一种光电降解双电极系统及在降解盐酸四环素废水中的应用技术方案

本发明专利技术公开了一种光电降解双电极系统及在降解盐酸四环素废水中的应用，属于有机污染废水净化与废水资源化利用技术领域。该光电降解双电极系统阳极为Mo/ZnO/NiF光催化阳极片，阴极为ZnFe2O4/GO/CC催化电极膜组件，通过导线连接阴阳两极并外接电阻，将盐酸四环素废水加入光电降解双电极系统的反应池中，用H2SO4溶液调节废水的pH值，之后将PMS加入反应池中，并用可见光照射，进行氧化还原反应，完成盐酸四环素废水中盐酸四环素的降解。本发明专利技术的光电降解双电极体系在太阳光照射下，利用光催化剂协同PMS体系，有效提高了废水中TC

【技术实现步骤摘要】
一种光电降解双电极系统及在降解盐酸四环素废水中的应用


[0001]本专利技术涉及一种光电降解双电极系统及在降解盐酸四环素废水中的应用，属于有机污染废水净化与废水资源化利用


技术介绍

[0002]近年来，四环素类抗生素已广泛应用于医疗、畜牧和水产养殖等领域，其中盐酸四环素(TC
‑
HCl)是应用最广泛的兽药和人药抗生素之一。由于不合理使用，TC
‑
HCl往往会在环境中过度积累，通常与废水产生和污水排放有关。因此，TC
‑
HCl会残留在土壤和水生生态系统(河水、地下水)中，最终出现在饮用水中。这种物质对环境的污染严重威胁着公众健康和生态安全。TC
‑
HCl因其稳定的化学结构和难降解性被认为是一种持久性污染物，环境中TC
‑
HCl的长期存在可导致耐抗生素细菌菌落的进化，产生超级细菌。因此，快速高效地将TC
‑
HCl转化为无活性、无毒的副产物至关重要。
[0003]盐酸四环素属于难降解有机污染物，目前去除盐酸四环素主要采用吸附、微生物降解、电解、高级氧化和光催化等方法，这些工艺普遍存在降解效率低、成本较高、易产生二次污染等问题。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种光电降解双电极系统及在降解盐酸四环素废水中的应用，不需要额外添加电源，通过光照作用，在光生空穴及SO4·
‑
等强氧化性自由基的作用下对有机污染物TC
‑
HCl进行降解，本专利技术降解盐酸四环素废水的方法易于控制，具备良好的环境兼容性，操作简单、成本低，使难降解的TC
‑
HCl废水得到有效的处理。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]本专利技术的技术方案之一：
[0007]一种光电降解双电极系统，阳极为Mo/ZnO/NiF光催化阳极片，阴极为ZnFe2O4/GO/CC催化电极膜组件，通过导线连接阴阳两极并外接电阻。
[0008]进一步地，所述Mo/ZnO/NiF光催化阳极片使用钛丝连接固定，Mo/ZnO/NiF光催化阳极片以泡沫镍为基底，以Mo/ZnO作为催化剂制备得到，其中Mo/ZnO催化剂由(NH4)6Mo7O
24
·
4H2O、Zn(Ac)2·
2H2O、(CH2OH)2和C2H5OH制备而成。
[0009]更进一步地，所述Mo/ZnO/NiF光催化阳极片的制备方法包括以下步骤：
[0010]将Zn(Ac)2·
2H2O和(NH4)6Mo7O
24
·
4H2O加入乙醇与乙二醇混合溶剂中，磁力搅拌得到共混溶剂；将泡沫镍用乙醇浸泡并烘干；将烘干后的泡沫镍加入所述共混溶剂中，180℃水热合成10h，自然冷却之后将泡沫镍取出并用乙醇洗涤，放入烘箱中200℃热处理5h，得到所述Mo/ZnO/NiF光催化阳极片。
[0011]更进一步地，所述Zn(Ac)2·
2H2O和(NH4)6Mo7O
24
·
4H2O中Zn与Mo元素物质的量之比为10∶1。
[0012]进一步地，所述ZnFe2O4/GO/CC催化电极膜组件为将ZnFe2O4/GO/CC催化电极膜固
定于膜组件上得到的，所述ZnFe2O4/GO/CC催化电极膜是以ZnFe2O4/GO作为催化剂材料，DMF作为有机溶剂，PVDF作为粘结剂，PVP作为造孔剂，碳纤维布作为基底材料制备得到的。
[0013]更进一步地，所述ZnFe2O4/GO/CC催化电极膜的制备方法包括以下步骤：
[0014]将ZnFe2O4/GO催化剂置于DMF中，加入PVDF和PVP，磁力搅拌5h形成铸膜液，将铸膜液刮涂在碳纤维布上，并转移至清水中，相转化24h，晾干得到所述ZnFe2O4/GO/CC催化电极膜。
[0015]更进一步地，所述ZnFe2O4/GO催化剂是通过Zn(Ac)2·
2H2O、Fe(NO)3·
9H2O、GO和C2H5OH制备得到的。
[0016]更进一步地，所述ZnFe2O4/GO催化剂的制备方法包括以下步骤：将Zn(Ac)2·
2H2O和Fe(NO)3·
9H2O加入乙醇中，磁力搅拌得到混合液A；将GO加入体积比为1∶1的DMF和乙醇混合溶液中，超声得到混合液B；将混合液A和混合液B混合，180℃反应12h，乙醇洗涤，离心，烘干，研磨，400℃煅烧2h，冷却后得到所述ZnFe2O4/GO催化剂。
[0017]本专利技术的技术方案之二：
[0018]一种降解盐酸四环素废水中盐酸四环素的方法，将盐酸四环素废水加入所述的光电降解双电极系统的反应池中，用H2SO4溶液调节废水的pH值，之后将PMS加入反应池中，并用可见光照射，进行氧化还原反应，完成盐酸四环素废水中盐酸四环素的降解。
[0019]进一步地，用0.5mol/L的H2SO4溶液调节废水pH值至3
‑
4。
[0020]进一步地，所述PMS的浓度为0.2mM。
[0021]进一步地，所述盐酸四环素废水中盐酸四环素浓度为10
‑
100mg/L。
[0022]在可见光照射下，以可产生光生电子的Mo/ZnO/NiF光催化阳极片作为电源，ZnFe2O4/GO/CC催化阴极膜上的Fe对PMS起到活化作用，从而促进产生强氧化性自由基SO4·
‑
，Mo/ZnO/NiF光催化阳极产生的光生空穴也具有强氧化性，对盐酸四环素分子进行开环或断裂作用，从而实现对盐酸四环素的降解，并且ZnFe2O4/GO/CC催化电极膜作为阴极膜不仅起到活化PMS作用，还具有一定的过滤作用。
[0023]本专利技术的光电降解双电极系统不需要额外添加电源，通过光照作用，光阳极可产生光生电子
‑
空穴对，光生电子通过外电路到达阴极，实现电子
‑
空穴对有效分离的同时促进阴极膜Fe
2+
与Fe
3+
循环，光生空穴具有强氧化性，阴极膜上负载的Fe离子可活化PMS产生SO4·
‑
，在光生空穴及SO4·
‑
等强氧化性自由基的作用下对有机污染物TC
‑
HCl进行降解。
[0024]本专利技术采用光催化降解技术降解盐酸四环素废水，易于控制，具有良好的环境兼容性，易于自动化，操作简单、成本低、可持续的优点，并且使用太阳能，在温和条件下即可将TC
‑
HCl降解矿化为CO2和H2O。本专利技术引入光催化阳极产生的光生电子为活化PMS提供所需要的电能，同时引入太阳光作为能源，催化污染物降解，不仅可以提高氧化还原性能和降解效率，还节约了能源消耗，降低了成本。
[0025]本专利技术的光电降解双电极系统可以实现TC
‑
HCl抗生素废水中TC...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电降解双电极系统，其特征在于，阳极为Mo/ZnO/NiF光催化阳极片，阴极为ZnFe2O4/GO/CC催化电极膜组件，通过导线连接阴阳两极并外接电阻。2.根据权利要求1所述的光电降解双电极系统，其特征在于，所述Mo/ZnO/NiF光催化阳极片使用钛丝连接固定，Mo/ZnO/NiF光催化阳极片以泡沫镍为基底，以Mo/ZnO作为催化剂制备得到，其中，Mo/ZnO催化剂由(NH4)6Mo7O
24
·
4H2O、Zn(Ac)2·
2H2O、(CH2OH)2和C2H5OH制备而成。3.根据权利要求2所述的光电降解双电极系统，其特征在于，所述Zn(Ac)2·
2H2O和(NH4)6Mo7O
24
·
4H2O中Zn与Mo元素物质的量之比为10∶1。4.根据权利要求1所述的光电降解双电极系统，其特征在于，所述ZnFe2O4/GO/CC催化电极膜组件为将ZnFe2O4/GO/CC催化电极膜固定于膜组件上得到的，所述ZnFe2O4/GO/CC催化电极膜是以ZnFe2O4/GO作为催化剂材料，D...

【专利技术属性】
技术研发人员：王德义，何天一，杨顺雨，于珊珊，高常飞，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：