CN114717590A - 一种钴基析氯催化剂电极制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钴基析氯催化剂电极制备方法，包括以下步骤S1.将CoCl2·6H2O、NaCl和六亚甲基四胺溶解在乙醇水溶液中，置于油浴或水浴中，采用均相沉淀，得到催化剂粉末；S2.对玻碳电极进行预处理，将得到的催化剂粉末和炭黑、Nafion溶液混在乙醇水溶液中配置成墨水，取一定量的墨水滴在玻碳电极上等待成膜，形成催化剂电极；S3.将催化剂电极、碳棒和饱和甘汞电极放入NaCl溶液中，在室温下进行线性扫描，取出电极室温下干燥，完成催化剂电极活化。其优点在于，开发低成本、高活性的电解海水析氯催化剂有助于进一步推动电解海水析氯技术在海洋防污方向的应用。

Description

一种钴基析氯催化剂电极制备方法
技术领域
本发明属于海洋污损防护技术领域，具体涉及一种钴基析氯催化剂电极的制备方法。
背景技术
在开发利用海洋资源的过程中，船舶、采油平台等设施却不可避免地遭遇到海洋生物污损问题。海洋生物污损严重阻碍海洋经济的发展，全世界每年由生物污损造成的损失难以估算，因此，海洋防污已逐渐引起世界各国的重视。这也刺激了人们对海洋设备的防污损技术的开发。目前，市场上用于防污的手段主要有以下三种：(1)机械清除；(2)涂装防污涂料，包括自抛光防污涂料、低表面能防污涂料、天然产物防污涂料以及仿生防污涂料；(3)基于局部电解海水活性氯生成的生物杀灭剂生成系统。缺陷在于成本较高，效率较低。涂料在海水中的降解缓慢且不可控，抗污的广谱性差，目前还在不断地研发当中。电化学氯化局部生成生物杀灭剂因其操作简单、可控性强成为最有前景的海洋防污技术。目前成熟的商业级析氯电极-DSA电极仅仅解决了电解高浓度氯离子的问题，对于电解海水还存在低选择性和低稳定性等问题。此外，目前针对电解海水析氯的催化剂大多都还是基于贵金属及其氧化物的研究，由于高成本使得其应用受限。
发明内容
技术上述问题，本发明旨在开发一种低成本、高活性的电解海水析氯催化剂，其技术方案为，
一种钴基析氯催化剂电极制备方法，包括以下步骤：
S1.将CoCl2·6H2O、NaCl和六亚甲基四胺溶解在乙醇水溶液中，置于油浴或水浴中，采用均相沉淀，得到催化剂粉末；
S2.对玻碳电极进行预处理，将得到的催化剂粉末和炭黑、Nafion溶液混在乙醇水溶液中配置成墨水，取一定量的墨水滴在玻碳电极上等待成膜，形成催化剂电极；
S3.将催化剂电极、碳棒和饱和甘汞电极放入NaCl溶液中，在室温下进行线性扫描，取出电极室温下干燥，完成催化剂电极活化。
进一步优选的，步骤S1中，CoCl2·6H2O浓度为20mM，NaCl浓度为100mM，六亚甲基四胺浓度为60mM，乙醇与去离子水的体积比为1：9，油浴或水浴加热温度为60℃-100℃。
进一步优选的，步骤S2中，催化剂粉末50-100mg，炭黑粉末20-50mg， Nafion溶液80-120μL，混在乙醇水溶液中，乙醇水溶液配置为乙醇溶液250-350 μL，超纯水250-350μL。
进一步优选的，步骤S2中，玻碳电极需进行预处理，具体步骤为：在麂皮上撒上少量半径为0.5μm的三氧化二铝抛光粉，然后滴加少量去离子水，用玻碳电极稍微搅匀，然后竖直地将玻碳电极在上面均匀画“8”字形进行研磨，接着用去离子水冲洗表面，擦拭或吹干，预处理后取1μL混匀的墨水滴在表面，红外灯照射30秒，形成催化剂电极。
进一步优选的，步骤S3中，将玻碳电极、碳棒和饱和甘汞电极放入60mL 3.5％NaCl溶液中，在室温下进行线性扫描，扫描速率为10mV/s，从0.5V开始扫到 1.5V停止。
进一步优选的，所述催化剂电极作为阳极，其作为催化剂阳极电解海水制氯，用于水下光学窗口防污。
有益效果
1)本发明负载电解海水析氯的非贵金属催化剂的电极可以显著提高电解海水的效率，并且可以在短时间、小电压的通电情况下产生足量且可控制的具有生物杀灭作用的有效氯，从而达到防污的效果。
2)本发明的非贵金属析氯催化剂电极的制备过程简单，并且通过对催化剂的活化处理，提高其电催化活性，制备方法所使用的实验的仪器和药品也容易获得，对环境无危害。
附图说明
图1为实例方法制备的钴基粉末催化剂的X射线衍射图(XRD)。
图2为实例方法制备的粉末催化剂的扫描电镜图(SEM)。
图3为实例方法制备的钴基催化剂电极和商用析氯电极DSA在3.5％NaCl 溶液中的线性扫描曲线，扫描速率10mV/s。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明公开内容的理解更加透彻全面。
本实施例的非贵金属析氯催化剂电极，采用均相沉淀法制备，具体包括以下步骤：
S1.所述浓度为20mM的CoCl2·6H2O，浓度为100mM的NaCl，浓度为60mM 的HMT溶解在乙醇水溶液中，在乙醇水溶液中，乙醇与去离子水的体积比为1：9，将配置好的溶液置于油浴或水浴中，加热温度为90℃,采用均相沉淀，得到催化剂粉末。
S2.玻碳电极需进行预处理，具体步骤为：在麂皮上撒上少量半径为0.5μm 的三氧化二铝抛光粉，然后滴加少量去离子水，用玻碳电极稍微搅匀，然后竖直地将玻碳电极在上面均匀画“8”字形进行研磨，接着用去离子水冲洗表面，擦拭或吹干，
将催化剂粉末70mg，炭黑粉末30mg，Nafion溶液100μL混在乙醇水溶液 (乙醇溶液300μL，超纯水300μL)中，配置成墨水，
将1μL混匀的墨水滴在预处理后的玻碳电极上，红外灯照射30秒，待玻碳电极和墨水成膜后形成催化剂电极；
S3.将处理好的玻碳电极作为工作电极，碳棒和饱和甘汞电极分别作为对电极和参比电极；将玻碳电极、碳棒和饱和甘汞电极放入60mL 3.5％NaCl溶液中，在室温下进行线性扫描，扫描速率为10mV/s，从0.5V开始扫到1.5V停止，取出电极室温下干燥，完成催化剂电极活化。
所述催化剂电极作为阳极，其作为催化剂阳极电解海水制氯，用于水下光学窗口防污。
对本实施例制备的催化剂电极进行X射线衍射测定，如图1所示，根据XRD 图可以确定所制备的析氯催化剂的主要成分是Co(OH)2-Cl(Co(OH)2-Cl在最初的合成方法中叫α-Co(OH)2，属于Co(OH)2其中一种晶型，由于此处和已知材料 Co(OH)2-Cl的PDF卡片相对应，故后续都称为Co(OH)2-Cl)。
图2为本实施例制备的Co(OH)2-Cl电解海水析氯催化剂的SEM图。根据 SEM图可以清楚的看出，Co(OH)2-Cl析氯催化剂样品团聚现象很明显，由多个表面光滑的多边形薄片插在一起，形成球状(图2a、b)，单个六边形的横向尺寸为2μm到8μm不等，相邻边缘角度为120°，而无氯插层的样品呈较厚的六边形片状结构，单个六边形的横向尺寸为5-7μm，且具有良好的分散性(图2c、d)。片层结构形成的球状比分散的六边形片层有明显较大的反应比表面积，使材料得以充分利用，进而提高材料的电化学性能。
本对实施例制备的催化剂电极的电催化活性进行测试：
图3为本实施例制备的Co(OH)2电解海水析氯催化剂阳极和商用析氯电极 DSA在3.5％NaCl溶液中的线性扫描曲线，可以看出本实施例所制备Co(OH)2薄膜催化剂电极电解海水析氯性能优于商用DSA电极。

Claims (6)

1.一种钴基析氯催化剂电极制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将CoCl2·6H2O、NaCl和六亚甲基四胺溶解在乙醇水溶液中，置于油浴或水浴中，采用均相沉淀，得到催化剂粉末；
S2.对玻碳电极进行预处理，将得到的催化剂粉末和炭黑、Nafion溶液混在乙醇水溶液中配置成墨水，取一定量的墨水滴在玻碳电极上，进行红外灯照射，玻碳电极和墨水成膜后形成催化剂电极；
S3.将催化剂电极、碳棒和饱和甘汞电极放入NaCl溶液中，在室温下进行线性扫描，取出电极室温下干燥，完成催化剂电极活化。
2.根据权利要求1所述的一种钴基析氯催化剂电极制备方法，其特征在于，步骤S1中，CoCl2·6H2O浓度为20mM，NaCl浓度为100mM，六亚甲基四胺浓度为60mM，乙醇与去离子水的体积比为1：9，油浴或水浴加热温度为60℃-100℃。
3.根据权利要求1所述的一种钴基析氯催化剂电极制备方法，其特征在于，步骤S2中，催化剂粉末50-100mg，炭黑粉末20-50mg，Nafion溶液80-120μL，混在乙醇水溶液中，乙醇水溶液配置为乙醇溶液250-350μL，超纯水250-350μL。
4.根据权利要求1所述的一种钴基析氯催化剂电极制备方法，其特征在于，步骤S2中，玻碳电极需进行预处理，具体步骤为：在麂皮上撒上少量半径为0.5μm的三氧化二铝抛光粉，然后滴加少量去离子水，用玻碳电极稍微搅匀，然后竖直地将玻碳电极在上面均匀画“8”字形进行研磨，接着用去离子水冲洗表面，擦拭或吹干，预处理后取1μL混匀的墨水滴在表面，红外灯照射30秒，形成催化剂电极。
5.根据权利要求1所述的一种钴基析氯催化剂电极制备方法，其特征在于，步骤S3中，将玻碳电极、碳棒和饱和甘汞电极放入60mL 3.5％NaCl溶液中，在室温下进行线性扫描，扫描速率为10mV/s，从0.5V开始扫到1.5V停止。
6.根据权利要求1所述的一种钴基析氯催化剂电极制备方法，其特征在于，所述催化剂电极作为阳极，其作为催化剂阳极电解海水制氯，用于水下光学窗口防污。
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