十六烷基三甲基溴化銨摻雜的泡沫鎳催化電極的製備方法

2023-07-15 11:18:31 2

專利名稱：十六烷基三甲基溴化銨摻雜的泡沫鎳催化電極的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種泡沫鎳電極的製備方法，尤其涉及一種具有催化能力的以泡沫鎳 為基體的十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)摻雜的催化電極的製備方法，主要用於電化學還 原脫除水中的氯代有機物。
背景技術：
氯代有機物被廣泛用作木材的防腐劑、防鏽劑、除草劑、殺菌劑和造紙等工業中， 具有惡臭、異味和高度毒性，在亞洲、非洲和南美洲還用於血吸蟲病的防治，其中2，4-二氯 酚和2， 4， 5-三氯酚還大量用於農藥2， 4-D和2， 4， 5_T的生產，因此在許多工業化國家氯代 有機物的生產規模非常龐大。另外，在某些有機物存在時，在傳統的飲用水加氯處理中可產 生氯代有機物及其衍生物。氯代物具有較高的毒性和較強的"致癌、致畸、致突變"的作用， 具有良好的化學穩定性和熱穩定性，不易被分解或生物降解，且容易通過食物鏈在生物體 內富集，嚴重威脅著自然生態和人類健康。 氯代有機物的主要處理方法有生化法、物化法和氧化法等。生化法具有成本低的 優點，但由於氯代有機物毒性大，對微生物有很大影響，處理周期長。該法對較低濃度的含 氯廢水處理效果好，對含氯濃度較高、毒性較強的廢水的處理效率低。物化法主要包括吸附 法、混凝法、萃取法、膜處理技術等，採用物化方法處理氯代物的研究很少，由於物化處理多 數伴隨著汙染物的轉移過程，常造成新的汙染，需要後續處理過程以達到徹底降解。氧化法 可以使化合物的結構發生轉變，提高可生化性或直接氧化降解廢水中有機物。目前，在氧化 法的研究中，最有吸引力的處理技術是高級氧化方法。然而，高級氧化法應用的主要氧化劑 H202、03、C102等製造成本偏高，臭氧發生能耗高；光化學及催化氧化法處理受廢水性質的影 響，非均相光催化效率低，後續分離處理比較麻煩，中間產物可能有二次汙染；溼式氧化法， 超臨界水氧化法需要耐高溫，高壓設備，裝置造價貴，催化劑損耗很大，對低濃度大水量廢 水處理不經濟；聲化學氧化法能量利用率低，處理量小，費用高，處理效果無法令人滿意。因 此，針對氯代有機汙染物的特點，開發高效、低成本的處理方法和技術迫在眉睫。
電催化法用於氯代有機汙染物的處理可在電場作用下，有機物發生催化還原或氧 化反應，生成低毒或無毒的產物，而生成物可作為工業原料回收或通過生物法予以徹底無 害化。利用電催化法去除汙染物具有反應條件溫和、反應器簡單、設備及運行成本低、有毒 副產物少且與環境兼容等優點，而成為受汙染環境修復的機具應用前景的方法之一，被稱 為"環境友好型處理技術"。電極作為電化學方法的核心是影響處理效果的重要因素之一， 電極材料的好壞，直接影響著有機物降解效率的高低，傳統的電極具有使用壽命短，抗腐蝕 性差及價格昂貴等缺點，因此高效穩定的電催化電極的研究開發是電催化科學研究的重要 課題。

發明內容
本發明的目的在於解決現有技術中的問題，而提供一種催化活性和電流效率高，能耗低的十六烷基三甲基溴化銨摻雜的泡沫鎳催化電極的製備方法。 本發明所提供的十六烷基三甲基溴化銨摻雜的泡沫鎳催化電極的製備方法，包括 以下步驟 1)將氯化鈀(PdCl2)粉末溶於3mol/L鹽酸中，用去離子水稀釋得到20 25mmo1/ L的PdCl2溶液; 2)將泡沫鎳在0. 5mol/L硫酸中浸洗1 3min除表面物後，再將其依次在丙酮(除 油)和二次蒸餾水中分別超聲波震蕩10 15min清洗乾淨，烘乾備用；
3)將吡咯(Py)與0. 5mol/L的硫酸按體積比7 : 2493混合，再加入十六烷基三甲 基溴化銨(CTAB)得到混合溶液，混合溶液中十六烷基三甲基溴化銨的含量為0. 0003g/mL ;
4)以步驟2)中烘乾後的泡沫鎳為陽極，鉬片為陰極，以步驟3)中配製的溶液為電 解液，電沉積製得PPy-CTAB/泡沫鎳電極，沉積電流密度為0. 56mA/cm、沉積時間為3min ;
5)以步驟4)製得的PPy-CTAB/泡沫鎳電極為陰極，鉬片為陽極，以步驟l)配製 的PdC^溶液為電解液，電沉積製得十六烷基三甲基溴化銨摻雜的泡沫鎳催化電極(Pd/ PPy-CTAB/泡沫鎳電極)，沉積電流密度為0. 22-0. 79mA/cm2，沉積時間為25 50min。
其中，步驟5)中的優選電沉積條件為沉積電流密度為0. 34mA/cm2，沉積時間為 45min。 與現有技術相比較，本發明具有以下有益效果 1)本發明採用具有分散能力的陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨，製備 十六烷基三甲基溴化銨摻雜的催化電極。十六烷基三甲基溴化銨的引入改變了吡咯在電極 表面的沉積形貌，進而改變Pd在聚吡咯膜上的沉積形態，從而增加電極的比表面積，提高 其對氫原子的吸附能力。 2)本發明採用電化學沉積的方法製備Pd/PPy-CTAB/泡沫鎳電極，提高了電極的 催化性能，為其進一步推廣提供了可能。


圖1為實施例1、2、3所製備的電極的循環伏安曲線，其中a為實施例1的循環伏 安曲線，b為實施例2的循環伏安曲線，c為實施例3的循環伏安曲線.
圖2為實施例4和對比例所制的備電極的循環伏安曲線，其中a為實施例4的循 環伏安曲線，b為對比例的循環伏安曲線。 圖中，I為電流，E vs Hg/Hg2S04為相對於Hg/Hg2S04參比電極的電壓。
以下結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步說明。
具體實施例方式
具體實施例方式
實施例1 1)稱取PdCl2粉末溶於3mol/L HC1溶液中，加去離子水配製成20mmol/L的PdCl2 溶液； 2)將泡沫鎳在0. 5mol/L硫酸中浸洗3min除表面物後，依次在丙酮(除油)和二 次蒸餾水中分別超聲波震蕩15min清洗乾淨，烘乾備用；
4
3)將吡咯與0. 5mol/l的硫酸按體積比7 : 2493混合後，加入十六烷基三甲基溴 化銨得到混合溶液，混合溶液中十六烷基三甲基溴化銨的含量為0. 0003g/mL ;
4)以步驟2)中處理後的泡沫鎳為陽極，鉬片為陰極，以步驟3)中配製的溶液為電 解液，採用電沉積的方法製得PPy-CTAB/泡沫鎳電極，沉積電流密度為0. 56mA/cm2，沉積時 間為3min ; 5)以PPy-CTAB/泡沫鎳電極為陰極，鉑片為陽極，以步驟1)中配製的PdCl2溶液 為電解液，採用電沉積的方法在沉積電流密度為0. 22mA/cm2，沉積時間為25min時製得Pd/ PPy-CTAB/泡沫鎳電極。 將Pd/PPy-CTAB/泡沫鎳電極衝洗乾淨，置於0. 5mol/L H2S04溶液中，以鉑片為對 電極，以Hg/Hg2S04電極為參比電極進行循環伏安掃描。電位掃描範圍為_700mV 700mV， 掃描速度為50mV/s。所得循環伏安曲線見圖1中的a，在-600mV左右出現氫吸附峰，峰電 流值為-151. 2mA。
實施例2 1)稱取PdCl2粉末溶於3mol/L HC1溶液中，加去離子水配製成24. 5mmol/L的 PdCl2溶液; 2)將泡沫鎳在0. 5mol/L硫酸中浸洗2min除表面物後，依次在丙酮(除油)和二 次蒸餾水中分別超聲波震蕩10min清洗乾淨，烘乾備用； 3)將吡咯與O. 5mol/L的硫酸按體積比7 : 2493混合後，加入十六烷基三甲基溴 化銨得到混合溶液，混合溶液中十六烷基三甲基溴化銨的含量為0. 0003g/mL ;
4)以步驟2)中處理後的泡沫鎳為陽極，鉬片為陰極，以步驟3)中配製的溶液為電 解液，採用電沉積的方法製得PPy-CTAB/泡沫鎳電極，沉積電流密度為0. 56mA/cm2，沉積時 間為3min ; 5)以PPy-CTAB/泡沫鎳電極為陰極，鉑片為陽極，以步驟1)中配製的PdCl2溶液 為電解液，採用電沉積的方法在沉積電流密度為0. 34mA/ci^，沉積時間為45min時製得Pd/ PPy-CTAB/泡沫鎳電極。 將Pd/PPy-CTAB/泡沫鎳電極衝洗乾淨，置於0. 5mol/L H2S04溶液中，以鉑片為對 電極，以Hg/Hg2S04電極為參比電極進行循環伏安掃描。電位掃描範圍為_700mV 700mV， 掃描速度為50mV/s。所得循環伏安曲線見圖1中的b，在-600mV左右出現氫吸附峰，峰電 流值為-179. 3mA。
實施例3 1)稱取PdCl2粉末溶於3mol/L HC1溶液中，加去離子水配製成25mmol/L的PdCl2 溶液； 2)將泡沫鎳在0. 5mol/L硫酸中浸洗3min除表面物後，依次在丙酮(除油)和二 次蒸餾水中分別超聲波震蕩15min以清洗乾淨，烘乾備用； 3)將吡咯與O. 5mol/L的硫酸按體積比7 : 2493混合後，加入十六烷基三甲基溴 化銨得到混合溶液，混合溶液中十六烷基三甲基溴化銨的含量為0. 0003g/mL ;
4)以步驟2)中處理後的泡沫鎳為陽極，鉬片為陰極，以步驟3)中配製的溶液為電 解液，採用電沉積的方法製得PPy-CTAB/泡沫鎳電極，沉積電流密度為0. 56mA/cm2，沉積時 間為3min ;
5)以PPy-CTAB/泡沫鎳電極為陰極，鉑片為陽極，以步驟1)中配製的PdCl2溶液 為電解液，採用電沉積的方法在沉積電流密度為0. 34mA/cm2，沉積時間為50min時製得Pd/ PPy-CTAB/泡沫鎳電極。 將Pd/PPy-CTAB/泡沫鎳電極衝洗乾淨，置於0. 5mol/L H2S04溶液中，以鉑片為對 電極，以Hg/Hg2S04電極為參比電極進行循環伏安掃描。電位掃描範圍為_700mV 700mV， 掃描速度為50mV/s。所得循環伏安曲線見圖1中的c，在-600mV左右出現氫吸附峰，峰電 流值為-153. 9mA。
實施例4 1)稱取PdCl2粉末溶於3mol/L HC1溶液中，加去離子水配製成22. 5mmol/L的 PdCl2溶液; 2)將泡沫鎳在0. 5mol/L硫酸中浸洗2min除表面物後，依次分別在丙酮(除油) 和二次蒸餾水中超聲波震蕩10min清洗乾淨，烘乾備用； 3)將吡咯與O. 5mol/L的硫酸按體積比7 : 2493混合後，加入十六烷基三甲基溴 化銨得到混合溶液，混合溶液中十六烷基三甲基溴化銨的含量為0. 0003g/mL混合溶液；
4)以步驟2)中處理後的泡沫鎳為陽極，鉬片為陰極，以步驟3)中配製的溶液為電 解液，採用電沉積的方法製得PPy-CTAB/泡沫鎳電極，沉積電流密度為0. 56mA/cm2，沉積時 間為3min ; 5)以PPy-CTAB/泡沫鎳電極為陰極，鉑片為陽極，以步驟1)中配製的PdCl2溶液 為電解液，採用電沉積的方法在沉積電流密度為0. 79mA/cm2，沉積時間為35min時製得Pd/ PPy-CTAB/泡沫鎳電極。 將Pd/PPy-CTAB/泡沫鎳電極衝洗乾淨，置於0. 5mol/L H2S04溶液中，以鉑片為對 電極，以Hg/Hg2S04電極為參比電極進行循環伏安掃描。電位掃描範圍為_700mV 700mV， 掃描速度為50mV/s。所得循環伏安曲線見圖2中的a，在-600mV左右出現氫吸附峰，峰電 流值為-161. 4mA。
對比例 1)稱取PdCl2粉末溶於3mol/L HC1溶液中，加去離子水配製成22. 5mmol/L的 PdCl2溶液; 2)將泡沫鎳在0. 5mol/L硫酸中浸洗2min除表面物後，依次分別在丙酮(除油)
和二次蒸餾水中超聲波震蕩10min清洗乾淨，烘乾備用 3)將吡咯與0. 5mol/L的硫酸按體積比7 : 2493混合; 4)以步驟2)中處理後的泡沫鎳為陽極，鉬片為陰極，以步驟3)中配製的溶液為 電解液，採用電沉積的方法製得PPy/泡沫鎳電極，沉積電流密度為0. 56mA/cm2，沉積時間為 3min ; 5)以PPy/泡沫鎳電極為陰極，鉑片為陽極，以步驟l)中配製的PdCl2溶液為電解 液，採用電沉積的方法在沉積電流密度為0. 79mA/cm2，沉積時間為35min時製得Pd/PPy/泡 沫鎳電極。 將Pd/PPy/泡沫鎳電極衝洗乾淨，置於0. 5mol/LH2S04溶液中，以鉑片為對電極，以 Hg/Hg2S04電極為參比電極進行循環伏安掃描。電位掃描範圍為_700mV 700mV，掃描速 度為50mV/s。所得循環伏安曲線如圖2中的b，在-600mV左右出現的氫吸附峰，峰電流值
6為-104. 2mA。 實施例和對比例的結果比較表明，表面活性劑的引入增強了電極的催化活性，循 環伏安測試表明，Pd/PPy-CTAB/泡沫鎳電極擁有更大的氫吸附峰電流值，具有更好的脫氯 潛能。
權利要求
一種十六烷基三甲基溴化銨摻雜的泡沫鎳催化電極的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟1)將PdCl2粉末溶於3mol/L鹽酸中，用去離子水稀釋得20～25mmol/L的PdCl2溶液；2)將泡沫鎳在5mol/L硫酸中浸泡1～3min後，依次在丙酮和二次蒸餾水中分別超聲波震蕩10～15min，烘乾備用；3)將吡咯與0.5mol/L的硫酸按體積比7∶2493混合，再加入十六烷基三甲基溴化銨得到混合溶液，混合溶液中十六烷基三甲基溴化銨的含量為0.0003g/mL；4)以步驟2)中烘乾後的泡沫鎳為陽極，鉑片為陰極，以步驟3)中配製的溶液為電解液，電沉積製得PPy-CTAB/泡沫鎳電極，沉積電流密度為0.56mA/cm2，沉積時間為3min；5)以步驟4)製得的PPy-CTAB/泡沫鎳電極為陰極，鉑片為陽極，以步驟1)配製的PdCl2溶液為電解液，電沉積製得十六烷基三甲基溴化銨摻雜的泡沫鎳催化電極，沉積電流密度為0.22-0.79mA/cm2，沉積時間為25～50min。
2. 根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，步驟5)中所述的沉積電流密度為 0. 34mA/cm2，沉積時間為45min。
全文摘要
本發明公開了十六烷基三甲基溴化銨摻雜的泡沫鎳催化電極的製備方法屬於電化學水處理領域。通過以泡沫鎳為陽極，鉑片為陰極，以添加十六烷基三甲基溴化銨的吡咯與硫酸的混合溶液為電解液，電沉積製得PPy-CTAB/泡沫鎳電極，電流密度為0.56mA/cm2，時間為3min；再以PPy-CTAB/泡沫鎳為陰極，鉑片為陽極，以PdCl2溶液為電解液，電沉積製得十六烷基三甲基溴化銨摻雜的泡沫鎳催化電極，電流密度為0.22-0.79mA/cm2，時間為25～50min。本發明所製備的電極催化活性明顯提高，成本低、具有一定應用前景。
文檔編號C25B11/00GK101724856SQ20091024187
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月11日 優先權日2009年12月11日
發明者孫治榮, 彭永臻, 胡翔, 馬林 申請人:北京工業大學