一種基于石墨烯摻雜Nafion膜修飾的負(fù)載鈀催化劑電極的制備方法
【專利摘要】一種基于石墨烯摻雜Nafion膜修飾的負(fù)載鈀催化劑電極的制備方法，屬于電化學(xué)水處理技術(shù)領(lǐng)域。將石墨烯超聲分散于Nafion的異丙醇溶液中，超聲分散，制得均勻分散的Graphene?Nafion分散液，取該分散液均勻滴涂在鈦網(wǎng)上自然晾干，得到Graphene?Nafion/Ti電極；再以其為陰極，鉑片為陽極，以氯化鈀(PdCl2)溶液為電解液，電沉積制得基于石墨烯摻雜Nafion膜修飾的負(fù)載鈀催化劑電極Pd/Graphene?Nafion/Ti。本發(fā)明制備的電極與同條件下制備的無石墨烯修飾的Pd/Ti電極相比，具有更高的催化活性。
【專利說明】
一種基于石墨烯摻雜Naf i on膜修飾的負(fù)載鈀催化劑電極的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于電化學(xué)水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于石墨稀摻雜Naf 1n膜修飾的負(fù)載鈀催化劑電極的制備方法，主要用于水中氯代有機(jī)物的電化學(xué)還原脫氯。
【背景技術(shù)】
[0002]氯代有機(jī)物作為一種生產(chǎn)材料和中間產(chǎn)物在化工、醫(yī)藥、電子、制革等方面有著廣泛的應(yīng)用并被排放到環(huán)境中。然而，幾乎所有的氯代有機(jī)物都有毒性，其中很多化合物被認(rèn)為具有“致癌、致畸、致突變”效應(yīng)，而且其在環(huán)境中長(zhǎng)期殘留，很難除去，是一類典型的持久性有機(jī)污染物。因此，進(jìn)行水中氯代有機(jī)物去除的研究是十分必要的。目前氯代有機(jī)物的去除方法有吸附、高級(jí)氧化法、微生物降解法以及電化學(xué)法等。電化學(xué)技術(shù)作為一種環(huán)境友好技術(shù)，在環(huán)境治理特別是廢水中生物難降解有機(jī)物的去除方面有著良好的應(yīng)用前景。
[0003]電極是電化學(xué)方法的核心，電極材料的好壞直接影響著有機(jī)污染物的降解效果。鈀因?yàn)榫哂辛己玫幕钚詺鋬?chǔ)存能力從而促進(jìn)脫氯反應(yīng)，成為催化劑研究的重點(diǎn)。碳材料在催化領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。大量的研究結(jié)果表明，當(dāng)碳材料作為催化劑載體時(shí)，碳載體的結(jié)構(gòu)對(duì)催化劑的性能有著明顯的影響。隨著對(duì)石墨烯的研究的進(jìn)一步深入，發(fā)現(xiàn)其平面結(jié)構(gòu)的兩側(cè)均可以擔(dān)載貴金屬粒子，特別是石墨烯的高導(dǎo)電性和巨大的比表面積，使其特別適于作為催化劑載體，將催化劑粒子擔(dān)載在石墨烯的表面上可明顯降低催化反應(yīng)的過電勢(shì)，利于催化反應(yīng)的進(jìn)行。因此，石墨烯修飾的負(fù)載鈀催化劑電極進(jìn)行電催化還原脫氯是處置氯代有機(jī)污染物較為高效、低耗的方法。
[0004]本發(fā)明以Graphene-Naf1n作為中間層修飾，致力于制備出高效的電催化還原脫氯電極。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種制備簡(jiǎn)便、催化活性強(qiáng)的以鈦網(wǎng)為基質(zhì)的基于石墨稀摻雜Naf 1n膜修飾的負(fù)載鈀催化劑電極(Pd/Graphene-Naf1n/Ti)的制備方法。
[0006]上述Pd/Graphene-Naf 1n/Ti電極的制備方法與過程，包括以下步驟:
[0007](I)將鈦網(wǎng)依次置入碳酸鈉溶液(優(yōu)選濃度0.3mol/L)的中浸洗除油、在草酸溶液(優(yōu)選濃度0.lmol/L)中煮沸去除表面氧化物，然后用二次蒸餾水沖洗干凈，氮?dú)獯蹈蓚溆茫?br>[0008](2)取石墨烯分散于質(zhì)量濃度為0.05%?0.65%的Naf1n的異丙醇溶液中，石墨烯質(zhì)量濃度0.02%?0.1 % (優(yōu)選0.04% )，超聲分散，制得均勻分散的Graphene-Naf 1n分散液備用；
[0009](3)取氯化鈀粉末加入鹽酸中完全溶解，制得氯化鈀溶液備用，其中優(yōu)選采用每Ig氯化鈀對(duì)應(yīng)加入3mol/L的鹽酸溶液10ml并對(duì)應(yīng)加水稀釋得到4g/L的氯化鈀溶液；
[0010](4)取步驟(2)得到的分散液，均勻滴涂在步驟(I)處理過的鈦網(wǎng)上，水平靜置自然瞭干，制得Graphene-Naf 1n/Ti電極;其中優(yōu)選每8cm2鈦網(wǎng)對(duì)應(yīng)滴涂50-70yL步驟(2)的分散液；
[0011 ] (5)以步驟(4)制備的Graphene-Naf 1n/Ti電極為陰極，鈾片為陽極，以步驟⑶制備的氯化鈀溶液為電解液，恒電流沉積制得Pd/Graphene-Naf i on/T i電極;優(yōu)選電流密度為I.25?3.75mA/cm2，沉積時(shí)間為35?55min。
[0012]制備的基于石墨烯摻雜Naf1n膜修飾的負(fù)載鈀催化劑電極作為陰極，用于水中氯代有機(jī)物的電化學(xué)還原脫氯，具有優(yōu)異的性能。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0014]1、本發(fā)明以鈦網(wǎng)為基質(zhì)，利用其耐高低溫、耐強(qiáng)酸耐腐蝕、高強(qiáng)度等高穩(wěn)定性特點(diǎn)，有利于保持電極的穩(wěn)定性，為其實(shí)現(xiàn)對(duì)氯代有機(jī)物的電化學(xué)還原脫氯提供基礎(chǔ)。
[0015]2、本發(fā)明以石墨烯作為修飾，充分利用其高比表面積、高導(dǎo)電性和穩(wěn)定性的特性，提高了電極的比表面積，從而為鈀催化劑提供了更多的附著位點(diǎn)，有利于增強(qiáng)電極的催化活性。
[0016]3、本發(fā)明將石墨烯分散于有機(jī)溶劑(異丙醇)中，有利于石墨烯的均勻分散，同時(shí)加入Naf1n溶液，利用Naf 1n的快速成膜及其強(qiáng)附著力的特性，使石墨稀穩(wěn)定附著在鈦網(wǎng)基質(zhì)表面。
[0017]4、本發(fā)明采用滴涂法將石墨烯修飾于鈦網(wǎng)基質(zhì)表面，操作簡(jiǎn)單。
[0018]5、本發(fā)明采用滴涂和電化學(xué)沉積的方法制備Pd/Graphene-Naf 1n/Ti電極，具有較高的催化活性。
【附圖說明】
[0019]圖1為石墨烯附著在鈦網(wǎng)表面的掃描電鏡圖片。
[0020]圖2為鈀催化劑沉積在Graphene-Naf1n/Ti電極的掃描電鏡圖片(由球針狀結(jié)構(gòu)和球狀結(jié)構(gòu)組成的花球結(jié)構(gòu))。
[0021]圖3為實(shí)施例1、實(shí)施例2的Pd/Graphene-Naf 1n/Ti電極和對(duì)比例的Pd/Ti電極的循環(huán)伏安掃描曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面實(shí)施例和對(duì)比例將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。
[0023]實(shí)施例1:
[0024](I)將2cmX 2cm的鈦網(wǎng)依次置入0.3mol/L的碳酸鈉溶液中浸洗除油、在0.lmol/L的草酸溶液中煮沸保持30min去除表面氧化物，然后用二次蒸餾水沖洗干凈，氮?dú)獯蹈蓚溆茫?br>[0025](2)取石墨烯分散于質(zhì)量濃度為0.2%的Naf1n的異丙醇溶液中，石墨烯質(zhì)量濃度0.04% ,超聲分散30min，制得均勾分散的Graphene-Naf 1n分散液備用；
[0026](3)采用每Ig氯化鈀對(duì)應(yīng)加入3mol/L的鹽酸溶液10ml并對(duì)應(yīng)加水稀釋得到4g/L的氯化鈀溶液；
[0027](4)取60yL步驟(2)得到的分散液，均勻滴涂在步驟(I)處理過的鈦網(wǎng)上，水平靜置自然瞭干，制得Graphene-Naf 1n/Ti電極。由圖1可見，石墨稀附著在了電極表面；
[0028](5)以步驟(4)制備的Graphene-Naf 1n/Ti電極為陰極，鈾片為陽極，以步驟(3)制備的氯化鈀溶液為電解液，恒電流沉積電流密度為2.5mA/cm2，沉積時(shí)間為45min，制得Pd/Graphene-Naf 1n/Ti電極。由圖2可見，鈀沉積到了電極表面；
[0029](6)以步驟(5)得到的Pd/Graphene-Naf 1n/Ti電極為工作電極，Pt片為對(duì)電極，Hg/Hg2S04為參比電極，在0.5mol/U^H2S04溶液中進(jìn)行循環(huán)伏安掃描，掃描速度為50mV/min，掃描范圍為-700mV?700mV。
[0030]實(shí)施例2:
[0031 ] (I)將2cmX 2cm的鈦網(wǎng)依次置入0.3mol/L的碳酸鈉溶液中浸洗除油、在0.lmol/L的草酸溶液中煮沸保持30min去除表面氧化物，然后用二次蒸餾水沖洗干凈，氮?dú)獯蹈蓚溆茫?br>[0032](2)取石墨烯分散于質(zhì)量濃度為0.2%的Naf1n的異丙醇溶液中，石墨烯質(zhì)量濃度0.06% ,超聲分散30min，制得均勾分散的Graphene-Naf 1n分散液備用；
[0033](3)采用每Ig氯化鈀對(duì)應(yīng)加入3mol/L的鹽酸溶液10ml并對(duì)應(yīng)加水稀釋得到4g/L的氯化鈀溶液；
[0034](4)取60yL步驟(2)得到的分散液，均勻滴涂在步驟(I)處理過的鈦網(wǎng)上，水平靜置自然瞭干，制得Graphene-Naf 1n/Ti電極；
[0035](5)以步驟(4)制備的Graphene-Naf 1n/Ti電極為陰極，鈾片為陽極，以步驟(3)制備的氯化鈀溶液為電解液，恒電流沉積電流密度為3.125mA/cm2，沉積時(shí)間為45min，制得Pd/Graphene-Naf 1n/Ti 電極。
[0036](6)以步驟(5)得到的Pd/Graphene-Naf 1n/Ti電極為工作電極，Pt片為對(duì)電極，Hg/Hg2S04為參比電極，在0.5mol/U^H2S04溶液中進(jìn)行循環(huán)伏安掃描，掃描速度為50mV/min，掃描范圍為-700mV?700mV。
[0037]對(duì)比例:
[0038](I)將2cmX 2cm的鈦網(wǎng)依次置入0.3mol/L的碳酸鈉溶液中浸洗除油、在0.lmol/L的草酸溶液中煮沸保持30min去除表面氧化物，然后用二次蒸餾水沖洗干凈，氮?dú)獯蹈蓚溆茫?br>[0039](2)采用每Ig氯化鈀對(duì)應(yīng)加入3mol/L的鹽酸溶液100ml并對(duì)應(yīng)加水稀釋得到4g/L的氯化鈀溶液；
[0040](3)以步驟(I)制備的鈦網(wǎng)為陰極，鉑片為陽極，以步驟(2)制備的氯化鈀溶液為電解液，恒電流沉積電流密度為3.125mA/cm2，沉積時(shí)間為45min，制得Pd/Ti電極。
[0041 ] (6)以步驟(5)得到的Pd/Ti電極為工作電極，Pt片為對(duì)電極，Hg/Hg2S04為參比電極，在0.5mol/I^H2S04溶液中進(jìn)行循環(huán)伏安掃描，掃描速度為50mV/min，掃描范圍為_700mV?700mV。由圖3可見，實(shí)施例1和實(shí)施例2與對(duì)比例相比都具有更高的峰電流值，電極性能較尚O
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于石墨稀摻雜Naf 1n膜修飾的負(fù)載鈀催化劑電極的制備方法，包括以下步驟: (1)將鈦網(wǎng)依次置入碳酸鈉溶液中浸洗除油、在草酸溶液中煮沸去除表面氧化物，然后用二次蒸餾水沖洗干凈，氮?dú)獯蹈蓚溆茫? (2)取石墨稀(Graphene)分散于質(zhì)量濃度為0.05%?0.65%的Naf 1n的異丙醇溶液中，石墨稀質(zhì)量濃度0.02%?0.1%，超聲分散，制得均勾分散的Graphene-Naf1n分散液備用； (3)取氯化鈀粉末加入鹽酸中完全溶解，制得氯化鈀溶液備用； (4)取步驟(2)得到的分散液，均勻滴涂在步驟(I)處理過的鈦網(wǎng)上，水平靜置自然晾干，制得 Graphene-Naf 1n/Ti 電極； (5)以步驟(4)制備的Graphene-Naf1n/Ti電極為陰極，鈾片為陽極，以步驟⑶制備的氯化鈀溶液為電解液，恒電流沉積制得Pd/Graphene-Naf i on/T i電極。2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中石墨烯質(zhì)量濃度為0.04%。3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，氯化鈀溶液的制備:采用每Ig氯化鈀對(duì)應(yīng)加入3mol/L的鹽酸溶液10ml并對(duì)應(yīng)加水稀釋得到4g/L的氯化鈀溶液。4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(4)每8cm2鈦網(wǎng)對(duì)應(yīng)滴涂50-70yL步驟(2)的分散液。5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(5)電流密度為1.25?3.75mA/cm2，沉積時(shí)間為35?55min。6.按照權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的方法制備得到的基于石墨稀摻雜Naf i on膜修飾的負(fù)載鈀催化劑電極。7.按照權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的方法制備得到的基于石墨稀摻雜Naf i on膜修飾的負(fù)載鈀催化劑電極作為陰極，用于水中氯代有機(jī)物的電化學(xué)還原脫氯的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】C02F101/36GK105905993SQ201610416149
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年6月14日
【發(fā)明人】孫治榮, 張進(jìn)偉
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué)