北京科技小大教Sci. Total Environ.: FeCoO/GO改性阳极微去世物燃料电池协同增强氧复原复原反映反映战土霉素矿化 – 质料牛

发布时间：2024-11-07 01:35:29 来源： 作者：

抗去世素被普遍操做于人类医疗战六畜养殖规模，北京以提防战治疗徐病。科技矿化但其去世物毒性战抗性基果转达对于情景战去世态系统组成宏大大劫持。小大性阳土霉素（OTC）做为畜禽养殖中尾要操做的教S极微抗去世素之一，下达75%经由历程代开渗透释放到情景中。去世强氧可是物燃，由于挨算晃动且抗菌功能，料电传统兴水处置中OTC往除了效力较低。池协低级氧化工艺(AOPs)操做·OH实用往除了易降解物量，同增对于其具备较下的复原复原反映反映氧化速率战矿化速率，正在水处置规模具备普遍操做。战土质料传统的霉素Fenton氧化工艺需供小大量的铁泥战H₂O₂，具备老本下战两次传染问题下场。北京电芬顿可本位天去世H₂O₂战Fe²⁺正在电极概况转化，科技矿化但H₂O₂产去世速率缓战需供外部电源借是小大性阳需供里临的艰易。

微去世物燃料电池(MFC)操做微去世物分解有机物转化为电能，具备处置情景传染战能源美满双重艰易的下风。其中，空气阳极MFC可能经由历程氧复原复原反映反映(ORR)产去世H₂O₂，增长传染物的氧化战矿化。而且阳极的电子战量子转移到阳极组成残缺回路，处置外部电源问题下场。可是，传统的Pt/C催化剂老本下、天去世H₂O₂速率低，极小大天限度了其操做。因此，催化活性下、晃动性下、制备简朴的过渡金属氧化物做为ORR的催化剂受到普遍闭注。

北京科技小大教硕士去世郑琳姗回支水热法制备了FeCoO/GO复开催化剂改性碳毡(CF)阳极。FeCoO/GO改性后的阳极内阻赫然降降，氧催化复原复原功能后退。此外，OTC的降解效力战矿化率也患上到了后退。

由于下温下压反映反映，Fe战Co的氧化物纳米颗粒与氧化石朱烯散漫慎稀。氧化石朱烯薄片做为金属氧化物纳米颗粒的支架可能停止纳米颗粒的群散，并提供更多的催化活性位面。有利于改擅对于氧的吸拦阻催化转化，从而降降了MFC中可不美不雅的功率输入所需的消融氧需供。

图1 (A-B)低倍率战下倍率下FeCoO/GO的微不美不雅形貌;(C-G) FeCoO/GO的EDS战元素映射图

FeCoO/GO改性阳极MFC的最小大功率稀度为461.2 mW/m²，是CF阳极的4.5倍 (102.5 mW/m²)。极化直线的线性部份可能反映反映内阻，FeCoO/GO 具备最小的内阻（220.5 mΩ m²），而 M-CF 为 355.8 mΩ m²。FeCoO/GO催化剂较下的电子传递效力可降降电阻。正在不开系统中阳极电位的修正相似，而正在 FeCoO/GO 改性 MFC 中收现赫然更下的阳极电位，批注产电功能赫然赫然后退。

图2 MFC的产电功能:(A)功率稀度战极化直线;(B)不开电流稀度下阳极战阳极电位的修正

低曝气速率下的下ORR速率同时后退了产电效力战OTC降解效力，而下曝气速率同时降降了产电量战OTC降解率，申明进一步后退曝气速率会影响氧正在电极概况的吸拦阻反映反映，导致输入电压降降。此外，ORR效力的后退有利于H₂O₂的产去世，事实了狭窄进Fenton反映反映降解OTC。当曝气速率为100mL/min时，M-CF的降解效力最下抵达60.57%。M-FeCoO/GO正在曝气速率为50 mL/min时OTC降解效力最下(80.34%)，是M-CF的1.33倍。M-FeCoO/GO可能正在低流速下患上到上涨解率的OTC，正在经暂处置历程中具备老本效益。

图3 (A-B)CF阳极战FeCoO/GO阳极正在电解液中露有20 mg/L OTC时，不开曝宇量下的输入电压;(C-D)CF阳极战FeCoO/GO阳极正在不开曝宇量下对于20 mg/LOTC的降解效力

值患上看重的是，单金属的功能不如单金属。那是由于Fe³⁺与Co²⁺相互转化，最小大限度天操做H₂O₂，增长芬顿反映反映的妨碍组成羟基逍遥基战OTC矿化，展现出卓越的协同效应。单金属活性位面的删减宽慰了·OH的天去世，削减了逍遥基的迁移距离，赫然减速了OTC的挨算破损。OTC正在M-FeCoO/GO中被·OH氧化，同时停止了H₂O₂对于FeCoO/GO的侵蚀战危害。

图4 不开催化剂对于OTC的降解功能(OTC浓度为20 mg/L，曝气速率为50 mL/min)

UPLC-QTOF-MS证实，甲基、羟基战羰基逐渐被·OH破损并从OTC份子仄分足进来。降解主假如由于空气阳极中ORR战Fenton反映反映产去世的·OH的氧化熏染感动。凭证基团贡献实际，苯环上的位面会被·OH报复侵略而产去世甲基化战羟基化。脱水反映反映组成不饱战碳碳单键。事实下场，中间体被转移到小份子中，真现矿化。

图5 OTC的降解蹊径

本钻研证清晰明了FeCoO/GO改性空气阳极正在MFC中具备协同增强收电战降解矿化效力。FeCoO/GO劣秀的ORR催化活性使其具备较下的产电量(比M-CF下4.5倍)战OTC降解矿化效力(降解效力后退1.33倍，矿化效力后退2.63倍)。OTC正在M-FeCoO/GO中经由历程·OH氧化产去世脱羰、往甲基战环裂解等反映反映，部份中间体事实下场矿化。强化OTC降解战矿化不但患上益于单电子催化ORR效力的后退，借患上益于Fe、Co天去世·OH的Fenton催化效力的后退。

该论文第一做者为三年级硕士去世郑琳姗，专士后林小秋为共一，尾要钻研标的目的为纳米质料与微去世物燃料电池操做，师从李从举教授。

Linshan Zheng¹, Xiaoqiu Lin¹, Yuanfeng Liu, Huiyu Li, Yaxin Sun, Congju Li*. Synergistically enhanced oxygen reduction reaction and oxytetracycline mineralization by FeCoO/GO modified cathode in microbial fuel cell, Science of the Total Environment, DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.151873.

本文由做者投稿。

相关文章