钯基纳米材料电催化氢化还原脱氯机理及活性优化策略研究

来源 :重庆工商大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:litiemei101
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近年来,水污染状况日趋严重。其中氯酚类污染物以其高毒性、持久性、难降解性、来源广泛性受到人们的重视。包括中国在内多个国家均把氯酚类污染物列为优先控制污染物,国内外环境研究者们也致力于研究氯酚类污染物的处理技术,并取得了一些成果。纵观氯酚类污染物的各种处理技术,电催化氢化脱氯技术因其高效、无二次污染、条件温和等优势脱颖而出,在氯酚类污染物的治理领域中具有很好的应用前景。开发并运用高效的电催化氢化脱氯电极,成为国内外研究者们的研究重点,其中贵金属钯具有高催化活性,成为制备电极材料并应用于电催化氢化还原脱氯的研究热点。本文以2,4-二氯酚作为目标污染物,通过制备的C-Pd纳米颗粒催化剂及C-Pd纳米颗粒/碳纸电极,深入研究了钯基纳米材料的电催化氢化脱氯机理,并以此为基础,制备了Pd/Co/泡沫镍电极应用于电催化氢化脱除2,4-二氯酚的反应中,实验证明其能达到提高电催化氢化脱氯活性的目标。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、循环伏安法(CV)及线性扫描伏安法(LSV)等技术手段对制备的C-Pd纳米颗粒催化剂的微观表面形貌、表面元素形态及含量和氢物种演化过程等进行了表征。证明将钯纳米颗粒沉积在碳黑上成功避免了钯纳米颗粒的聚集,并未使物相发生变化。证实了起始电位-0.80到-0.60 V(vs Ag/AgCl,下同)之间的出现的峰是分子氢(H2)氧化峰,-0.20到-0.10 V之间为原子态吸收氢(H*abs)以及-0.10到-0.00 V之间为原子态吸附氢(H*ads)。确定了电催化氢化脱氯反应中的关键活性氢物种为H*ads。通过制备的C-Pd纳米颗粒/碳纸电极,探究了三种H*对电催化氢化脱氯活性的影响。利用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)分析,得出电极中Pd的负载量为4.56 mg。经电催化氢化脱氯测试及动力学研究表明,脱氯效率最高的电位是-0.85 V,2,4-DCP去除率为91.44%。考察了工作电位在-0.65到-0.95 V范围内,电催化氢化脱氯效率与H*ads的含量随电位的变化,结果表明其趋势相似,证明H*ads是电催化氢化脱氯反应的关键活性物质。而动力学研究表明,C-Pd催化剂的脱氯性能降低,主要归因于H2产多,因此找到需要合适的电位以产生足够多的H*ads并限制H2的负面效应。分析了其反应过程中,中间产物含量变化,得到电催化氢化脱氯除去2,4-DCP的主要反应途径为2,4-DCP→o-CP→P。为提高电催化氢化脱氯活性,制备了Pd/Co/泡沫镍电极。利用X射线光电子能谱(XPS)、能量色散X射线光谱仪(EDX)、SEM、XRD等表征手段对制得的电极表面进行物相、形貌分析,观察到电极的比表面积较大、其物相组成与理论相符。由ICP分析得出其Pd的负载量为4.89 mg。优化制备条件和反应条件后,其在-0.9 V电位下2,4-DCP的300 min去除率有95.2%,且在-0.7 V-1.0 V电催化氢化脱氯效率都在79%以上。我们的工作对EHDC对Pd催化剂的反应机理进行了系统研究,推动EHDC技术在实际环境修复中的应用。
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