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制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種泡沫鎳電極的制備方法，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)摻雜的催化電極的制備方法，主要用于電化學(xué)還 原脫除水中的氯代有機物。
背景技術(shù)：
氯代有機物被廣泛用作木材的防腐劑、防銹劑、除草劑、殺菌劑和造紙等工業(yè)中， 具有惡臭、異味和高度毒性，在亞洲、非洲和南美洲還用于血吸蟲病的防治，其中2，4-二氯 酚和2， 4， 5-三氯酚還大量用于農(nóng)藥2， 4-D和2， 4， 5_T的生產(chǎn)，因此在許多工業(yè)化國家氯代 有機物的生產(chǎn)規(guī)模非常龐大。另外，在某些有機物存在時，在傳統(tǒng)的飲用水加氯處理中可產(chǎn) 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(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)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(nèi)富集，嚴重威脅著自然生態(tài)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(yōu)點，但由于氯代有機物毒性大，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(shù)等，采用物化方法處理氯代物的研究很少，由于物化處理多 數(shù)伴隨著污染物的轉(zhuǎn)移過程，常造成新的污染，需要后續(xù)處理過程以達到徹底降解。氧化法 可以使化合物的結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)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(shù)是高級氧化方法。然而，高級氧化法應(yīng)用的主要氧化劑 H202、03、C102等制造成本偏高，臭氧發(fā)生能耗高；光化學(xué)及催化氧化法處理受廢水性質(zhì)的影 響，非均相光催化效率低，后續(xù)分離處理比較麻煩，中間產(chǎn)物可能有二次污染；濕式氧化法， 超臨界水氧化法需要耐高溫，高壓設(shè)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(jīng)濟；聲化學(xué)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，針對氯代有機污染物的特點，開發(fā)高效、低成本的處理方法和技術(shù)迫在眉睫。
電催化法用于氯代有機污染物的處理可在電場作用下，有機物發(fā)生催化還原或氧 化反應(yīng)，生成低毒或無毒的產(chǎn)物，而生成物可作為工業(yè)原料回收或通過生物法予以徹底無 害化。利用電催化法去除污染物具有反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)器簡單、設(shè)備及運行成本低、有毒 副產(chǎn)物少且與環(huán)境兼容等優(yōu)點，而成為受污染環(huán)境修復(fù)的機具應(yīng)用前景的方法之一，被稱 為"環(huán)境友好型處理技術(shù)"。電極作為電化學(xué)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(tǒng)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(wěn)定的電催化電極的研究開發(fā)是電催化科學(xué)研究的重要 課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)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制備方法。 本發(fā)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制備方法，包括 以下步驟 1)將氯化鈀(PdCl2)粉末溶于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除表面物后，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清洗干凈，烘干備用；
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)中烘干后的泡沫鎳為陽極，鉬片為陰極，以步驟3)中配制的溶液為電 解液，電沉積制得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)制得的PPy-CTAB/泡沫鎳電極為陰極，鉬片為陽極，以步驟l)配制 的PdC^溶液為電解液，電沉積制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(yōu)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(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下有益效果 1)本發(fā)明采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，制備 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(tài)，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(fā)明采用電化學(xué)沉積的方法制備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所制備的電極的循環(huán)伏安曲線，其中a為實施例1的循環(huán)伏 安曲線，b為實施例2的循環(huán)伏安曲線，c為實施例3的循環(huán)伏安曲線.
圖2為實施例4和對比例所制的備電極的循環(huán)伏安曲線，其中a為實施例4的循 環(huán)伏安曲線，b為對比例的循環(huán)伏安曲線。 圖中，I為電流，E vs Hg/Hg2S04為相對于Hg/Hg2S04參比電極的電壓。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)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粉末溶于3mol/L HC1溶液中，加去離子水配制成20mmol/L的PdCl2 溶液； 2)將泡沫鎳在0. 5mol/L硫酸中浸洗3min除表面物后，依次在丙酮(除油)和二 次蒸餾水中分別超聲波震蕩15min清洗干凈，烘干備用；
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3)將吡咯與0. 5mol/l的硫酸按體積比7 : 2493混合后，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)中處理后的泡沫鎳為陽極，鉬片為陰極，以步驟3)中配制的溶液為電 解液，采用電沉積的方法制得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)中配制的PdCl2溶液 為電解液，采用電沉積的方法在沉積電流密度為0. 22mA/cm2，沉積時間為25min時制得Pd/ PPy-CTAB/泡沫鎳電極。 將Pd/PPy-CTAB/泡沫鎳電極沖洗干凈，置于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(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中的a，在-600mV左右出現(xiàn)氫吸附峰，峰電 流值為-151. 2mA。
實施例2 1)稱取PdCl2粉末溶于3mol/L HC1溶液中，加去離子水配制成24. 5mmol/L的 PdCl2溶液; 2)將泡沫鎳在0. 5mol/L硫酸中浸洗2min除表面物后，依次在丙酮(除油)和二 次蒸餾水中分別超聲波震蕩10min清洗干凈，烘干備用； 3)將吡咯與O. 5mol/L的硫酸按體積比7 : 2493混合后，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)中處理后的泡沫鎳為陽極，鉬片為陰極，以步驟3)中配制的溶液為電 解液，采用電沉積的方法制得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)中配制的PdCl2溶液 為電解液，采用電沉積的方法在沉積電流密度為0. 34mA/ci^，沉積時間為45min時制得Pd/ PPy-CTAB/泡沫鎳電極。 將Pd/PPy-CTAB/泡沫鎳電極沖洗干凈，置于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(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中的b，在-600mV左右出現(xiàn)氫吸附峰，峰電 流值為-179. 3mA。
實施例3 1)稱取PdCl2粉末溶于3mol/L HC1溶液中，加去離子水配制成25mmol/L的PdCl2 溶液； 2)將泡沫鎳在0. 5mol/L硫酸中浸洗3min除表面物后，依次在丙酮(除油)和二 次蒸餾水中分別超聲波震蕩15min以清洗干凈，烘干備用； 3)將吡咯與O. 5mol/L的硫酸按體積比7 : 2493混合后，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)中處理后的泡沫鎳為陽極，鉬片為陰極，以步驟3)中配制的溶液為電 解液，采用電沉積的方法制得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)中配制的PdCl2溶液 為電解液，采用電沉積的方法在沉積電流密度為0. 34mA/cm2，沉積時間為50min時制得Pd/ PPy-CTAB/泡沫鎳電極。 將Pd/PPy-CTAB/泡沫鎳電極沖洗干凈，置于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(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中的c，在-600mV左右出現(xiàn)氫吸附峰，峰電 流值為-153. 9mA。
實施例4 1)稱取PdCl2粉末溶于3mol/L HC1溶液中，加去離子水配制成22. 5mmol/L的 PdCl2溶液; 2)將泡沫鎳在0. 5mol/L硫酸中浸洗2min除表面物后，依次分別在丙酮(除油) 和二次蒸餾水中超聲波震蕩10min清洗干凈，烘干備用； 3)將吡咯與O. 5mol/L的硫酸按體積比7 : 2493混合后，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)中處理后的泡沫鎳為陽極，鉬片為陰極，以步驟3)中配制的溶液為電 解液，采用電沉積的方法制得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)中配制的PdCl2溶液 為電解液，采用電沉積的方法在沉積電流密度為0. 79mA/cm2，沉積時間為35min時制得Pd/ PPy-CTAB/泡沫鎳電極。 將Pd/PPy-CTAB/泡沫鎳電極沖洗干凈，置于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(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2中的a，在-600mV左右出現(xiàn)氫吸附峰，峰電 流值為-161. 4mA。
對比例 1)稱取PdCl2粉末溶于3mol/L HC1溶液中，加去離子水配制成22. 5mmol/L的 PdCl2溶液; 2)將泡沫鎳在0. 5mol/L硫酸中浸洗2min除表面物后，依次分別在丙酮(除油)
和二次蒸餾水中超聲波震蕩10min清洗干凈，烘干備用 3)將吡咯與0. 5mol/L的硫酸按體積比7 : 2493混合; 4)以步驟2)中處理后的泡沫鎳為陽極，鉬片為陰極，以步驟3)中配制的溶液為 電解液，采用電沉積的方法制得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)中配制的PdCl2溶液為電解 液，采用電沉積的方法在沉積電流密度為0. 79mA/cm2，沉積時間為35min時制得Pd/PPy/泡 沫鎳電極。 將Pd/PPy/泡沫鎳電極沖洗干凈，置于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(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)伏安曲線如圖2中的b，在-600mV左右出現(xiàn)的氫吸附峰，峰電流值
6為-104. 2mA。 實施例和對比例的結(jié)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(huán)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(quán)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制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)將PdCl2粉末溶于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后，依次在丙酮和二次蒸餾水中分別超聲波震蕩10～15min，烘干備用；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)中烘干后的泡沫鎳為陽極，鉑片為陰極，以步驟3)中配制的溶液為電解液，電沉積制得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)制得的PPy-CTAB/泡沫鎳電極為陰極，鉑片為陽極，以步驟1)配制的PdCl2溶液為電解液，電沉積制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(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，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(fā)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制備方法屬于電化學(xué)水處理領(lǐng)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，電沉積制得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，電沉積制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(fā)明所制備的電極催化活性明顯提高，成本低、具有一定應(yīng)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(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者孫治榮, 彭永臻, 胡翔, 馬林 申請人:北京工業(yè)大學(xué)