活性银及钯—银电极的制备及其电催化还原脱氯性能研究

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现今,氯代乙酸、氯代苯氧乙酸等氯代有机物在地下水和土壤中被广泛发现。它们具有较高的毒性和稳定性,难以用常规方法降解,通过在环境中的逐渐积累,对人类和其它生物造成了严重的威胁。因此,开发安全、便捷的脱氯降解技术成为当今研究的热点。本文分别采用氧化还原法和化学镀法制备了具有较高电化学活性的粗糙银和钯银电极,选择三氯乙酸和2,4-二氯苯氧乙酸作为模型氯化污染物。通过电化学还原法对以上两种模型氯化物进行了脱氯降解研究,同时对电化学还原脱氯历程和机理进行了初步分析。通过原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)和X射线能谱(EDS)对电极进行了表征。采用循环伏安法和恒电流电解法对模型氯化物在水溶液中还原脱氯的可行性进行了研究。实验结果表明:首先,银电极对氯代乙酸的还原脱氯反应具有优良的电催化性能。恒流电解条件下,三氯乙酸能被较完全的还原成乙酸,且反应过程中能保持较高的电流效率(95 %)。三氯乙酸在银电极上的还原反应是个分步脱氯过程,主要的路径为三氯乙酸=>二氯乙酸=>氯乙酸=>乙酸。根据氯代乙酸的还原难易次序为:TCAA > DCAA > MCAA,不难得出这样推测:全部的卤代乙酸(除氟代乙酸)都能高效率地在活性银阴极上实现彻底地还原脱卤。这为含卤代乙酸的地下水或废水的处理提供了新的思路。其次:钯银电极对2,4-二氯苯氧乙酸的还原脱氯反应具有优良的电催化活性。底物浓度、钯的负载量、电极活化和电流密度对2,4-二氯苯氧乙酸的脱氯效率和电流效率有一定影响。在较高的底物浓度下进行电解,反应的电流效率较高,但是电流效率偏低;通过在反应溶液中定时氧化还原活化电极的方法可以提高钯银电极的电催化活性,从而取得优异的脱氯效果;电极的最佳镀钯量为0.91 mg cm-2;反应的最佳电流密度为0.69 mA cm-2 (25 mA)。在最佳反应条件下,25 mM的2,4-D经过6 h的恒流电解(I =25 mA)后能完全脱氯,生成的产物中苯氧乙酸的含量达到85.3 %,且反应过程中电流效率保持在6679.3 %的范围内。此外,本文对2,4-D的还原脱氯机理进行了推测,我们认为2,4-D吸附态的形成是反应的核心步骤。
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