CN101293685B - 十二烷基磺酸钠掺杂的泡沫镍催化电极的制备方法 - Google Patents

十二烷基磺酸钠掺杂的泡沫镍催化电极的制备方法 Download PDF

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Abstract

十二烷基磺酸钠掺杂的泡沫镍催化电极的制备方法属于电化学水处理领域。现有电化学还原脱氯电极存在催化活性不高等问题。本发明通过以泡沫镍为阳极，铂片为阴极，以添加十二烷基磺酸钠的吡咯与硫酸的混合溶液为电解液，电沉积制得Ppy-SLS/泡沫镍电极，电流密度为0.56mA/cm2，时间为3min；再以PPy-SLS/泡沫镍为阴极，铂片为阳极，以PdCl2溶液为电解液，电沉积制得十二烷基磺酸钠掺杂的泡沫镍催化电极，电流密度为0.56～1.24mA/cm2，时间为25～45min。本发明所制备的电极催化活性明显提高，成本低、具有一定应用前景。

Description

十二烷基磺酸钠掺杂的泡沫镍催化电极的制备方法
技术领域
本发明属于电化学水处理领域，具体涉及一种具有催化能力的以泡沫镍为基体的十二烷基磺酸钠(SLS)掺杂的催化电极的制备方法，主要用于电化学还原脱除水中的氯代有机物。
背景技术
工业合成的众多有机物中，氯代化合物因其重要的商业价值而被大量生产使用，主要作为溶剂、农药和各种油料等。随着大量氯代有机物通过各种途径进入到环境中，人们逐渐认识到这类化合物对生态环境和人体健康的危害，许多氯代有机物被认为具有“致癌、致畸、致突变”效应。因此，对水中氯代有机物去除方法进行研究是十分必要的。就目前而言，氯代有机物的去除方法有焚烧法、生物降解法、吸附法、Fenton试剂法、湿式氧化法、碱金属还原法以及电化学技术等。氯代有机物的电化学处理是指其在电极的作用下，通过电化学反应从污水中除去的方法。近年来所报道的电催化加氢脱氯电极制备的研究中，钯因为具有优异的活性氢贮存能力，能够保证活性氢连续与被吸附的氯代有机分子接触而成为催化剂研究的重点。电化学还原脱氯的关键技术之一在于电极，近年来先后报道了有关于Pd/活性炭纤维(Pd/ACF)电极、Pd/GC电极、Pd/Ti电极，Pd/Ni电极等单金属直接沉积于基材上的电极的研究，但因其催化活性一般，在处理低浓度氯代有机物时电流效率低、能耗较高等原因并没有得到广泛的推广，高效修饰电极的研究仍在继续。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的问题，而提供一种催化活性和电流效率高，能耗低的十二烷基磺酸钠掺杂的泡沫镍催化电极的制备方法。
本发明所提供的十二烷基磺酸钠掺杂的泡沫镍催化电极的制备方法，包括以下步骤：
1)将氯化钯(PdCl2)粉末溶于盐酸中，用去离子水稀释得到20～25mmol/l的PdCl2溶液；
2)将泡沫镍在硫酸中浸洗1～3min除表面物后，再将其依次在丙酮(除油)和二次蒸馏水中分别超声波震荡10～15min清洗干净，烘干备用；
3)将吡咯(PPy)与0.5mol/l的硫酸按体积比7∶2493混合，再加入十二烷基磺酸钠(SLS)得到混合溶液，十二烷基磺酸钠的用量为3×10-4g/mL；
4)以步骤2)中烘干后的泡沫镍为阳极，铂片为阴极，以步骤3)中配制的溶液为电解液，电沉积制得吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极，沉积电流密度为0.56mA/cm2，沉积时间为3min；
5)以步骤4)制得的吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极为阴极，铂片为阳极，以步骤1)配制的PdCl2溶液为电解液，电沉积制得十二烷基磺酸钠掺杂的泡沫镍催化电极(Pd/吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极)，沉积电流密度为0.56～1.24mA/cm2，沉积时间为25～45min。
其中，步骤5)中的优选电沉积条件为沉积电流密度为0.79mA/cm2，沉积时间为35min。
与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：
1)本发明采用具有分散能力的阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠，制备十二烷基磺酸钠掺杂的催化电极，十二烷基磺酸钠的引入改变了吡咯在电极表面的沉积形貌，进而改变Pd在聚吡咯膜上的沉积形态，从而增加电极的比表面积，提高其对氢原子的吸附能力。
2)本发明采用电化学沉积的方法制备Pd/吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极，提高了电极的催化性能，为其进一步推广提供了可能。
附图说明
图1为实施例1、2、3所制备的电极的循环伏安曲线。
图2为实施例4、5和对比例所制的备电极的循环伏安曲线。
图中，I为电流，E vs Hg/Hg2SO4为相对于Hg/Hg2SO4参比电极的电压。
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
具体实施方式
实施例1
1)称取PdCl2粉末溶于3mol/l HCl溶液中，加去离子水配制成20mmol/l的PdCl2溶液；
2)将泡沫镍在硫酸中浸洗1min除表面物后，依次在丙酮(除油)和二次蒸馏水中分别超声波震荡10min以清洗干净，烘干备用；
3)将吡咯与0.5mol/l的硫酸按体积比7∶2493混合后，加入十二烷基磺酸钠，十二烷基磺酸钠的用量为3×10-4g/mL混合溶液；
4)以步骤2)中处理后的泡沫镍为阳极，铂片为阴极，以步骤3)中配制的溶液为电解液，采用电沉积的方法制得吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极，沉积电流密度为0.56mA/cm2，沉积时间为3min，制备吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极；
5)以吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极为阴极，铂片为阳极，以步骤1)中配制的PdCl2溶液为电解液，采用电沉积的方法在沉积电流密度为0.56mA/cm2，沉积时间为35min时制得Pd/吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极。
将Pd/吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极冲洗干净，置于0.5mol/L H2SO4溶液中，以铂片为对电极，以Hg/Hg2SO4电极为参比电极进行循环伏安扫描。电位扫描范围为-700mV～700mV，扫描速度为50mV/s。所得循环伏安曲线见图1，在-500mV左右出现氢吸附峰，峰电流值为-153.12mA。
实施例2
1)称取PdCl2粉末溶于3mol/L HCl溶液中，加去离子水配制成22.5mmol/L的PdCl2溶液；
2)将泡沫镍在硫酸中浸洗3min除表面物后，依次在丙酮(除油)和二次蒸馏水中分别超声波震荡15min清洗干净，烘干备用；
3)将吡咯与0.5mol/l的硫酸按体积比7∶2493混合后，加入十二烷基磺酸钠，十二烷基磺酸钠的用量为3×10-4g/mL混合溶液；
4)以步骤2)中处理后的泡沫镍为阳极，铂片为阴极，以步骤3)中配制的溶液为电解液，采用电沉积的方法制得吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极，沉积电流密度为0.56mA/cm2，沉积时间为3min，制备吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极；
5)以吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极为阴极，铂片为阳极，以步骤1)中配制的PdCl2溶液为电解液，采用电沉积的方法在沉积电流密度为0.79mA/cm2，沉积时间为35min时制得Pd/吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极。
将Pd/吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极冲洗干净，置于0.5mol/L H2SO4溶液中，以铂片为对电极，以Hg/Hg2SO4电极为参比电极进行循环伏安扫描。电位扫描范围为-700mV～700mV，扫描速度为50mV/s。所得循环伏安曲线见图1，在-500mV左右出现氢吸附峰，峰电流值为-205.24mA。
实施例3
1)称取PdCl2粉末溶于3mol/L HCl溶液中，加去离子水配制成23mmol/L的PdCl2溶液；
2)将泡沫镍在硫酸中浸洗2min除表面物后，依次分别在丙酮(除油)和二次蒸馏水中超声波震荡12min清洗干净，烘干备用；
3)将吡咯与0.5mol/l的硫酸按体积比7∶2493混合后，加入十二烷基磺酸钠，十二烷基磺酸钠的用量为3×10-4g/mL混合溶液；
4)以步骤2)中处理后的泡沫镍为阳极，铂片为阴极，以步骤3)中配制的溶液为电解液，采用电沉积的方法制得吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极，沉积电流密度为0.56mA/cm2，沉积时间为3min，制备吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极；
5)以吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极为阴极，铂片为阳极，以步骤1)中配制的PdCl2溶液为电解液，采用电沉积的方法在沉积电流密度为1.24mA/cm2，沉积时间为35min时制得Pd/PPy-SLS/泡沫镍电极。
将Pd/吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极冲洗干净，置于0.5mol/L H2SO4溶液中，以铂片为对电极，以Hg/Hg2SO4电极为参比电极进行循环伏安扫描。电位扫描范围为-700mV～700mV，扫描速度为50mV/s。所得循环伏安曲线见图1，在-500mV左右出现氢吸附峰，峰电流值为-112.61mA。
实施例4
1)称取PdCl2粉末溶于3mol/L HCl溶液中，加去离子水配制成24.5mmol/L的PdCl2溶液；
2)将泡沫镍在硫酸中浸洗2min除表面物后，依次在丙酮(除油)和二次蒸馏水中分别超声波震荡10min清洗干净，烘干备用；
3)将吡咯与0.5mol/l的硫酸按体积比7∶2493混合后，加入十二烷基磺酸钠，十二烷基磺酸钠的用量为3×10-4g/mL混合溶液；
4)以步骤2)中处理后的泡沫镍为阳极，铂片为阴极，以步骤3)中配制的溶液为电解液，采用电沉积的方法制得吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极，沉积电流密度为0.56mA/cm2，沉积时间为3min，制备吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极；
5)以吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极为阴极，铂片为阳极，以步骤1)中配制的PdCl2溶液为电解液，采用电沉积的方法在沉积电流密度为0.79mA/cm2，沉积时间为25min时制得Pd/吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极。
将Pd/吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极冲洗干净，置于0.5mol/L H2SO4溶液中，以铂片为对电极，以Hg/Hg2SO4电极为参比电极进行循环伏安扫描。电位扫描范围为-700mV～700mV，扫描速度为50mV/s。所得循环伏安曲线见图2，在-500mV左右出现氢吸附峰，峰电流值为-146.93mA。
实施例5
1)称取PdCl2粉末溶于3mol/L HCl溶液中，加去离子水配制成25mmol/L的PdCl2溶液；
2)将泡沫镍在硫酸中浸洗3min除表面物后，依次在丙酮(除油)和二次蒸馏水中分别超声波震荡15min以清洗干净，烘干备用；
3)将吡咯与0.5mol/l的硫酸按体积比7∶2493混合后，加入十二烷基磺酸钠，十二烷基磺酸钠的用量为3×10-4g/mL混合溶液；
4)以步骤2)中处理后的泡沫镍为阳极，铂片为阴极，以步骤3)中配制的溶液为电解液，采用电沉积的方法制得吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极，沉积电流密度为0.56mA/cm2，沉积时间为3min，制备吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极；
5)以吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极为阴极，铂片为阳极，以步骤1)中配制的PdCl2溶液为电解液，采用电沉积的方法在沉积电流密度为0.79mA/cm2，沉积时间为45min时制得Pd/吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极。
将Pd/吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极冲洗干净，置于0.5mol/L H2SO4溶液中，以铂片为对电极，以Hg/Hg2SO4电极为参比电极进行循环伏安扫描。电位扫描范围为-700mV～700mV，扫描速度为50mV/s。所得循环伏安曲线见图2，在-500mV左右出现氢吸附峰，峰电流值为-130.34mA。
对比例
1)将PdCl2粉末溶于3mol/L的盐酸中，加去离子水稀释制得22.5mmol/LPdCl2溶液；
2)将泡沫镍依次在硫酸(除表面物)、丙酮(除油)和二次蒸馏水中分别超声波震荡10min以清洗干净，再烘干备用；
3)将吡咯与0.5mol/L的硫酸按体积比7∶2493混合；
4)以步骤2)中处理后的泡沫镍为阳极，铂片为阴极，以步骤3)中配制的溶液为电解液，采用电沉积的方法制得PPy/泡沫镍电极，沉积电流密度为0.56mA/cm2，沉积时间为3min，制备PPy/泡沫镍电极；
5)以PPy/泡沫镍电极为阴极，铂片为阳极，以步骤1)中配制的PdCl2溶液为电解液，采用电沉积的方法在沉积电流密度为0.79mA/cm2，沉积时间为35min时制得Pd/PPy/泡沫镍电极。
将Pd/PPy/泡沫镍电极冲洗干净，置于0.5mol/LH2SO4溶液中，以铂片为对电极，以Hg/Hg2SO4电极为参比电极进行循环伏安扫描。电位扫描范围为-700mV～700mV，扫描速度为50mV/s。所得循环伏安曲线如图2，在-500mV左右出现的氢吸附峰，峰电流值为-104.16mA。
实施例和对比例的结果比较表明，表面活性剂的引入增强了电极的催化活性，循环伏安测试表明，Pd/吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极拥有更大的氢吸附峰电流值，具有更好的脱氯潜能。

Claims (2)

1.一种十二烷基磺酸钠掺杂的泡沫镍催化电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将PdCl2粉末溶于盐酸中，用去离子水稀释得20～25mmol/L的PdCl2溶液；
2)将泡沫镍在硫酸中浸泡1～3min后，依次在丙酮和二次蒸馏水中分别超声波震荡10～15min，烘干备用；
3)将吡咯与0.5mol/l的硫酸按体积比7∶2493混合，再加入十二烷基磺酸钠得到混合溶液，十二烷基磺酸钠的用量为3×10-4g/mL；
4)以步骤2)中烘干后的泡沫镍为阳极，铂片为阴极，以步骤3)中配制的溶液为电解液，电沉积制得吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极，沉积电流密度为0.56mA/cm2，沉积时间为3min；
5)以步骤4)制得的吡咯-十二烷基磺酸钠/泡沫镍电极为阴极，铂片为阳极，以步骤1)配制的PdCl2溶液为电解液，电沉积制得十二烷基磺酸钠掺杂的泡沫镍催化电极，沉积电流密度为0.56～1.24mA/cm2，沉积时间为25～45min。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤5)中所述的沉积电流密度为0.79mA/cm2，沉积时间为35min。
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