脉冲钯/泡沫镍电极制备及其脱氯还原2,4-二氯苯氧乙酸研究

作     者：简启玮 

作者单位：浙江工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋爽;何志桥

授予年度：2017年

学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 081704[工学-应用化学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0828[工学-农业工程] 

主      题：电化学脱氯 2,4-二氯苯氧乙酸 脉冲电沉积钯 {111}晶面 低配位数 

摘      要：2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)是一种典型的含氯有机物,经常作为农田除草剂来控制禾谷类作物、草坪、牧场等阔叶杂草的生长,具有很强的生物活性。但其在使用过程中的残留物具有潜在毒性、难降解性和生物效应,将会给土壤或者水生态系统造成严重危害,因而研究2,4-D的脱氯行为对地表或地下水的原位修复具有十分重要的科学意义和应用价值。本文使用脉冲电沉积(pulsed electrodeposition)的方法制备了钯/泡沫镍(Pd/foam-Ni)电极,并运用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、Brunauer-Emmett-Teller(BET)比表面积和表面粗糙度(RF)等测试对催化电极进行表征和分析,并考察了其在室温下进行阴极电化学还原脱氯的活性。结果证明该电极很好地促进了水相中2,4-D的电催化还原脱氯,与传统的化学沉积法制备的Pd/foam-Ni电极(CD-Pd/foam-Ni)相比,脉冲电沉积钯/泡沫镍(PE-Pd/foam-Ni)电极明显地提高了2,4-D的去除率和电流效率(CE)。使用化学沉积法制作的Pd/foam-Ni电极的钯负载量为20.31 mg,在1.5 mA cm-2电流密度下电解3小时后的最大去除率和电流效率分别为79%和10%,而PE-Pd/foam-Ni电极的钯负载量为0.7 mg,仅为化学沉积的1/30,在同样电流密度下电解3小时后的最大去除率和电流效率分别可以达到98%和14%。在3次连续的循环实验中,PE-Pd/foam-Ni电极表现出很好的稳定性,主要原因是脉冲电沉积减少了钯从电极脱落的现象。在物理化学特性描述中,脉冲电沉积制备的钯催化剂相比化学沉积法的钯有着更高比例暴露的{111}晶面和低配位数(边角位),同时获得了更小尺寸的钯纳米颗粒。由于边角位的钯原子能够有效促进催化反应,暴露的钯{111}晶面也能够更好地产生和稳定化学吸收的活性氢,所以脉冲电沉积钯/泡沫镍电极从本质上提高了钯催化剂的性能,从而有效地促进了电催化还原脱氯。