一種基于石墨烯摻雜Nafion膜修飾的負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膜修飾的負載鈀催化劑電極的制備方法，屬于電化學水處理技術領域。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膜修飾的負載鈀催化劑電極Pd/Graphene?Nafion/Ti。本發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膜修飾的負載鈀催化劑電極的制備方法
技術領域
[0001 ]本發明屬于電化學水處理技術領域，涉及一種基于石墨稀摻雜Naf 1n膜修飾的負載鈀催化劑電極的制備方法，主要用于水中氯代有機物的電化學還原脫氯。
【背景技術】
[0002]氯代有機物作為一種生產材料和中間產物在化工、醫藥、電子、制革等方面有著廣泛的應用并被排放到環境中。然而，幾乎所有的氯代有機物都有毒性，其中很多化合物被認為具有“致癌、致畸、致突變”效應，而且其在環境中長期殘留，很難除去，是一類典型的持久性有機污染物。因此，進行水中氯代有機物去除的研究是十分必要的。目前氯代有機物的去除方法有吸附、高級氧化法、微生物降解法以及電化學法等。電化學技術作為一種環境友好技術，在環境治理特別是廢水中生物難降解有機物的去除方面有著良好的應用前景。
[0003]電極是電化學方法的核心，電極材料的好壞直接影響著有機污染物的降解效果。鈀因為具有良好的活性氫儲存能力從而促進脫氯反應，成為催化劑研究的重點。碳材料在催化領域中有著廣泛的應用。大量的研究結果表明，當碳材料作為催化劑載體時，碳載體的結構對催化劑的性能有著明顯的影響。隨著對石墨烯的研究的進一步深入，發現其平面結構的兩側均可以擔載貴金屬粒子，特別是石墨烯的高導電性和巨大的比表面積，使其特別適于作為催化劑載體，將催化劑粒子擔載在石墨烯的表面上可明顯降低催化反應的過電勢，利于催化反應的進行。因此，石墨烯修飾的負載鈀催化劑電極進行電催化還原脫氯是處置氯代有機污染物較為高效、低耗的方法。
[0004]本發明以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。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于解決現有技術中的問題，提供一種制備簡便、催化活性強的以鈦網為基質的基于石墨稀摻雜Naf 1n膜修飾的負載鈀催化劑電極(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)將鈦網依次置入碳酸鈉溶液(優選濃度0.3mol/L)的中浸洗除油、在草酸溶液(優選濃度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，氮氣吹干備用；
[0008](2)取石墨烯分散于質量濃度為0.05%?0.65%的Naf1n的異丙醇溶液中，石墨烯質量濃度0.02%?0.1 % (優選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，其中優選采用每Ig氯化鈀對應加入3mol/L的鹽酸溶液10ml并對應加水稀釋得到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)處理過的鈦網上，水平靜置自然瞭干，制得Graphene-Naf 1n/Ti電極;其中優選每8cm2鈦網對應滴涂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;優選電流密度為I.25?3.75mA/cm2，沉積時間為35?55min。
[0012]制備的基于石墨烯摻雜Naf1n膜修飾的負載鈀催化劑電極作為陰極，用于水中氯代有機物的電化學還原脫氯，具有優異的性能。
[0013]與現有技術相比較，本發明具有以下有益效果:
[0014]1、本發明以鈦網為基質，利用其耐高低溫、耐強酸耐腐蝕、高強度等高穩定性特點，有利于保持電極的穩定性，為其實現對氯代有機物的電化學還原脫氯提供基礎。
[0015]2、本發明以石墨烯作為修飾，充分利用其高比表面積、高導電性和穩定性的特性，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，有利于增強電極的催化活性。
[0016]3、本發明將石墨烯分散于有機溶劑(異丙醇)中，有利于石墨烯的均勻分散，同時加入Naf1n溶液，利用Naf 1n的快速成膜及其強附著力的特性，使石墨稀穩定附著在鈦網基質表面。
[0017]4、本發明采用滴涂法將石墨烯修飾于鈦網基質表面，操作簡單。
[0018]5、本發明采用滴涂和電化學沉積的方法制備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(由球針狀結構和球狀結構組成的花球結構)。
[0021]圖3為實施例1、實施例2的Pd/Graphene-Naf 1n/Ti電極和對比例的Pd/Ti電極的循環伏安掃描曲線。
【具體實施方式】
[0022]下面實施例和對比例將結合附圖對本發明作進一步的說明，但本發明并不限于以下實施例。
[0023]實施例1:
[0024](I)將2cmX 2cm的鈦網依次置入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，氮氣吹干備用；
[0025](2)取石墨烯分散于質量濃度為0.2%的Naf1n的異丙醇溶液中，石墨烯質量濃度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氯化鈀對應加入3mol/L的鹽酸溶液10ml并對應加水稀釋得到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片為對電極，Hg/Hg2S04為參比電極，在0.5mol/U^H2S04溶液中進行循環伏安掃描，掃描速度為50mV/min，掃描范圍為-700mV?700mV。
[0030]實施例2:
[0031 ] (I)將2cmX 2cm的鈦網依次置入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，氮氣吹干備用；
[0032](2)取石墨烯分散于質量濃度為0.2%的Naf1n的異丙醇溶液中，石墨烯質量濃度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氯化鈀對應加入3mol/L的鹽酸溶液10ml并對應加水稀釋得到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片為對電極，Hg/Hg2S04為參比電極，在0.5mol/U^H2S04溶液中進行循環伏安掃描，掃描速度為50mV/min，掃描范圍為-700mV?700mV。
[0037]對比例:
[0038](I)將2cmX 2cm的鈦網依次置入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，氮氣吹干備用；
[0039](2)采用每Ig氯化鈀對應加入3mol/L的鹽酸溶液100ml并對應加水稀釋得到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片為對電極，Hg/Hg2S04為參比電極，在0.5mol/I^H2S04溶液中進行循環伏安掃描，掃描速度為50mV/min，掃描范圍為_700mV?700mV。由圖3可見，實施例1和實施例2與對比例相比都具有更高的峰電流值，電極性能較尚O
【主權項】
1.一種基于石墨稀摻雜Naf 1n膜修飾的負載鈀催化劑電極的制備方法，包括以下步驟: (1)將鈦網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，氮氣吹干備用； (2)取石墨稀(Graphene)分散于質量濃度為0.05%?0.65%的Naf 1n的異丙醇溶液中，石墨稀質量濃度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.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中石墨烯質量濃度為0.04%。3.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，氯化鈀溶液的制備:采用每Ig氯化鈀對應加入3mol/L的鹽酸溶液10ml并對應加水稀釋得到4g/L的氯化鈀溶液。4.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(4)每8cm2鈦網對應滴涂50-70yL步驟(2)的分散液。5.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(5)電流密度為1.25?3.75mA/cm2，沉積時間為35?55min。6.按照權利要求1-5任一項所述的方法制備得到的基于石墨稀摻雜Naf i on膜修飾的負載鈀催化劑電極。7.按照權利要求1-5任一項所述的方法制備得到的基于石墨稀摻雜Naf i on膜修飾的負載鈀催化劑電極作為陰極，用于水中氯代有機物的電化學還原脫氯的應用。
【文檔編號】C02F101/36GK105905993SQ201610416149
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月14日
【發明人】孫治榮, 張進偉
【申請人】北京工業大學