一种3D打印MoS2/Ni-Fe电极的制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及环境科学与工程电催化氧化技术领域，具体为一种3D打印的MoS2/Ni

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印MoS2/Ni
‑
Fe电极的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于环境科学与工程电催化氧化
，具体为一种MoS2/Ni
‑
Fe电极的制备及其对甲砜霉素高效电化学降解方法。

技术介绍

[0002]抗生素因其价格低廉和广谱杀菌性被广泛应用于治疗和预防人畜疾病。在抗生素药物中，氯霉素类药物在预防和治疗动物疾病方面发挥了重要作用。在氯霉素因其严重的毒副作用被列入禁用药物后，其衍生物甲砜霉素被广泛应用于畜牧业。然而随着甲砜霉素应用的广泛和关注度的提高，人们发现甲砜霉素具有血液毒性、胚胎毒性和强烈的免疫抑制作用，甚至影响到动物、植物和微生物的生理功能。甲砜霉素可以通过动物代谢、降雨径流和废水排放进入土壤和水环境，并通过食物链累积，对生态环境和人体产生强烈毒副作用。作为新兴污染物，甲砜霉素经常在废水和地表水中被检测到。因此近年来水环境中的甲砜霉素残留问题引起了人们的关注与重视，开发简单有效的方法来去除废水中的甲砜霉素至关重要。
[0003]高级氧化技术因其优越的处理效率通常被应用于抗生素废水的处理，其中芬顿和类芬顿反应是应用最广泛的技术。因其在适当的催化剂条件下可以协同产生羟基自由基等强氧化物质降解污染物。然而传统芬顿反应需要持续供应Fe
2+
和额外添加氧化剂限制其应用；电芬顿需要外接泵不断供氧干扰电极之间传质和增加能耗的缺点；类芬顿技术因其无需额外添加催化剂和无需持续供氧被开发运用。为了解决以上技术缺陷，经专利技术人潜心研究后首次提出了本专利技术。

技术实现思路

[0004]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术目的在于提供一种MoS2/Ni
‑
Fe电极的制备方法及其对废水中甲砜霉素的高效去除。本专利技术以具有高析氧性能和良好导电性的镍铁合金粉末作为阳极打印基底混合二硫化钼和纳米碳粉通过3D打印技术制备MoS2/Ni
‑
Fe电极，其中二硫化钼其表面具有众多S和Mo活性位点，可促进Fe
3+
向Fe
2+
转换，从而提高电芬顿体系中二价铁含量有助于类芬顿体系中强氧化自由基羟基自由基的生成。在打印过程中以氢气和氩气作为保护气，氢气占比为1％～2％其余保护气为氩气，又由于打印仓不可完全真空因此会存留微量的氧，在激光高温作用下纳米碳被氧化成碳氧化物，由于氢气的通入和氧含量极少碳不可完全氧化故形成一氧化碳，被氧化的纳米碳留下的空位增大了电极的比表面积，另一方面形成一氧化碳保护电极中Fe不被氧化。具体的，本专利技术提供了一种MoS2/Ni
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Fe电极的制备方法，依次包括以下步骤：
[0005](1)将四个球磨罐中分别放入同等质量的球磨/钢珠，使钢珠重量为步骤(2)中加入粉末的4倍左右。
[0006](2)将质量比为(1％
‑
6％)二硫化钼粉末、(1％
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5％)纳米碳粉，镍铁合金粉末称量后放入球磨罐中，加入3
‑
5ml乙醇。
[0007](3)将步骤(2)中球磨罐放在行星式球磨机上，双向模式，给定频率45.83HZ，间隔时长为5.00min，运行时长60min，运行次数1次。
[0008](4)将步骤(3)中磨好的粉末(粒径为10
‑
60um)在温度为70～200℃的烘箱里干燥2～5小时，得到干燥粉末。
[0009](5)将步骤(4)中得到的干燥粉末过200目的筛网在振荡机上摇晃至混合粉末全部筛至下部盛装粉末的铁盘中。
[0010](6)选用汉邦SLM
‑
280激光3D打印设备，安装金属3D打印设备的金属打印板并进行调频，使打印板的四个平面达到平行状态，安装刮条使其与打印板子平行并下降至刚好与打印版贴合的位置。
[0011](7)将步骤(5)中得到的金属粉末倒入3D打印机的粉槽中，将粉槽调节至合适的位置进行铺粉操作。
[0012](8)打开冷却水阀门、保护气气泵其中保护气包含1％～2％氢气，使打印机内溶解氧含量下降至250ppm以内，在激光高温作用和微量氧的作用下混合粉末中的纳米碳被氧化形成一氧化碳，纳米碳被氧化后余下的空位增加了电极的比表面积同时生成的一氧化碳与氢气共同保护电极中Fe不被氧化；而后打开并下载事先建模好的孔状3D结构(扫描策略采用X、Y方向等间距旋转90
°
交替扫描，扫描速度范围为900～1200mm/s，采用激光功率范围为190～220W，扫描间距为0.07～0.11mm，铺粉层厚为0.05mm)，设置峰值为100，打开激光后方可进行打印。
[0013](9)将打印完成的MoS2/Ni
‑
Fe电极从打印板用水刀切割下来。浸泡在大于99.7％的工业酒精中超声10～15min，重复2～3次。
[0014]采用MoS2/Ni
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Fe电极作为工作电极降解甲砜霉素废水，按照以下方式进行：
[0015]电化学降解实验在聚甲基丙烯酸甲酯反应器中进行，电源为直流电源(DH
‑
1718E)的恒电流模式下进行。以MoS2/Ni
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Fe为阳极，石墨为阴极，20mM
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50mM硫酸钠溶液为电解质，总反应体积为100ml。磁力搅拌器转速为500rpm，室温条件下进行反应。分别在反应时间为0、4、8、12、16、20、26、30min用1ml无菌注射器取样经过滤头过滤至1.5ml液相小瓶中。而后将所取样品放置高效液相色谱仪中检测污染物剩余浓度。
[0016]本专利技术包含以下有益效果：
[0017]1)本电极具有独特的微观结构，二硫化钼均匀分布在镍铁表面，暴露出Mo、S活性位点促进羟基自由基生成高效降解甲砜霉素。
[0018]2)本专利技术采用选择性激光熔化3D打印技术制备MoS2/Ni
‑
Fe电极，以氢气和氩气作为保护气在打印粉末中混合纳米碳。纳米碳被氧化生成一氧化碳保护电极材料中Fe不被氧化同时被氧化后留下的空位增加了电极的比表面积以获得更高的传质效率以及电子传输效率。
[0019]3)本电极可在25min内对ppm级甲砜霉素降解99.4％，且经过循环实验在五个循环后甲砜霉素的去除率仍达到95％，这表明MoS2/Ni
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Fe电极具有良好的稳定性，在甲砜霉素等微量抗生素污染废水的修复方面有巨大的潜力。
[0020]4)本专利技术采用选择性激光熔化3D打印技术制备MoS2/Ni
‑
Fe电极，操作步骤简单可控，可大规模生产应用。
附图说明
[0021]图1为MoS2/Ni
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Fe电极的扫描电子显微镜图；
[0022]图2为MoS2/Ni
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Fe电极降解甲砜霉素数据图；
[0023]图3为MoS2/Ni
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Fe电极反应过程中Fe
2+
和DO的浓度图；
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印MoS2/Ni
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Fe电极的制备方法，依次包括以下步骤：(1)将四个球磨罐中分别放入同等质量的球磨/钢珠，使钢珠重量为步骤(2)中加入粉末的4倍左右；(2)将质量比为(1％
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6％)二硫化钼粉末、(1％
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5％)纳米碳粉，镍铁合金粉末称量后放入球磨罐中，加入3
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5ml乙醇；(3)将步骤(2)中球磨罐放在行星式球磨机上，双向模式，给定频率45.83HZ，间隔时长为5.00min，运行时长60min，运行次数1次；(4)将步骤(3)中磨好的粉末(粒径为10
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60μm)在温度为T1(70～200℃)的烘箱里干燥2～5小时，得到干燥粉末；(5)将步骤(4)中得到的干燥粉末过200目的筛网在振荡机上摇晃至混合粉末全部筛至下部盛装粉末的铁盘中；(6)选用汉邦SLM
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280激光3D打印设备，安装金属3D打印设备的金属打印板并进行调频，使打印板的四个平面达到平行状态，安装刮条使其与打印板子平行并下降至刚好与打印版贴合的位置；(7)将步骤(5)中得到的金属粉末倒入3D打印机的粉槽中，将粉槽调节...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐剑晖，付欣，李丹，张云飞，王鹏旭，欧阳东坤，李蕾，刘鹏，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：