【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于污水净化与废水资源化利用，尤其涉及一种碳毡基ni@uio-66/go催化电极及其制备方法、应用和包含其的产品。
技术介绍
1、生物电化学系统(bes)是一种可以同时实现污染物降解和电能输出的绿色废水处理技术。该技术在处理有机污染物的过程中会自发的产生生物电能，而该电能可以直接用于重金属离子的回收。它的工作原理实际上是氧化还原：阳极室中的厌氧微生物通过代谢作用将废水中的有机物氧化去除，并产生质子和电子，质子通过质子交换膜进入阴极室，电子沿导线流入阴极，使得阴阳极之间产生电势差，系统中电能产生。阴极室的电子受体，如氧气，得电子还原成水，如果让金属离子代替氧气作为阴极的电子受体，将重金属离子从可溶的形式转化为毒性较小的不可溶的形式，则可以实现bes的重金属回收。已有研究表明，使用bes技术处理或回收重金属是可行的，但仍存在回收效率低、回收金属种类单一、贵金属电极材料成本高等问题。
2、因此，现亟需进一步探索如何利用bes更高效、稳定、低成本地去除水中的污染物。
技术实现思路
1、针对上述技术问题，本专利技术提出了一种碳毡基ni@uio-66/go催化电极及其制备方法、应用和包含其的产品。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、本专利技术技术方案之一：
4、一种碳毡基ni@uio-66/go催化电极的制备方法，包括以下步骤：
5、利用水热合成将ni@uio-66和氧化石墨烯共同负载在碳毡上制备得到所述
6、其中，所述ni@uio-66中镍源与锆源的摩尔比为1∶3。
7、优选的，所述制备方法包括以下步骤：
8、将镍源、锆源和对苯二甲酸于有机溶剂中均匀混合，得到ni@uio-66前驱体溶液；
9、向所述ni@uio-66前驱体溶液中加入氧化石墨烯混合均匀，得到混合溶液；
10、将经过预处理的碳毡浸没于所述混合溶液中，依次进行水热反应、冷却、洗涤和干燥，得到所述碳毡基ni@uio-66/go催化电极(即ni@uio-66/go-cf)。
11、进一步，所述镍源为氯化镍；和/或
12、锆源为氯化锆；和/或
13、有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺。
14、进一步，所述ni@uio-66前驱体溶液需使用苯甲酸作为ph调节剂。
15、进一步，所述预处理的过程为：将碳毡依次在hcl溶液、乙醇和去离子水中冲洗，随后在去离子水中超声30min。其中，所述hcl溶液的浓度为1m。
16、进一步，所述水热反应过程中的条件为：水热反应温度为120℃，时间为48h。
17、进一步，所述干燥过程中的条件为：在50-60℃真空干燥至恒重。
18、本专利技术技术方案之二：
19、一种碳毡基ni@uio-66/go催化电极，由上述制备方法制备得到。
20、本专利技术技术方案之三：
21、所述碳毡基ni@uio-66/go催化电极在制备生物电化学系统领域中的应用。
22、有益效果：本专利技术制备出的碳毡基ni@uio-66/go催化电极应用于堆叠式生物电化学系统能够显著提高其的电化学性能，促进微生物的活跃生长。
23、本专利技术技术方案之四：
24、所述碳毡基ni@uio-66/go催化电极在印制线路板电镀工艺重金属废水处理领域中的应用。
25、有益效果：本专利技术制备出的碳毡基ni@uio-66/go催化电极应用于堆叠式生物电化学系统，该催化电极为印制线路板电镀工艺中排放的重金属离子提供还原位点，通过电还原和电絮凝的共同作用可以有效地还原废水中的铜、镍、锌、镉元素，实现废水中重金属离子的高效去除和回收。
26、本专利技术技术方案之五：
27、一种堆叠式生物电化学系统，以所述碳毡基ni@uio-66/go催化电极作为阴极。
28、有益效果：通过本专利技术制备方法制备得到碳毡基ni@uio-66/go催化电极，其可以作为阴极电极应用于生物电化学系统，可以高效处理印制线路板电镀工艺废水。其中，zr(iv)和羧酸盐之间的强相互作用，使得阴极材料可以适应酸性环境；引入过渡金属节点增强金属-金属相互作用，降低成本；go(氧化石墨烯)含有大量含氧官能团，提高阴极氧化还原反应的效率。
29、优选的，所述堆叠式生物电化学系统包括：第一体系和第二体系，两个体系均包括阳极室、质子交换膜和阴极室，所述阳极室和阴极室通过质子交换膜隔开；其中，阳极室的阳极和阴极室中的阴极通过钛丝连接，并外接电阻，形成完整回路。
30、进一步，第一体系包括阳极室、阴极室和一个空气接触氧化池，其中，阴极室、阳极室由质子交换膜隔开；空气接触氧化池的作用为：一是营造缺氧环境，丰富菌群种类；二是溶解空气中的氧气，缓解阴极室的曝气压力；
31、第二体系包括阳极室和阴极室，其中，阴极室、阳极室由质子交换膜隔开；
32、在整个堆叠式生物电化学系统中，水流路径为：第一体系(阳极室-空气接触氧化池-阴极室)—第二体系(阳极室-阴极室)；两个体系间通过管路连接，水流通过泵体动力输送。
33、进一步，所述第一体系和第二体系中的阳极室包括主要阳极和辅助阳极；
34、其中，所述主要阳极为铁阳极，所述辅助阳极为填充(填充率为90％，整体菌液占混合颗粒的体积百分数)接种产电菌(主要产电菌种为gammaproteobacteria和bacteroidia，菌液浓度为4-8g/l)的石墨颗粒和活性炭混合颗粒(石墨颗粒和活性炭颗粒的体积比为1：1，粒径3-5mm)；
35、进一步，所述阴极室包括以所述碳毡基ni@uio-66/go催化电极作为的阴极。
36、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
37、本专利技术制备得到的碳毡基ni@uio-66/go催化电极(ni@uio-66/go-cf)作为阴极材料应用于堆叠式生物电化学系统，对电极的电化学性能具有明显的促进作用，同时催化电极作为铜、镍、锌和镉离子的还原位点，可以有效的还原废水中的金属离子，实现电镀工艺中典型重金属离子的高效去除和回收。其中，go的3d花状结构进一步增加了电极的比表面积，当zr2+和ni2+的摩尔比为3∶1时对orr有最优催化效果。将此电极用于印制线路板电镀工艺中排放的重金属废水的处理，基本可以实现典型重金属元素的完全去除。
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1.一种碳毡基Ni@UiO-66/GO催化电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种碳毡基Ni@UiO-66/GO催化电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种碳毡基Ni@UiO-66/GO催化电极的制备方法，其特征在于，
4.根据权利要求2所述的一种碳毡基Ni@UiO-66/GO催化电极的制备方法，其特征在于，所述水热反应过程中的条件为：水热反应温度为120℃，时间为48h；和/或
5.一种碳毡基Ni@UiO-66/GO催化电极，其特征在于，由权利要求1-4任一项所述的制备方法制备得到。
6.如权利要求5所述的碳毡基Ni@UiO-66/GO催化电极在制备生物电化学系统领域中的应用。
7.如权利要求5所述的碳毡基Ni@UiO-66/GO催化电极在印制线路板电镀工艺重金属废水处理领域中的应用。
8.一种堆叠式生物电化学系统，其特征在于，以权利要求5所述的碳毡基Ni@UiO-66/GO催化电极作为阴极室中的阴极。
9.
10.根据权利要求9所述的一种堆叠式生物电化学系统，其特征在于，所述阳极室包括主要阳极和辅助阳极；
...【技术特征摘要】
1.一种碳毡基ni@uio-66/go催化电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种碳毡基ni@uio-66/go催化电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种碳毡基ni@uio-66/go催化电极的制备方法，其特征在于，
4.根据权利要求2所述的一种碳毡基ni@uio-66/go催化电极的制备方法，其特征在于，所述水热反应过程中的条件为：水热反应温度为120℃，时间为48h；和/或
5.一种碳毡基ni@uio-66/go催化电极，其特征在于，由权利要求1-4任一项所述的制...
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