專利名稱:Pd-Ni-聚吡咯修飾玻碳催化電極的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種具有催化能力的以聚吡咯修飾的玻碳為載體的Pd-Ni雙 金屬催化電極的制備方法,主要用于電化學(xué)還原脫除水中的氯代有機(jī)物,屬 于電化學(xué)水處理的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
氯代有機(jī)化合物是一類難降解性有機(jī)化合物,具有極大的危害性,它們的 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,揮發(fā)性小,半衰期長,易在生物及食物鏈中累積,不僅對水源水 造成嚴(yán)重污染,還會對人類健康造成極大危害,許多氯代有機(jī)物被認(rèn)為具有 "致癌、致畸、致突變"效應(yīng)。因此,研究水中氯代有機(jī)物去除方法是十分 必要的。就目前而言,氯代有機(jī)物的去除方法有吸附法,生物降解法,F(xiàn)enton 試劑法,濕式氧化法,臭氧氧化法,膜分離技術(shù),零價(jià)金屬及雙金屬催化體 系還原脫氯技術(shù)以及電化學(xué)技術(shù)等。氯代有機(jī)物的電化學(xué)處理是指在導(dǎo)電介 質(zhì)存在時(shí),通過電化學(xué)反應(yīng)而除去污水中污染物的方法。近年來所報(bào)道的電 催化加氫脫氯電極制備的研究中,鈀因?yàn)榫哂袃?yōu)異的活性氫貯存能力,能夠保 證活性氫連續(xù)與被吸附的氯代有機(jī)分子接觸而成為催化劑研究的重點(diǎn)。電化 學(xué)還原脫氯的關(guān)鍵技術(shù)之一在于電極,近年來先后有關(guān)于Pd/活性炭纖維 (Pd/ACF)電極,Pd/玻碳(Pd/GC)電極,Pd/Ni電極,Pd/Ti電極等單金屬直 接沉積于基材上的電極研究,但因其在處理低濃度氯代有機(jī)物時(shí)電流效率低, 能耗及成本高,基材對鈀的沉積表面積相對較小等原因并沒有得到廣泛的推 廣,高效修飾電極的研究仍在繼續(xù)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在提供一種具有催化能力的Pd-Ni-聚吡咯修飾玻碳催化電極的 制備方法,主要用于電化學(xué)還原脫除水中的氯代有機(jī)物。本發(fā)明所說的Pd-Ni-聚吡咯修飾玻碳催化電極的制備方法,其步驟如下1、 氯化鈀(PdCl2)溶液的配制將PdCl2粉末溶于鹽酸中,用去離子水 稀釋得22.5mmol/L PdCl2溶液。2、 混合液的配制將NiS(V7H20晶體和NH4Cl粉末溶于步驟1所配制 的PdCl2溶液中,加入去離子水配制成3mmol/LPdCl2 +8.5mmol/L NiS04'7H20 + 0.2mol/L NH4Cl的混合溶液,用氨水調(diào)節(jié)pH至7.0。3、 玻碳(GC)先用氧化鋁粉末打磨至表面光潔,然后分別在硫酸(除表面物)、丙酮(除油)、二次蒸餾水中超聲波震蕩10 15分鐘以清洗干凈, 烘干備用;吡咯蒸餾備用。4、 PPy/GC電極的制備以上述的玻碳為陽極,鉑片為陰極,lml上述的 吡咯加入10ml0.5mol/L的硫酸中,稀釋至100ml制成鍍液,采用電沉積的方 法制得PPy/GC電極,沉積電流密度為1.3mA'cm—2,沉積時(shí)間為20min。5、 以步驟4制得的電極為陰極,鉑片為陽極,采用電沉積的方法在步驟 2所配制的混合溶液中進(jìn)行Pd-Ni雙金屬的共沉積,沉積電流密度為 15mA'cm'2,沉積時(shí)間為30min。鈀在基載材料上沉積的分散程度越均勻、粒徑越小、沉積表面積越大, 越有利于氫的吸附并發(fā)生析氫反應(yīng)。該發(fā)明將吡咯均勻的聚合到玻碳上,形 成一層致密的聚吡咯膜,聚吡咯的沉積不僅增大了玻碳的有效表面積,而且 對金屬顆粒的電子效應(yīng)產(chǎn)生了影響,改變了其化學(xué)吸附和催化性能。同時(shí)該 發(fā)明選擇另一種具有中等吸附氫原子能力且價(jià)格低廉的金屬鎳來制備雙金屬 催化電極,鎳的加入一方面降低了催化劑的成本,另一方面,因?yàn)殒嚨募尤耄?催化劑中Pd晶體的缺陷增多,從而增加鈀顆粒表面積,提高其對氫原子的吸 附能力。采用電化學(xué)共沉積的方法制備Pd-Ni/PPy/GC電極,不僅提高了電極 的催化性能,也降低了電極的制備成本,為其進(jìn)一步推廣提供了可能。
圖1為實(shí)施例與對比例所制備電極的循環(huán)伏安曲線。 圖2為實(shí)施例所制備的Pd-Ni/PPy/GC電極在不同放大倍數(shù)下的掃描電鏡 圖。((A)為5,000倍,(B)為10,000倍)圖3為對比例所制備電極Pd/GC電極在不同放大倍數(shù)下的掃描電鏡圖。 ((A)為5,000倍,(B)為10,000倍)具體實(shí)施方式
下面實(shí)施例將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。實(shí)施例氯化鈀(PdCl2)溶液的配制將PdCl2粉末溶于鹽酸中,用去離子水稀釋制得22.5mmol/L PdCl2溶液。混合液的配制將NiS(V7H20晶體和NH4C1粉末溶于步驟1所配制的 PdCl2溶液中,加入去離子水配制成3mmol/LPdCl2 +8.5mmol/L NiS04'7H20 + 0.2mol/L NH4C1的混合溶液,用氨水調(diào)節(jié)pH至7.0。玻碳(GC)先用氧化鋁粉末打磨至表面光潔,然后分別在硫酸(除表面 物)、丙酮(除油)、二次蒸餾水中超聲波震蕩10分鐘以清洗干凈,烘干備用;吡咯蒸餾備用。取lmL上述的吡咯加入10mL0.5mol/L的硫酸中,用去離子水稀釋至 100mL作鍍液,以上述的玻碳為陽極,鉑片為陰極,采用電沉積的方法在沉 積電流密度為1.3mA'cnf2,沉積時(shí)間為20 min的條件下,制得PPy/GC電極。以上述制得的PPy/GC電極為陰極,鉑片為陽極,采用電沉積的方法在已 調(diào)好pH的3mmol/LPdCl2 +8.5mmol/L NiS04.7H20 + 0.2mol/L NH4Cl的混合溶 液中進(jìn)行Pd-Ni的共沉積,沉積電流密度為15mA《m'2,沉積時(shí)間為30min, 制得Pd-Ni /PPy/GC電極。將此沉積完畢的Pd-Ni /PPy/GC電極沖洗干凈,置于0.5mol/LH2SO4溶液 中,以鉑片為對電極,以Hg/HgS04電極為參比電極進(jìn)行循環(huán)伏安掃描。電位 掃描范圍為-700mV 700mV,掃描速度為50mV/s。所得循環(huán)伏安曲線見圖1 中曲線l,在-500mV左右出現(xiàn)明顯的氫吸附峰,峰值為-30.13mA。并將此沉積完畢的電極進(jìn)行電鏡掃描測試,測試結(jié)果如圖2所示。對比例氯化鈀(PdCl2)溶液的配制將PdCl2粉末溶于鹽酸中,用去 離子水稀釋制得22.5mmol/L PdCV溶液。玻碳(GC)先用氧化鋁粉末打磨至表面光潔,然后分別在硫酸(除表面 物)、丙酮(除油)、二次蒸餾水中超聲波震蕩10分鐘以清洗干凈,烘干備 用。以上述的玻碳為陰極,鉑片為陽極,采用電沉積的方法在22.5mmol/L PdCV溶液中進(jìn)行電沉積,沉積電流密度為15mA,cm'2,沉積時(shí)間為30min, 制得Pd/GC電極。將此沉積完畢的Pd/GC電極沖洗干凈,置于0.5mol/LH2SO4溶液中,以 鉑片為對電極,以Hg/HgS04電極為參比電極進(jìn)行循環(huán)伏安掃描。電位掃描范 圍為-700mV 700mV,掃描速度為50mV/s。所得循環(huán)伏安曲線見圖1中曲線 2,在-500mV左右出現(xiàn)明顯的氫吸附峰,峰值為-16.51mA。實(shí)施例與對比例的電鏡掃描圖表明聚吡咯使鈀、鎳顆粒更小、分散程度 增加,有更大的比表面積,獲得了低負(fù)載高比表面積體系的電極;實(shí)施例與 對比例的比較表明在混合液Pd"濃度較低的情況下,Pd-Ni/PPy/GC電極的循 環(huán)伏安曲線得到了更大的氫吸附峰值。
權(quán)利要求
1、Pd-Ni-聚吡咯修飾玻碳催化電極的制備方法,其特征在于,步驟如下1)、氯化鈀溶液的配制將PdCl2粉末溶于鹽酸中,用去離子水稀釋得22.5mmol/L PdCl2溶液;2)、混合液的配制將NiSO4·7H2O晶體和NH4Cl粉末溶于步驟1)所配制的PdCl2溶液中,加入去離子水配制成3mmol/LPdCl2+8.5mmol/LNiSO4·7H2O+0.2mol/L NH4Cl的混合溶液,用氨水調(diào)節(jié)pH至7.0;3)、玻碳先用氧化鋁粉末打磨至表面光潔,然后分別在硫酸、丙酮、二次蒸餾水中超聲波震蕩10分鐘以清洗干凈,烘干備用;吡咯蒸餾備用;4)、PPy/GC電極的制備以上述的玻碳為陽極,鉑片為陰極,上述的吡咯加入十倍體積的0.5mol/L硫酸中,用去離子水稀釋十倍作為鍍液,電沉積制得PPy/GC電極,電流密度為1.3mA·cm-2,沉積時(shí)間為20min;5)、以上述制得的PPy/GC電極為陰極,鉑片為陽極,采用電沉積的方法在步驟2)所配制的混合液中進(jìn)行Pd-Ni的共沉積,沉積電流密度為15mA·cm-2,沉積時(shí)間為30min,制得Pd-Ni/PPy/GC。
全文摘要
Pd-Ni-聚吡咯修飾玻碳催化電極的制備方法屬于電化學(xué)領(lǐng)域,尤其是一種適用于電化學(xué)還原脫除水中氯代有機(jī)物的新型催化電極的制備方法。針對目前電化學(xué)催化電極制作成本較高、基材比表面積小等問題,引入廉價(jià)金屬鎳和吡咯。將NiSO<sub>4</sub>·7H<sub>2</sub>O晶體和NH<sub>4</sub>Cl粉末溶于PdCl<sub>2</sub>溶液中,加去離子水配成3mmol/LPdCl<sub>2</sub>+8.5mmol/L NiSO<sub>4</sub>·7H<sub>2</sub>O+0.2mol/L NH<sub>4</sub>Cl混合溶液,氨水調(diào)pH至7.0。吡咯與硫酸配成鍍液,玻碳為陽極,鉑片為陰極,電沉積制得PPy/GC電極,沉積電流密度1.3mA·cm<sup>-2</sup>,時(shí)間20min。以PPy/GC電極為陰極,鉑片為陽極,在混合溶液中進(jìn)行Pd-Ni的共沉積,沉積電流密度15mA·cm<sup>-2</sup>,時(shí)間30min。所制Pd-Ni/PPy/GC電極進(jìn)行循環(huán)伏安掃描和電鏡測試。結(jié)果表明,得到了低負(fù)載高比表面積體系,在成本較低情況下具有更高的催化活性,具有一定應(yīng)用前景。
文檔編號C25B11/00GK101240427SQ20071017797
公開日2008年8月13日 申請日期2007年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月23日
發(fā)明者孫治榮, 李保華, 翔 胡, 慧 葛 申請人:北京工業(yè)大學(xué)