，金属钌粒子为通过恒电流电沉积法负载在琼脂糖表面，该新型泡沫铜复合电极具有优异的电催化性能，金属钌和泡沫铜材料的结合使得电极具有良好的电催化性能和气体透过性，琼脂糖作为胶粘剂具有优异的黏附性和导电性，解决了现有的用于污水处理的复合电极对污水的电解效率较低，且现有的用于污水处理的复合电极的机械稳定性较差的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及电化学材料的技术领域，尤其是涉及一种新型泡沫铜复合电极及其的制备方法和应用。
背景技术
抗生素废水的直接排放可能导致水生生物受到毒性影响，甚至造成鱼类和其他水生生物的大规模死亡。抗生素通过废水进入水体后，会与水中的生物发生相互作用，对其生长、繁殖和免疫功能产生不良影响。而且抗生素对土壤危害极大，未经有效处理的抗生素废水进入土壤，极易导致农田土壤中的微生物耐药性的增加，对农作物的生长和质量造成负面影响。同时，抗生素还可能被植物吸收，进入食物链，对人体健康构成潜在威胁。
电催化技术是一种利用电化学反应实现废水处理和催化转化的技术。它基于电极表面的催化活性，通过在电极上施加电流，促使废水中的有机物或无机物发生氧化还原反应，从而实现废水的降解和净化。但是，电极材料的稳定性普遍较差，在强腐蚀水体中，极易导致电极材料表面的催化剂脱落，因此电催化处理废水的应用范围受到了限制。
针对上述问题，还未提出有效的解决方案。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新型泡沫铜复合电极及其的制备方法和应用，以缓解了现有的用于污水处理的复合电极对污水的电解效率较低，且现有的用于污水处理的复合电极的机械稳定性较差的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种新型泡沫铜复合电极，包括：泡沫铜基体，以琼脂糖制作的中间层和所述琼脂糖表面负载的金属钌粒子。
进一步的，所述金属钌粒子为通过恒电流电沉积法负载在所述琼脂糖表面。
第二方面，本发明实施例还提供了一种新型泡沫铜复合电极的制备方法，包括：利用有机溶剂和超纯水对泡沫铜进行清洗，并自然晾干，得到泡沫铜基体；通过水浴将琼脂糖溶解在超纯水中，得到琼脂糖凝胶，并利用浸渍法将所述琼脂糖凝胶负载在所述泡沫铜基体表面，得到琼脂糖/泡沫铜支撑电极；将所述琼脂糖/泡沫铜支撑电极和铂片浸入电沉积液中，利用恒电流电沉积法，将金属钌粒子负载在所述琼脂糖/泡沫铜支撑电极，得到新型泡沫铜复合电极，其中，所述琼脂糖/泡沫铜支撑电极作为阴极，所述铂片作为阳极。
进一步的，所述琼脂糖凝胶的浓度范围为1g/L至20g/L；所述水浴的温度为95℃。
进一步的，所述泡沫铜基体在所述琼脂糖凝胶中的浸渍时间为30秒，浸渍面积为2平方厘米。
进一步的，所述电沉积液为NaCl溶液和RuCl3溶液按体积比为1：1混合制成电沉积液，其中，所述NaCl溶液的浓度范围为0.1mol/L至1.0mol/L，RuCl3溶液的浓度范围为0.01mmol/L至0.2mmol/L。
进一步的，所述琼脂糖/泡沫铜支撑电极和所述铂片在所述电沉积液中平行放置；所述琼脂糖/泡沫铜支撑电极和所述铂片之间的距离为2厘米；所述琼脂糖/泡沫铜支撑电极和所述铂片在所述电沉积液中的沉积时间5min至30min；恒电流的电流值为1mA至10mA。
进一步的，所述方法还包括：将新型泡沫铜复合电极放置在空气中自然风干6小时。
第三方面，本发明实施例还提供了一种新型泡沫铜复合电极的应用，包括：应用于污水处理和对污水中的抗生素进行降解。
进一步的，若所述抗生素为四环素，所述新型泡沫铜复合电极对盐酸强力霉素进行降解的条件为：采用恒电流电催化，反应温度为30℃，盐酸强力霉素初始浓度为30mg/L，在电流8mA条件下，降解2小时。
在本发明实施例中，提供了新型泡沫铜复合电极，包括：泡沫铜基体，以琼脂糖制作的中间层和琼脂糖表面负载的金属钌粒子，其中，金属钌粒子为通过恒电流电沉积法负载在琼脂糖表面，该新型泡沫铜复合电极具有优异的电催化性能，金属钌和泡沫铜材料的结合使得电极具有良好的电催化性能和气体透过性，琼脂糖作为胶粘剂具有优异的黏附性和导电性，达到了提供了一种结构稳定且对污水处理效率较高的复合电极的目的，解决了现有的用于污水处理的复合电极对污水的电解效率较低，且现有的用于污水处理的复合电极的机械稳定性较差的技术问题，从而实现了增加了电催化处理废水的应用范围的技术效果。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种新型泡沫铜复合电极的SEM图像；
图2为本发明实施例提供的一种新型泡沫铜复合电极的EDS元素映射图；
图3为本发明实施例提供的一种新型泡沫铜复合电极的XPS谱图分离出的三个C峰的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种新型泡沫铜复合电极的O1s区域XPS窄扫描谱图；
图5为本发明实施例提供的一种新型泡沫铜复合电极的Ru3p区域XPS窄扫描谱图；
图6为本发明实施例提供的纯泡沫铜电极、琼脂糖/泡沫铜支撑电极和新型泡沫铜复合电极的Nyquist图；
图7为本发明实施例提供的纯泡沫铜电极、琼脂糖/泡沫铜支撑电极和新型泡沫铜复合电极的极化曲线图；。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
根据本发明实施例，提供了一种新型泡沫铜复合电极的实施例，该新型泡沫铜复合电极泡沫铜基体，以琼脂糖制作的中间层和所述琼脂糖表面负载的金属钌粒子。
优选的，所述金属钌粒子为通过恒电流电沉积法负载在所述琼脂糖表面。
在本发明实施例中，提供了新型泡沫铜复合电极，包括：泡沫铜基体，以琼脂糖制作的中间层和琼脂糖表面负载的金属钌粒子，其中，金属钌粒子为通过恒电流电沉积法负载在琼脂糖表面，该新型泡沫铜复合电极具有优异的电催化性能，金属钌和泡沫铜材料的结合使得电极具有良好的电催化性能和气体透过性，琼脂糖作为胶粘剂具有优异的黏附性和导电性，达到了提供了一种结构稳定且对污水处理效率较高的复合电极的目的，解决了现有的用于污水处理的复合电极对污水的电解效率较低，且现有的用于污水处理的复合电极的机械稳定性较差的技术问题，从而实现了增加了电催化处理废水的应用范围的技术效果。
实施例二：
本发明实施例还提供了一种新型泡沫铜复合电极的制备方法，该新型泡沫铜复合电极的制备方法，包括：
步骤S102，利用有机溶剂和超纯水对泡沫铜进行清洗，并自然晾干，得到泡沫铜基体；
步骤S104，通过水浴将琼脂糖溶解在超纯水中，得到琼脂糖凝胶，并利用浸渍法将所述琼脂糖凝胶负载在所述泡沫铜基体表面，得到琼脂糖/泡沫铜支撑电极；
步骤S106，将所述琼脂糖/泡沫铜支撑电极和铂片浸入电沉积液中，利用恒电流电沉积法，将金属钌粒子负载在所述琼脂糖/泡沫铜支撑电极，得到新型泡沫铜复合电极，其中，所述琼脂糖/泡沫铜支撑电极作为阴极，所述铂片作为阳极。
在通过上述步骤S102至S106制备新型泡沫铜复合电极的过程中，本发明实施例提供了以下的具体制备实例：
实例1：
将泡沫铜放入有机溶剂中超声清洗10分钟，去除表面油脂，再用超纯水冲洗表面，去除有机溶剂。然后自然晾干备用。
将为0.1g、0.3g、0.5g、0.7g、1g、1.5g、2g的琼脂糖加入100mL超纯水中，95℃水浴加热至溶液呈透明状胶体，制成不同浓度的琼脂糖凝胶。将干燥后的泡沫铜基体浸入琼脂糖凝胶中，浸泡时间为30s，浸渍面积为2cm2，使琼脂糖胶体均匀分布泡沫铜表面，将浸渍好的电极在空气中自然风干6h后制成琼脂糖/泡沫铜支撑电极。
将琼脂糖/泡沫铜支撑电极作为阴极，铂片作为阳极，将阳极接电源正极，阴极接电源负极。将0.5mol/L的NaCl溶液和0.03mmol/L的RuCl3溶液按体积比为1：1混合制成电沉积液，阴阳两极平行放置，电极间距为2cm，在恒电流为3mA条件下，沉积10min制得钌/琼脂糖/泡沫铜复合电极(即，新型泡沫铜复合电极)。
实例2：
将泡沫铜放入有机溶剂中超声清洗10分钟，去除表面油脂，再用超纯水冲洗表面，去除有机溶剂。然后自然晾干备用。
将为1g的琼脂糖加入100mL超纯水中，95℃水浴加热至溶液呈透明状胶体，制成不同浓度的琼脂糖凝胶。将干燥后的泡沫铜基体浸入琼脂糖凝胶中，浸泡时间为5s、10s、15s、20s、25s、30s、35s、40s、45s、50s，浸渍面积为2cm2，使琼脂糖胶体均匀分布泡沫铜表面，将浸渍好的电极在空气中自然风干6h后制成琼脂糖/泡沫铜支撑电极。
将琼脂糖/泡沫铜支撑电极作为阴极，铂片作为阳极，将阳极接电源正极，阴极接电源负极。将0.5mol/L的NaCl溶液和0.03mmol/L的RuCl3溶液按体积比为1：1混合制成电沉积液，阴阳两极平行放置，电极间距为2cm，在恒电流为3mA条件下，沉积10min制得钌/琼脂糖/泡沫铜复合电极(即，新型泡沫铜复合电极)。
实例3：
将泡沫铜放入有机溶剂中超声清洗10分钟，去除表面油脂，再用超纯水冲洗表面，去除有机溶剂。然后自然晾干备用。
将为1g的琼脂糖加入100mL超纯水中，95℃水浴加热至溶液呈透明状胶体，制成琼脂糖凝胶。将干燥后的泡沫铜基体浸入琼脂糖凝胶中，浸泡时间为30s，浸渍面积为2cm2，使琼脂糖胶体均匀分布泡沫铜表面，将浸渍好的电极在空气中自然风干6h后制成琼脂糖/泡沫铜支撑电极。
将琼脂糖/泡沫铜支撑电极作为阴极，铂片作为阳极，将阳极接电源正极，阴极接电源负极。分别将0.1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L、0.4mol/L、0.5mol/L、0.6mol/L、0.7mol/L、0.8mol/L、0.9mol/L、1.0mol/L的NaCl溶液和0.03mmol/L的RuCl3溶液按体积比为1：1混合制成电沉积液，阴阳两极平行放置，电极间距为2cm，在恒电流为3mA条件下，沉积10min制得钌/琼脂糖/泡沫铜复合电极(即，新型泡沫铜复合电极)。
实例4：
将泡沫铜放入有机溶剂中超声清洗10分钟，去除表面油脂，再用超纯水冲洗表面，去除有机溶剂。然后自然晾干备用。
将为1g的琼脂糖加入100mL超纯水中，95℃水浴加热至溶液呈透明状胶体，制成琼脂糖凝胶。将干燥后的泡沫铜基体浸入琼脂糖凝胶中，浸泡时间为30s，浸渍面积为2cm2，使琼脂糖胶体均匀分布泡沫铜表面，将浸渍好的电极在空气中自然风干6h后制成琼脂糖/泡沫铜支撑电极。
将琼脂糖/泡沫铜支撑电极作为阴极，铂片作为阳极，将阳极接电源正极，阴极接电源负极。将0.5mol/L的NaCl溶液分别和0.01mmol/L、0.03mmol/L、0.05mmol/L、0.07mmol/L、0.1mmol/L、0.13mmol/L、0.15mmol/L、0.17mmol/L、0.2mmol/L的RuCl3溶液按体积比为1：1混合制成电沉积液，阴阳两极平行放置，电极间距为2cm，在恒电流为3mA条件下，沉积10min制得钌/琼脂糖/泡沫铜复合电极(即，新型泡沫铜复合电极)。
实例5：
将泡沫铜放入有机溶剂中超声清洗10分钟，去除表面油脂，再用超纯水冲洗表面，去除有机溶剂。然后自然晾干备用。
将为1g的琼脂糖加入100mL超纯水中，95℃水浴加热至溶液呈透明状胶体，制成琼脂糖凝胶。将干燥后的泡沫铜基体浸入琼脂糖凝胶中，浸泡时间为30s，浸渍面积为2cm2，使琼脂糖胶体均匀分布泡沫铜表面，将浸渍好的电极在空气中自然风干6h后制成琼脂糖/泡沫铜支撑电极。
将琼脂糖/泡沫铜支撑电极作为阴极，铂片作为阳极，将阳极接电源正极，阴极接电源负极。将0.5mol/L的NaCl溶液分别和0.03mmol/L的RuCl3溶液按体积比为1：1混合制成电沉积液，阴阳两极平行放置，电极间距分别设为1cm、1.5cm、2cm、2.5cm、3cm、3.5cm、4cm，在恒电流为3mA条件下，沉积10min制得钌/琼脂糖/泡沫铜复合电极(即，新型泡沫铜复合电极)。
实例6：
将泡沫铜放入有机溶剂中超声清洗10分钟，去除表面油脂，再用超纯水冲洗表面，去除有机溶剂。然后自然晾干备用。
将为1g的琼脂糖加入100mL超纯水中，95℃水浴加热至溶液呈透明状胶体，制成琼脂糖凝胶。将干燥后的泡沫铜基体浸入琼脂糖凝胶中，浸泡时间为30s，浸渍面积为2cm2，使琼脂糖胶体均匀分布泡沫铜表面，将浸渍好的电极在空气中自然风干6h后制成琼脂糖/泡沫铜支撑电极。
将琼脂糖/泡沫铜支撑电极作为阴极，铂片作为阳极，将阳极接电源正极，阴极接电源负极。将0.5mol/L的NaCl溶液分别和0.03mmol/L的RuCl3溶液按体积比为1：1混合制成电沉积液，阴阳两极平行放置，电极间距分别设为2cm，分别在恒电流为1mA、3mA、5mA、7mA、10mA、12mA、14mA、16mA、18mA、20mA条件下，沉积10min制得钌/琼脂糖/泡沫铜复合电极(即，新型泡沫铜复合电极)。
实例7：
将泡沫铜放入有机溶剂中超声清洗10分钟，去除表面油脂，再用超纯水冲洗表面，去除有机溶剂。然后自然晾干备用。
将为1g的琼脂糖加入100mL超纯水中，95℃水浴加热至溶液呈透明状胶体，制成琼脂糖凝胶。将干燥后的泡沫铜基体浸入琼脂糖凝胶中，浸泡时间为30s，浸渍面积为2cm2，使琼脂糖胶体均匀分布泡沫铜表面，将浸渍好的电极在空气中自然风干6h后制成琼脂糖/泡沫铜支撑电极。
将琼脂糖/泡沫铜支撑电极作为阴极，铂片作为阳极，将阳极接电源正极，阴极接电源负极。将0.5mol/L的NaCl溶液分别和0.03mmol/L的RuCl3溶液按体积比为1：1混合制成电沉积液，阴阳两极平行放置，电极间距分别设为2cm，分别在恒电流为7mA条件下，沉积5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min、50min制得钌/琼脂糖/泡沫铜复合电极(即，新型泡沫铜复合电极)。
通过一系列实验确定出最佳制备条件：
将泡沫铜放入有机溶剂中超声清洗10分钟，去除表面油脂，再用超纯水冲洗表面，去除有机溶剂。然后自然晾干备用。
将为1g的琼脂糖加入100mL超纯水中，95℃水浴加热至溶液呈透明状胶体，制成不同浓度的琼脂糖凝胶。将干燥后的泡沫铜基体浸入琼脂糖凝胶中，浸泡时间为20s，浸渍面积为2cm2，使琼脂糖胶体均匀分布泡沫铜表面，将浸渍好的电极在空气中自然风干6h后制成琼脂糖/泡沫铜支撑电极。
将琼脂糖/泡沫铜支撑电极作为阴极，铂片作为阳极，将阳极接电源正极，阴极接电源负极。将0.5mol/L的NaCl溶液和0.1mmol/L的RuCl3溶液按体积比为1：1混合制成电沉积液，阴阳两极平行放置，电极间距为2.5cm，在恒电流为7mA条件下，沉积25min制得钌/琼脂糖/泡沫铜复合电极(即，新型泡沫铜复合电极)。
钌/琼脂糖/泡沫铜复合电极(即，新型泡沫铜复合电极)对强力霉素进行降解：
琼脂糖在泡沫铜表面负载的厚度是通过琼脂糖浓度和浸渍时间来实现的，钌在泡沫铜上的负载量是通过负载时间和负载电流实现的。通过制备好的复合电极对强力霉素进行降解来间接反映电催化性能。由此可以得出以下结论：
图1是Ru/AG/CF复合电极的SEM图像，电极表面颗粒成团簇状结构，覆盖非常均匀，可以明显看出电极比表面积有更进一步提升，较大的比表面积是催化剂具有良好催化性能的基础。
图2中显示，通过EDS元素映射分析了复合电极表面Ru、C、O、Cu分布，表明Ru和AG已均匀负载到了CF上，并且分布非常均匀。相应元素的亮区和暗区与谱图分析结果相一致。其中的Ru负载量相对较少，峰值相对微弱，Cu作为基底材料，含量最多，峰值最高。
为了更为精确分析Ru/AG/CF复合电极表面元素价态，我们进行了X-ray光电子能谱分析，通过对C1s、O1s、Ru3p区域的结合能值来研究了三种元素的价态。如图3所示。
如图3是由XPS谱图分离出的三个C峰，由C-C(284.7eV)，C-OH(286.2eV)和C-O(288.2eV)组成。峰面积大小反映出相应化合建含量的多少，在C1s窄扫描中发现C-C键的峰面积最大，C-OH次之，C＝O最低，说明电极表面C-C含量最大，C-OH含量相对较少，C＝O含量最低，结果与AG分子结构一致，说明AG/CF电极在负载Ru后，AG结构并没有发生变化。
图4是O1s区域XPS窄扫描谱图，包含O2-(531.2eV)，O＝C(531.9eV)，O-C(532.9eV)，其中O-C峰面积最高，O＝C峰面积相对较小，与C1s区域分峰结果相一致。之所以会存在O2-的峰，有可能是因为电极制备完成后，在空气中风干时，电极表面的零价钌在空气中氧化生成了RuO2。
图5显示的是Ru3p区域XPS窄扫描，谱图分离出了两个峰分别是Ru0(462.2eV)、Ru4+(464.1eV。说明Ru两种形式存在于电极表面，Ru0的峰面积非常大，说明表面电极上催化剂主要以Ru0形式存在，少量以RuO2形式存在。证明金属Ru已经成功主要以Ru0形式覆盖在电极表面。
图6显示了纯CF电极、CF/AG基体电极和Ru/AG/CF复合电极在0.5M Na2SO4中，频率范围在105～10-2的Nyquist图。Ru/AG/CF电极测试得出的数据呈现的半圆直径最小，CF/AG的相对较大，CF的最大。可以推断复合电极Ru/AG/CF表面电荷转移电阻最低，说明在负载AG后电极的电催化性能有了提高，在负载Ru后，电极的性能进一步提升。图7是三种电极在0.5M Na2SO4中，扫描速率为0.167mV/s时的极化曲线。Ru/AG/CF电极最先正移，证明用Ru修饰的复合电极Ru/AG/CF电催化性能最好。
通过以上实验及表征说明此复合电极的电催化性能极其优秀，具备实际应用前景。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种新型泡沫铜复合电极，其特征在于，包括：泡沫铜基体，以琼脂糖制作的中间层和所述琼脂糖表面负载的金属钌粒子。
2.根据权利要求1所述的新型泡沫铜复合电极，其特征在于，所述金属钌粒子为通过恒电流电沉积法负载在所述琼脂糖表面。
3.一种新型泡沫铜复合电极的制备方法，其特征在于，
利用有机溶剂和超纯水对泡沫铜进行清洗，并自然晾干，得到泡沫铜基体；
通过水浴将琼脂糖溶解在超纯水中，得到琼脂糖凝胶，并利用浸渍法将所述琼脂糖凝胶负载在所述泡沫铜基体表面，得到琼脂糖/泡沫铜支撑电极；
将所述琼脂糖/泡沫铜支撑电极和铂片浸入电沉积液中，利用恒电流电沉积法，将金属钌粒子负载在所述琼脂糖/泡沫铜支撑电极，得到新型泡沫铜复合电极，其中，所述琼脂糖/泡沫铜支撑电极作为阴极，所述铂片作为阳极。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述琼脂糖凝胶的浓度范围为1g/L至20g/L；
所述水浴的温度为95℃。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述泡沫铜基体在所述琼脂糖凝胶中的浸渍时间为30秒，浸渍面积为2平方厘米。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述电沉积液为NaCl溶液和RuCl3溶液按体积比为1：1混合制成电沉积液，其中，所述NaCl溶液的浓度范围为0.1mol/L至1.0mol/L，RuCl3溶液的浓度范围为0.01mmol/L至0.2mmol/L。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述琼脂糖/泡沫铜支撑电极和所述铂片在所述电沉积液中平行放置；
所述琼脂糖/泡沫铜支撑电极和所述铂片之间的距离为2厘米；
所述琼脂糖/泡沫铜支撑电极和所述铂片在所述电沉积液中的沉积时间5min至30min；
恒电流的电流值为1mA至10mA。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将新型泡沫铜复合电极放置在空气中自然风干6小时。
9.根据权利要求1或2所述的新型泡沫铜复合电极或如权利要求3-9任意一项制备方法制备得到的新型泡沫铜复合电极应用于污水处理和对污水中的抗生素进行降解。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，若所述抗生素为四环素，所述新型泡沫铜复合电极对盐酸强力霉素进行降解的条件为：采用恒电流电催化，反应温度为30℃，盐酸强力霉素初始浓度为30mg/L，在电流8mA条件下，降解2小时。
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Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102603037A (zh) * | 2012-04-01 | 2012-07-25 | 南京工业大学 | 太阳光辅助电催化有机废水处理膜反应器 |
| CN105776439A (zh) * | 2016-03-09 | 2016-07-20 | 黑龙江大学 | 泡沫镍基纳米石墨电极及其制备方法和应用 |
| CN108179433A (zh) * | 2016-12-08 | 2018-06-19 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 有序介孔碳负载纳米铱基电催化析氢电极及其制备及应用 |
| CN109364963A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-02-22 | 重庆工商大学 | 一种钌-磷共改性镍复合催化剂及其制备方法 |
| CN109465016A (zh) * | 2018-11-10 | 2019-03-15 | 东北电力大学 | 一种钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极及其制备方法和应用 |
| CN109718809A (zh) * | 2019-03-05 | 2019-05-07 | 中南大学 | 一种泡沫镍负载银掺杂四氧化三钴纳米片及其制备方法和应用 |
| CN110743566A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-02-04 | 南方科技大学 | 单原子催化剂的制备方法 |
| CN110813282A (zh) * | 2019-09-27 | 2020-02-21 | 南京宁智高新材料研究院有限公司 | 一种单位点金属催化剂和电解硫化氢系统耦合应用的装置及方法 |
| CN111170417A (zh) * | 2020-01-16 | 2020-05-19 | 湖南大学 | 负载型阳极材料及其制备方法和应用 |
| US20210095382A1 (en) * | 2019-09-26 | 2021-04-01 | Eenotech, Inc. | Method for making water sterilization electrodes and device having the same |
-
2023
- 2023-10-08 CN CN202311292829.9A patent/CN117142587A/zh active Pending
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102603037A (zh) * | 2012-04-01 | 2012-07-25 | 南京工业大学 | 太阳光辅助电催化有机废水处理膜反应器 |
| CN105776439A (zh) * | 2016-03-09 | 2016-07-20 | 黑龙江大学 | 泡沫镍基纳米石墨电极及其制备方法和应用 |
| CN108179433A (zh) * | 2016-12-08 | 2018-06-19 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 有序介孔碳负载纳米铱基电催化析氢电极及其制备及应用 |
| CN109465016A (zh) * | 2018-11-10 | 2019-03-15 | 东北电力大学 | 一种钯/氧化石墨烯/泡沫铜复合电极及其制备方法和应用 |
| CN109364963A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-02-22 | 重庆工商大学 | 一种钌-磷共改性镍复合催化剂及其制备方法 |
| CN109718809A (zh) * | 2019-03-05 | 2019-05-07 | 中南大学 | 一种泡沫镍负载银掺杂四氧化三钴纳米片及其制备方法和应用 |
| US20210095382A1 (en) * | 2019-09-26 | 2021-04-01 | Eenotech, Inc. | Method for making water sterilization electrodes and device having the same |
| CN110813282A (zh) * | 2019-09-27 | 2020-02-21 | 南京宁智高新材料研究院有限公司 | 一种单位点金属催化剂和电解硫化氢系统耦合应用的装置及方法 |
| CN110743566A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-02-04 | 南方科技大学 | 单原子催化剂的制备方法 |
| CN111170417A (zh) * | 2020-01-16 | 2020-05-19 | 湖南大学 | 负载型阳极材料及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JIAN ZHANG 等: "Preparation of a ruthenium-modified composite electrode and evaluation of the degradation process and degradation mechanism of doxycycline at this electrode", JOURNAL OF WATER PROCESS ENGINEERING, 28 May 2022 (2022-05-28), pages 1 - 5 * |
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