一种用于电化学氧化抗生素的复合电极的制备方法

本发明属于电化学处理污水的电极材料的，涉及一种内部限域二氧化铅纳米球的碳纳米管与金刚石复合结构电极及其制备方法。

背景技术：

1、抗生素被广泛应用于医疗技术中以预防和治疗感染，抗生素的过度使用使其成为生态环境的污染物，对人类健康和水生生态系统构成潜在风险。传统去除抗生素的方法包括物理、生物和化学方法进行处理。由于占地面积小、运输方便、分离速度快，物理法最为常用，但无法将抗生素彻底去除；而抗生素的生物降解速度是相当缓慢，且培养微生物耗时长。高级氧化工艺是包含芬顿、臭氧氧化、电化学氧化和光催化氧化等化学工艺的新兴技术，具有处理有机污染物的潜力。特别是电化学氧化工艺，因其效率高、操作条件温和、环境相容性好而受到广泛关注。

2、阳极材料是影响电化学氧化工艺效率和选择性的主要因素之一。硼掺杂金刚石(bdd)是一种惰性的电极材料，具有宽的电位窗口、析氧电位高、背景电流低、电流密度高、耐强酸强碱等特点在提高抗生素降解效率方面发挥着重要作用。二氧化铅(pbo2)因高导电性和稳定性也得到了广泛的研究，而pbo2涂层的低比表面积和与氧化物弱结合力导致pbo2的催化活性较低，且残留到水里的pbo2会造成二次污染。

技术实现思路

1、本发明的目的是，克服背景技术存在的不足，提供一种用于电化学氧化抗生素的复合电极的制备方法，以提高电极的比表面积、电催化活性，获得一种电化学氧化性能好，同时避免二次污染的电极。

2、本发明采用浸渍法制备内部限域二氧化铅纳米球的碳纳米管，最后旋涂负载在硼掺杂金刚石膜表面，得到复合结构电极，从而获得优异的催化性能。

3、本发明的技术方案如下：

4、一种用于电化学氧化抗生素的复合电极，其特征在于，在硅衬底上生长的硼掺杂金刚石膜表面，均匀分布有内部包含二氧化铅纳米球的碳纳米管；

5、所述硼掺杂金刚石膜为重掺杂金刚石膜，掺杂浓度为1019-1020/cm3；

6、所述碳纳米管，直径为20-40纳米；

7、所述的二氧化铅纳米球，直径为5-10纳米。

8、一种用于电化学氧化抗生素的复合电极的制备方法，有以下步骤：

9、1)硅衬底表面生长硼掺杂金刚石膜：用粒径为1-5微米的金刚石粉，对p型掺杂硅表面进行研磨处理，形成均匀的划痕；研磨之后，利用酒精和去离子水对硅衬底进行冲洗，去除表面多余的金刚石粉；将处理后的衬底放入mpcvd设备中，抽真空后通入反应气体，生长硼掺杂金刚石膜硼掺杂金刚石膜，生长参数如下：微波功率为1-2千瓦，气压为6-10千帕，衬底温度900～1000摄氏度，生长时间5-10小时，氢气流量为200-500sccm，甲烷流量为6-10sccm，硼源气体2-8sccm，硼源气体为稀释过的乙硼烷或者三甲基硼；

10、2)内部包含二氧化铅纳米球的碳纳米管制备：首先将碳纳米管浸泡在浓度为68wt％的浓硝酸中，并在100摄氏度下加热2小时；然后在去离子水中洗涤至中性，放入真空干燥箱中室温干燥8小时以上；将干燥后的碳纳米管浸渍到浓度为0.04mm/l的硝酸铅(pb(no3)2)溶液中，超声搅拌24小时；之后利用干燥箱将碳纳米管烘干，再投入0.001mm/l的naoh溶液中浸泡1分钟，取出，利用干燥箱在140摄氏度温度下干燥0.5小时，得到内部限域二氧化铅纳米球的碳纳米管；

11、3)旋涂法制备复合电极：将内部限域二氧化铅纳米球的碳纳米管分散在质量浓度为5％的nafion溶液中，形成分散液，分散液浓度为5毫克/微升，利用旋涂法将其涂覆到硼掺杂金刚石膜表面，得到用于电化学氧化抗生素的复合电极材料；旋涂过程中，设备转速为3000转/分。

12、有益效果：

13、本发明设计了具有更多活性位点的pbo2纳米结构，以提高电化学活性。同时，为保护pbo2免受恶劣环境破坏并防止铅污染，本发明提出将pbo2纳米颗粒限域在具有多孔结构和高导电性的碳纳米管内，然后利用旋涂法将碳纳米管涂覆在硼掺杂金刚石膜表面，形成复合结构，并将其作为电化学电极用于抗生素废水的阳极氧化。本发明制备的电化学氧化阳极材料，对抗生素废水降解速率快，去除率高。实验测量结果表明，所得电极材料在120分钟内将氯四环素降解了98.7％，并且防止了降解过程中残留的pbo2造成的水污染，在实际应用中具有非常好的应用价值。

技术特征：

1.一种用于电化学氧化抗生素的复合电极，其特征在于，在硅衬底上生长的硼掺杂金刚石膜表面，均匀分布有内部包含二氧化铅纳米球的碳纳米管；

2.一种权利要求1所述的用于电化学氧化抗生素的复合电极的制备方法，有以下步骤：

技术总结
本发明的一种用于电化学氧化抗生素的复合电极的制备方法属于电化学处理污水的电极材料的技术领域，其特征在于，在硅衬底上生长的硼掺杂金刚石膜表面，均匀分布有内部包含二氧化铅纳米球的碳纳米管；制备方法包括：硅衬底表面生长硼掺杂金刚石膜、内部包含二氧化铅纳米球的碳纳米管制备、旋涂法制备复合电极。本发明设计了具有更多活性位点的PbO<subgt;2</subgt;纳米结构，以提高电化学活性，对抗生素废水降解速率快，去除率高，并且防止了降解过程中残留的PbO<subgt;2</subgt;造成的水污染，在实际应用中具有非常好的应用价值。

技术研发人员：李红东,徐思雨,高楠,成绍恒,刘钧松
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1