一種電催化還原鹵代有機物陰極材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于環境保護與治理領域，具體涉及一種電催化還原鹵代有機物陰極材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]鹵代有機物是一類典型的環境污染物，主要包括全氟化物、氯代有機農藥、溴代阻燃劑等，是近年來廣受關注的話題。由于該類物質具有環境持久性、生物累積性、生物毒性特點等，對人體及動植物的正常生命活動造成嚴重影響。因此，尋求該類物質的快速、有效降解的方法是迫切需要的。
[0003]目前，對于鹵代有機物的處理方法主要有:生物降解法、吸附法、基于零價鐵的還原法、光降解法、電化學法等。由于鹵代有機物中，C-X(X = F、Cl、Br)的電負性較大，使得鹵代有機物的還原降解比氧化降解容易。因而，還原法往往是處理該類物質的較好選擇。其中，電化學還原技術具有:無需消耗化學試劑、多功能性、高能源效率、環境兼容性以及容易控制等優點，在鹵代有機物的處理中具有廣闊的應用前景。
[0004]電化學還原鹵代有機物的過程中，主要依靠具有還原催化活性的[H]及電子實現對C-X鍵的斷裂，達到降解鹵代有機物的目的。對于電化學還原技術，電極材料的制備是關鍵所在。最初用于電催化還原鹵代有機物的是傳統的炭質電極(活性炭、玻炭等)，通過將催化金屬納米粒子(如:鈀、鉑等)負載在其表面，用作電催化還原降解鹵代有機物的陰極材料。然而，炭質材料往往存在析氫電位高、電流效率偏低，導致處理效率較低，限制了其進一步應用。新基體材料的開發刻不容緩，金屬基體電極的提出，有望取代傳統的炭質基體材料。專利200610008107.6公開了一種用于氯代芳烴電催化脫氯的鈀負載金屬基電極的制備方法，通過電沉積的方法將鈀負載與金屬基體上，用作電還原降解2，4，5-PCB的陰極，該電極對2，4，5-PCB表現出一定的催化能力。
[0005]在電催化還原工藝中，所使用的催化金屬往往為貴金屬，成本較高，會在應用的過程中因為運行成本較高的問題而受到限制。因此，開發一種盡量降低貴金屬負載量及提高電極對鹵代有機物催化能力的電極制備技術，具有重要的實際意義。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在于提供一種適用于鹵代有機物電催化還原的泡沫金屬基電極，加速電催化還原降解鹵代有機物的進程，減少貴金屬的負載量，降低運行成本。
[0007]本發明是通過以下技術方案實現的:
[0008]一種電催化還原鹵代有機物陰極材料的制備方法，該方法是一種適用于泡沫金屬材料為基體鈀修飾金屬電極的方法，該方法是通過電極預處理、電沉積和浸漬沉積三個過程制備的:
[0009]所述的電極預處理步驟為:首先，將剪裁好的泡沫金屬基體材料置于0.5-2mol/L的&504或HNO 3中酸處理3-8min，以除去表面的氧化層；隨后，將經酸處理的泡沫金屬基體依次在乙醇、去離子水中超聲10-20min，除去表面的油污；
[0010]所述的電沉積步驟為:以鐵鹽和鈉鹽配制電沉積液，向電沉積液中加入表面活性劑，以惰性石墨電極為陽極，經預處理的泡沫金屬基體材料為陰極，在恒電流的條件下進行電沉積制備Fe/泡沫金屬電極；
[0011 ] 所述的浸漬沉積過程步驟為:將PdCl2S于l-2mol/L HCl溶液中，配制0.04-0.06mol/L的H2PdClJi備液，3-5 °C保存；取H 2PdClJi備液加水稀釋，配成0.01-0.02mol/L的浸漬沉積液；將Fe/泡沫金屬電極置于上述浸漬沉積液中，在搖床上震蕩，直至浸漬沉積液的顏色由最初的黃棕色變成無色，得到Pd/Fe/泡沫金屬電極。
[0012]所述的泡沫金屬為泡沫鎳、泡沫銅、泡沫鋁或泡沫鈦。
[0013]所述的電沉積中的鐵鹽為？必04或FeCl 2，濃度為5-20mmo 1/L ;所述的鈉鹽為他2504或NaNO 3，濃度為0.01-0.lmmo/L ;所述的表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨，濃度為 l-10mmo/Lo
[0014]所述的恒電流為5_20mA，沉積時間20_40min。
[0015]本發明相對于現有技術的優點和積極效果如下:
[0016]1.本發明采用電沉積和浸漬沉積法制備鈀、鐵納米粒子負載泡沫金屬電極，制備條件易控；用于電催化還原降解鹵代有機物，可以解決傳統納米粒子粉末催化劑難收回、易造成二次污染等問題；
[0017]2.鐵納米粒子的加入一方面可以有效減少鈀的負載量，另一方面鈀納米粒子和鐵納米粒子之間存在協同作用，大大提高了 Pd/Fe/泡沫金屬電極電催化降解鹵代有機物的能力，同時也降低了生產成本；
[0018]3.表面活性劑的加入，使得Pd/Fe/泡沫金屬電極對鹵代有機物的吸附性能更好，加速了鹵代有機物迀移至電極表面的進程，同時，表面活性的加入，使得鈀、鐵納米粒子的分散性更好，更有利于催化反應的進行。
【附圖說明】
[0019]圖1為泡沫鎳電極的SEM圖。
[0020]圖2為Pd/Fe/泡沫鎳電極的SEM圖。
[0021]圖3中，曲線a為泡沫鎳電極的XRD圖，曲線b為Pd/Fe/泡沫鎳電極的XRD圖。
[0022]圖4為Pd/Fe/泡沫鎳電極電催化還原四溴雙酚A的效率。
[0023]圖5為Pd/Fe/泡沫鎳電極電催化還原四溴雙酚A的脫溴率。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步說明。
[0025]實施例1:
[0026]以泡沫鎳基體為例進行說明。
[0027]I)將泡沫鎳(厚度為1.7mm，孔徑100PPI)裁剪成3cmX 5cm大小的片狀電極，將剪裁好的泡沫鎳基體材料置于lmol/L的仏504中酸處理5min，以除去表面的氧化層；隨后，將經酸處理的泡沫鎳基體依次在乙醇、去離子水中超聲15min，除去表面的油污；
[0028]2)配制10mmol/L的FeSO4溶液，向其中加入0.01mol/L Na #04做支撐電解質，以增加溶液的導電性，并向其中加入5mmol/L的十六烷基三甲基溴化銨，以該混合溶液作為電沉積制備Fe/泡沫鎳電極的電解液；以惰性石墨電極為陽極，經預處理的泡沫鎳基體材料為陰極，在恒電流I = 1mA的條件下，電沉積30min ;沉積結束即得到Fe/泡沫鎳電極；
[0029]3)取 4mL H2PdCl4貯備液(0.05mol/L)加水稀釋至 20mL，配成 0.01mol/L 的浸漬沉積液；將Fe/泡沫鎳電極置于上述浸漬沉積液中，在搖床上震蕩，直至浸漬沉積液的顏色由最初的黃棕色變成無色，即得到Pd/Fe/泡沫鎳電極。
[0030]圖1為泡沫鎳電極的SEM圖。圖2為Pd/Fe/泡沫鎳電極的SEM圖。圖3中，曲線a為泡沫鎳電極的XRD圖，曲線b為Pd/Fe/泡沫鎳電極的XRD圖。
[0031]以20mg/L四溴雙酚A為目標污染物，對制備的Pd/Fe/泡沫鎳電極電催化還原性能進行測試。
[0032]電催化還原性能測試實驗在H型電解槽中進行，以Naf 1nl 17質子膜將陰、陽極隔開，陽極反應液為0.lmol/L的硫酸鈉，陰極反應液為含有2