一种Pd/泡沫铜电极及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种Pd/泡沫铜电极，按如下方法制备得到：将PdCl2、NaCl溶解于去离子水中配制成化学沉积液；将经过预处理的泡沫铜基材浸没于制得的化学沉积液中，并于室温下的恒温摇床内震荡至溶液无色，取出泡沫铜用去离子水冲洗，得到所述Pd/泡沫铜电极；Pd/泡沫铜电极具有制备工艺简单、价格低廉、催化效率高、使用寿命长等特点，利用Pd/泡沫铜电极通过电化学加氢还原方法可实现水中卤代有机物的有效去除，操作简单，管理方便，具有广泛的社会和经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种Pd/泡沫铜电极及其制备方法与应用(一)
本专利技术涉及一种Pd/泡沫铜电极及其制备方法，以及在有机废水脱卤中的应用。(二)
技术介绍
卤代有机化合物是指有机化合物分子中有一个或多个基团被卤素原子取代的一类物质。典型的卤代有机化合物包括碘代物，溴代物，氯代物和氟代物。卤代有机物具有累积生产期长、使用区域广，且具有生态环境毒性，半衰期较长、在自然环境中残留时间长，从而对环境产生严重不良的影响的特点。卤代有机化合物对生物以及生态环境具有一定的危害性和潜在的致癌性。这些物质能累积在鱼类，鸟类等生物体的脂质部分。一旦卤代有机物进入人类的营养链并开始在人体积累便会导致严重的健康问题。这些影响主要表现为内分泌失调，神经功能紊乱，免疫系统的改变和癌症。近年来在各种环境介质中发现了溴代阻燃剂、全氟化合物、有机氯农药等卤代有机物。因此探索更为高效低耗、经济可行的卤代有机物处理方法已成为人们关注的焦点之一。电化学还原脱卤素法由于其较快的反应速率，较低的操作成本，温和的反应条件和较少的二次污染而受到特别的关注。其中电化学氢化脱氯采用对氢原子有特征吸附的电极材料，在电极表面吸附氢原子与卤代有机物发生加氢还原反应。该方法因可以实现彻底脱卤而在卤代有机物的废物处理方面有良好的应用前景。(三)
技术实现思路
为解决现有技术的不足，提高卤代有机物的脱除效率，本专利技术提供了一种用于有机废水脱卤的Pd/泡沫铜电极及其制备方法，所述电极以泡沫铜为载体，通过化学共沉积法在所述载体表面负载活性成分钯制得。该方法操作步骤简单，操作条件易于控制，贵金属用量少，成本低，制得的Pd/泡沫铜电极能快速、彻底的去除多种氯代有机物上的氯原子，处理卤代有机废水效果优异。本专利技术的技术方案如下：一种Pd/泡沫铜电极，按如下方法制备得到：(1)将PdCl2、NaCl溶解于去离子水中配制成化学沉积液；所述PdCl2、NaCl的物质的量之比为1：2-5；所述去离子水的体积用量以PdCl2的物质的量计为1-3L/mol；(2)将经过预处理的泡沫铜基材浸没于步骤(1)制得的化学沉积液中，并于室温(20～30℃)下的恒温摇床内震荡至溶液无色，取出泡沫铜用去离子水冲洗，得到所述Pd/泡沫铜电极；所述泡沫铜基材的预处理方法为：先将泡沫铜基材放入丙酮中进行超声除油，然后放入硫酸水溶液(浓度通常为0.5mol/L)中浸泡以去除表面氧化物，最后在蒸馏水中超声振荡清洗，得到预处理好的泡沫铜基材(保存于无水乙醇中)；本专利技术制得的Pd/泡沫铜电极中，Pd的负载量为2～5％。本专利技术所述Pd/泡沫铜电极可用于有机废水的脱卤处理，例如可应用于电催化降解废水中的3,6-D(3,6-二氯吡啶甲酸)或2,4-D(2,4-二氯苯甲酸)等。所述电催化降解实验在25～30℃的控温水浴下进行，采用恒电流电催化，阴极和阳极电流一致，均为0.002-0.1A，并在预设时间点取反应液采用高效液相色谱仪进行监测分析，通过检测到的卤代有机物浓度判断降解情况。所述电催化降解的实验装置如图1所示，所述装置由电解池4与电化学工作站7串联组成，所述电化学工作站7连接有电脑8，所述电解池4置于循环水浴6中，所述循环水浴6与恒温水槽9连接；所述电解池包括阳极池4-3、阴极池4-2、毛细管4-1，所述阳极池4-3中存放阳极液并设有阳极3，所述阴极池4-2中存放阴极液并设有阴极2，所述毛细管4-1中存放阴极液并设有参比电极1；所述阴极池4-2上方设有取样口，所述阳极池4-3和阴极池4-2的侧面设有连通管道，所述连通管道内设阳离子交换膜将存放于阳极池的阳极液与存放于阴极池的阴极液分隔；所述阴极池4-2、阳极池4-3顶部均设有橡皮塞5。通常，所述阴极2为本专利技术制备的Pd/泡沫铜电极，所述阳极3为Pt电极，所述参比电极1为饱和甘汞电极；所述阴极液为NaCl与3,6-D(或2,4-D)的混合液(模拟废水)，NaCl浓度为2g/L，3,6-D(或2,4-D)浓度为50mg/L，所述阳极液为1-4g/L的NaCl溶液。本专利技术的有益效果主要体现在：Pd/泡沫铜电极具有制备工艺简单、价格低廉、催化效率高、使用寿命长等特点。利用Pd/泡沫铜电极通过电化学加氢还原方法可实现水中卤代有机物的有效去除，操作简单，管理方便，具有广泛的社会和经济效益。(四)附图说明图1：本专利技术Pd/泡沫铜电极处理卤代有机物的实验装置图；图2：实施例1制得的Pd/泡沫铜电极降解卤代有机物中的3,6-D的动力学曲线图。(五)具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行进一步描述，但本专利技术的保护范围并不仅限于此。实施例1：Pd/泡沫铜极片(1)Pd/泡沫铜极片的制备：a、泡沫铜基底预处理：对泡沫铜(20mm×20mm×1.2mm)进行预处理，将其置于丙酮中超声洗涤20min，去除表面油污，再静置于浓度为0.5mol/L的硫酸中浸泡5min以去除表面氧化物，最后在蒸馏水中超声振荡清洗10min，置于无水乙醇中保存。b、电化学沉积钯：在锥形瓶中加入20mL去离子水、0.8871g(10mmol)PdCl2、0.8775g(30mmol)NaCl，待完全溶解后，将预处理过的泡沫铜置于上述锥形瓶中，密封后放入30℃恒温摇床内，震荡直至溶液无色，制备完成的Pd/泡沫铜电极使用蒸馏水反复冲洗后备用；(2)以上述步骤(1)制备的电极作为工作电极，铂片为阳极，电极面积均为4cm2(20mm×20mm×1.2mm)，支持电解质为2g/L的氯化钠溶液，恒电流密度为15mA/cm2，电极间距为80mm，模拟废水为50mg/L的3,6-D，反应体积为500mL，降解反应在25℃的循环水槽内进行，具体装置图见图1。降解反应进行到不同时刻，取样品进行检测分析。Pd/泡沫铜电极降解3,6-D45min后，电流效率为0.75％，3,6-D的去除率为77.4％。由于3,6-D电催化降解是一个多次脱氯反应，可检测到产物为PA(吡啶甲酸)，3-ClPA(3-氯吡啶甲酸)，6-ClPA(6-氯吡啶甲酸)。每个时段样品的分析中3,6-D，PA，3-ClPA和6-ClPA的总摩尔量加和，可得在整个过程中总碳维持平衡，几乎没有改变，基本排除3,6-D脱氯过程中Pd/泡沫铜的电极对反应物和产物的吸附效应。这证明Pd/泡沫铜极片的环境友好性。实施例2Pd/泡沫铜极片的制备与实施例(1)步骤(1)相同。采用以上制备的Pd/泡沫铜电极为阴极，处理50mg/L的3,6-D，Pd/泡沫铜电极催化降解3,6-D的恒电流密度为25mA/cm2，其余操作如实施例1步骤(2)，Pd/泡沫铜电极电化学降解Pd/泡沫铜电极降解3,6-D45min后，电流效率为0.68％，3,6-D的去除率为85.2％。实施例3Pd/泡沫铜极片的制备与实施例(1)步骤(1)相同。采用以上制备的Pd/泡沫铜电极为阴极，处理50mg/L的3,6-D，Pd/泡沫铜电极催化降解3,6-D的恒电流密度为5mA/cm2，其余操作如实施例1步骤(2)，Pd/泡沫铜电极电化学降解Pd/泡沫铜电极降解3,6-D45min后，电流效率为0.80％，3,6-D的去除率为65.4％。实施例4将实施例1反应后的Pd/泡沫铜极片用去离子水进行冲洗，然后放入新配制的50mg/L的3,6-D和2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Pd/泡沫铜电极，其特征在于，所述Pd/泡沫铜电极按如下方法制备得到：(1)将PdCl2、NaCl溶解于去离子水中配制成化学沉积液；所述PdCl2、NaCl的物质的量之比为1：2‑5；所述去离子水的体积用量以PdCl2的物质的量计为1‑3L/mol；(2)将经过预处理的泡沫铜基材浸没于步骤(1)制得的化学沉积液中，并于室温下的恒温摇床内震荡至溶液无色，取出泡沫铜用去离子水冲洗，得到所述Pd/泡沫铜电极。

【技术特征摘要】
1.一种Pd/泡沫铜电极，其特征在于，所述Pd/泡沫铜电极按如下方法制备得到：(1)将PdCl2、NaCl溶解于去离子水中配制成化学沉积液；所述PdCl2、NaCl的物质的量之比为1：2-5；所述去离子水的体积用量以PdCl2的物质的量计为1-3L/mol；(2)将经过预处理的泡沫铜基材浸没于步骤(1)制得的化学沉积液中，并于室温下的恒温摇床内震荡至溶液无色，取出泡沫铜用去离子水冲洗，得到所述Pd/泡沫铜电极。2.如权利要求1所述的Pd/泡沫铜电极，其特征在于，所述泡沫铜基材的预处理方法为：先将泡沫铜基材放入丙酮中进行超声除油，然后放入0.5mol/L硫酸水溶液中浸泡以去除表面氧化物，最后在蒸馏水中超声振荡清洗，得到预处理好的泡沫铜基材。3.如权利要求1所述的Pd/泡沫铜电极在有机废水的...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋爽，童怡雯，何志桥，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33