一种ZnO-CeO2/纳米石墨阴极电催化降解抗生素废水的方法技术

本发明专利技术采用溶剂热

【技术实现步骤摘要】
一种ZnO
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CeO2/纳米石墨阴极电催化降解抗生素废水的方法


[0001]本专利技术属于电催化降解污染物领域，具体涉及一种ZnO
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CeO2/纳米石墨阴极电催化降解抗生素废水的方法；具有催化活性好、制备工艺简单、安全环保等优点。

技术介绍

[0002]抗生素是生物在生命活动过程中所产生的（或由人工半合成、全合成）。仅少量的抗生素便可有选择地抑制或影响生物体的功能，因此，抗生素大量用于人和动物的疾病治疗，并添加于动物饲料中促进其生长或替代部分营养物，是目前世界上使用最广泛的药物之一。目前抗生素主要分为两大类，天然存在与人工合成。根据其化学结构及作用形式，现有的抗生素种类主要分为β
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内酰胺类、大环内脂类、赖胺类、四环素类及氟喹诺酮类。而在各类抗生素中，氟喹诺酮类抗生素的作用与带来的环境问题尤为受关注。
[0003]电催化是高级氧化技术（AOP）工艺中效率较高的方法之一，它具有适用范围广、高效性、多样性、低成本、操作简便等特点，并且能耗相对较低，是一种
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环境友好”型的绿色污水处理工艺。它能够在溶液中和阳极表面同时产生强氧化剂（
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OH），在阴极直接生成过氧化氢（间接生成
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OH），无选择性地氧化水中的绝大部分有机污染物。利用电化学技术降解抗生素废水，还具有设备造价成本低、占地面积小、处理效率高、反应过程温和等优点；因此，本专利技术开发新的电化学阴极材料，并探究该电极处理氟喹诺酮类抗生素废水的效能。r/>[0004]本专利技术所述方法具体为：将适量纳米石墨粉末浸渍到硝酸铈与乙醇混合溶液中，经过充分搅拌后，再通过水热法制成CeO2/纳米石墨材料；将得到的CeO2/纳米石墨催化剂浸渍到硝酸锌与乙醇混合溶液中，经充分搅拌后烘干，通过高温煅烧后得到ZnO
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CeO2/纳米石墨催化剂；将得到的ZnO
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CeO2/纳米石墨催化剂通过热压法制备成电极，而后应用于电催化降解废水中的诺氟沙星，降解过程具体是：降解过程是在容积一定的电解槽中进行，通过动力泵保持废水的流动状态，并对降解的工艺参数进行优化。该电极结构与活性组分有利于提高电极的催化氧化活性与降解性能；组分间牢固的结合可以防止脱落，减少了催化材料的流失和废弃污泥的产生，避免二次污染；同时，该催化剂可以重复使用，降低了处理成本。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种利用具有高催化活性的ZnO
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CeO2/纳米石墨复合阴极来电催化降解抗生素废水的方法。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：一种降解处理废水中的诺氟沙星的方法，所述方法为：以ZnO
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CeO2/纳米石墨为阴极，商用DSA（钛涂钌）为阳极，采用恒电流电催化法降解废水中的诺氟沙星；所述恒电流电解法，通常恒电流设置为15~35mA/cm2，诺氟沙星废水的浓度为10~20mg/L，硫酸钠电解液浓度为0.1mol/L，极间距为3~5cm，废水的pH范围为3~6，电解时间为120分钟；以上参数都可以进行优选。
[0007]本专利技术可以取得的有益效果如下：
1、本专利技术采用的电催化材料ZnO
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CeO2/纳米石墨制备方法简单、成本低廉、不会造成污染，且无毒副作用；2、本专利技术对于废水中诺氟沙星的降解效果较好，可将大分子有机物降解为小分子有机物，提高废水的可生化性，适用于氟喹诺酮类抗生素废水的降解处理；3、本专利技术采用溶剂热
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烧结法将催化剂金属材料负载在石墨表面，工艺简易、适用范围广、可用于处理难生物降解的有机废水；4、本专利技术中的阴极氧化法减少了电能的大量消耗，避免二次中间产物的污染，在污染治理领域具有广阔的应用前景。
附图说明
[0008]图1为制备的ZnO
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CeO2/纳米石墨材料的形貌图。
[0009]图2从左到右依次为制备好的ZnO
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CeO2/纳米石墨电极，阴极材料白钛网，商用DSA（钛涂钌）阳极材料。
[0010]图3为所制备的ZnO
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CeO2/纳米石墨XRD谱图。
[0011]图4为所制备的纳米石墨阴极，CeO2/纳米石墨阴极，ZnO
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CeO2/纳米石墨阴极电催化降解废水中诺氟沙星2小时内的降解效率。
[0012]图5为所制备的ZnO
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CeO2/纳米石墨阴极电催化降解废水循环使用后降解率的变化图。
具体实施方式
[0013]具体实施方式一：本实施方式的一种ZnO
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CeO2/纳米石墨阴极电降解水中诺氟沙星的方法，按以下步骤进行：一、白钛网预处理：白钛网作为电极的载流体和支撑体，在使用前需要进行预处理；具体是将白钛网剪成比使用电极略大的矩形，放入装有碱液的烧杯中，在80
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90℃的水中煮30min，目的是去除表面有机物；然后，用蒸馏水冲洗白钛网表面至无杂质，再放入装有酸液的烧杯中浸泡30min，目的是去除表面氧化物；用蒸馏水冲洗后，自然晾干备用;碱液的制备：称取5g氢氧化钠、5g磷酸钠与5g碳酸钠溶于250mL蒸馏水中，即可得到需要配制的碱液。酸液的制备：配制0.1mol/L的盐酸溶液；二、ZnO
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CeO2/纳米石墨催化剂材料制备：将适量的纳米石墨浸渍到含有硝酸铈和聚乙烯吡咯烷酮的无水乙醇溶液中，充分搅拌30min后，将溶液置于内衬聚四氟乙烯的反应釜中加热，160℃保持18h，自然冷却至室温后取出，把得到的物质用去离子水和无水乙醇各离心洗涤三遍，60℃烘干后得到CeO2/纳米石墨材料；再将一定量的Zn(NO3)2·
6H2O和CeO2/纳米石墨放入100mL无水乙醇中，充分搅拌30min后，置于60℃烘箱中干燥。将得到的物质放置于马弗炉中，350℃下高温煅烧处理3小时，升温速率为5℃/min，冷却后取出，充分研磨，即可得到ZnO
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CeO2/纳米石墨材料；三、ZnO
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CeO2/纳米石墨阴极制备：将ZnO
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CeO2/纳米石墨材料置于烧杯中，65℃恒温水浴，酌量滴加无水乙醇润湿，再缓慢滴加10wt.%的PTFE乳液和无水乙醇，直至混合物成半凝固状态。将此混合物均匀涂抹在白钛网两侧，后在锟压机上锟压成条状，使得材料紧密附着于白钛网两侧，可通过不断缩小双锟间距来反复锟压，使复合材料与白钛网进一步结
合紧密；将压制好的电极放置在蒸馏水中，在接近煮沸的水中煮30min，后放入60℃烘箱内烘干备用；在沸水中如电极有起泡现象，则需要重新压制；四、降解废水中诺氟沙星的工艺参数：采用恒电流电解法，外加电流设定为15~35mA/cm2，此时，外加电压为3V，头孢他啶废水的浓度为10~20mg/L，硫酸钠电解液浓度为0.1mol/L，极间距为3~5cm，诺氟沙星废水的pH范围为3~6，电解时间为120min。
[0014]具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种ZnO
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CeO2/纳米石墨阴极电催化降解抗生素废水的方法，其特征在于所述方法为：以ZnO
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CeO2/纳米石墨为阴极，商用DSA（钛涂钌）为阳极，采用恒电流电催化法对难生物降解的抗生素废水进行降解；所述的ZnO
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CeO2/纳米石墨阴极是以白钛网为基体，ZnO
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CeO2/纳米石墨材料为催化层。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述恒电流电解法中，恒电流密度为15~35mA/cm2，抗生素（诺氟沙星）废水的浓度为10~20mg/L，Na2SO4电解液浓度为0.1mol/L，电极间距为3~5cm，废水的溶液pH范围为3~6，电解时间为120分钟，以上所有参数都可以进行优选。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述ZnO
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CeO2/纳米石墨的制备：首先，纳米石墨的制备是以200目的天然鳞片石墨为原材料，将其与高氯酸和高锰酸钾混合均匀后，放置在水浴锅中反应40分钟，反应结束后置于60℃烘箱中烘干，可得到石墨层间化合物，将石墨层间化合物用去离子水和无水乙醇分别洗涤三次，洗去杂质后，在60℃烘箱中烘干后得到可膨化石墨。4.通过热剥离法，将可膨化石墨放入微波炉中，微波膨化20s得到膨胀石墨，将制备好的膨胀石墨溶于无水乙醇中搅拌形成均匀的悬浮液，将溶液置于超声波清洗机中超声12h，烘干后即可得纳米石墨。5.其次，ZnO
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CeO2/纳米石墨复合材料通过溶剂热
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烧结法制备，具体过程如下：将0.467g的Ce(NO3)3·
6H2O溶于100mL无水乙醇中，搅拌15分钟后加入3g纳米石墨和适量的聚乙烯吡...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹金龙，郝元坤，蔡庄，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：发明
国别省市：