改性钯电极的制备及其对4-氯苯酚脱氯性能研究

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氯代有机污染物结构稳定,毒性强,并且难生物降解,对人体具有“三致”影响,水体环境中氯酚类化合物(Chlorophenols Compounds,CPs)对生态环境污染严重,严重威胁水体动、植物以及人类的安全。在众多脱氯研究当中,电催化加氢脱氯(ECH)作为一种绿色清洁技术,可以在条件温和且不产生二次污染的情况下对氯代污染物进行脱氯降解。在氯酚类污染物的降解去除中具有较好的应用前景。其中,高脱氯性能电极的制备是该研究领域的重点与热点。本文制备了钯/聚吡咯-还原氧化石墨烯/泡沫镍(Pd/PPy-rGO/NF)、钯/磷化铁钴合金/泡沫镍(Pd/CoFeP/NF)两种复合材料电极,通过扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)等表征方法分别对复合材料电极的表面形貌,晶体结构进行分析研究。探索了Pd/PPy-rGO/NF和Pd/CoFeP/NF电极的制备条件,并以4-氯苯酚(4-CP)为模拟目标污染物,对电催化加氢脱氯条件进行了优化。详细研究内容如下:(1)采用恒电流法共沉积制备了PPy-rGO/NF复合材料,采用脉冲沉积法制备了Pd/PPy-rGO/NF电极。通过SEM、XRD和XPS等表征结果可知,PPy-rGO中间层为网状纳米线结构,扩大了电极基底的比表面积,促进了Pd的沉积以及避免了金属团聚,为脱氯提供了更多活性位点。通过脱氯实验优化了电极的制备条件,以及脱氯的运行条件,同时考察了电极的稳定性。实验结果表明:在电解质浓度为0.05 M,初始pH为3.0,脱氯电流为0.625 mA/cm~2的运行条件下,脱氯降解120 min,降解效率为最优,达到95.8%。在相同的实验条件下,Pd/PPy-rGO/NF电极循环使用4次之后,脱氯效率仍能到达93.9%,证明电极具有优异的稳定性。(2)采用水热法和脉冲沉积法制备了Pd/CoFeP/NF电极。经过SEM、EDS、XRD等表征显示CoFeP中间层呈现凹凸不平的片层状结构,为Pd颗粒的负载提供了更大的比表面积和良好的分散性。论文考察了脱氯条件对电极脱氯性能的影响,同时考察了电极的稳定性。实验结果表明:当溶液电解质浓度为0.05 M,初始pH为3.0,脱氯电流密度为0.75 mA/cm~2条件下,脱氯降解120 min,脱氯效率最优,达到91.8%。Pd/CoFeP/NF电极在相同实验条件下循环使用四次之后电极降解效果有一定的降低,但脱氯效率仍能保持在87%。可能是因为电极表面形貌有所改变,导致部分活性位点的丧失,从而影响了电催化效率。实验证明电极具有优异的稳定性,4-CP降解的主要产物为苯酚。综上所述,本论文制备了两种复合材料电极,以4-CP作为目标污染物对电极材料的制备以及电催化加氢脱氯条件进行了一系列优化考察。综合来看,电化学加氢脱氯技术在降解水中氯酚类有机污染物方面具有良好的性能,为处理氯酚类废水的污染提供了一个新思路。
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