一种二氧化锰-聚吡咯复合电极及其制备方法和在重金属检测中的应用技术

本发明专利技术提供了一种二氧化锰

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化锰
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聚吡咯复合电极及其制备方法和在重金属检测中的应用


[0001]本专利技术属于电化学传感器领域，具体为重金属离子电化学检测领域，涉及一种二氧化锰
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聚吡咯复合电极及其制备方法和在重金属检测中的应用。

技术介绍

[0002]重金属是指比重大于5的金属，包括金、银、铜、铁、铅、汞等。随着重金属的开采、冶炼和加工，导致造成不少重金属进入大气、水、土壤，引起严重的环境污染。如随废水排出的重金属，即使浓度小，也可在藻类和底泥中积累，被鱼和贝类体表吸附，产生食物链浓缩，从而造成公害。重金属在人体内能和蛋白质及各种酶发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器官中富集，如果超过人体所能耐受的限度，会造成人体急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒等，对人体会造成很大的危害。
[0003]活性和持久性表明污染物在环境中的稳定程度。活性高的污染物质，在环境中或在处理过程中易发生化学反应，毒性降低，但也可能生成比原来毒性更强的污染物，构成二次污染。如汞可转化成甲基汞，毒性更强。与活性相反，持久性则表示有些污染物质能长期地保持其危害性，如重金属铅具有毒性且在自然界难以降解，并可产生生物蓄积，长期威胁人类的健康和生存。
[0004]在天然水体中一般重金属产生毒性的范围大约在1～10mg/L之间，而汞等产生毒性的范围在0.01～0.001mg/L之间。因此，对微量重金属离子的即时检测至关重要。
[0005]目前认可的重金属分析方法有：紫外可分光光度法(UV)、原子吸收法(AAS)、原子荧光法(AFS)、电感耦合等离子体法(ICP)、X荧光光谱(XRF)、电感耦合等离子质谱法(ICP
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MS)等，但是这些检测方法，仪器成本高，操作复杂，检测时间长，同时检测精度和重复性无法保证。而电化学方法检测速度快，数值准确，可用于现场等环境的应急检测。因此，开发可用于重金属离子快速检测的电化学传感电极尤为重要。
[0006]聚吡咯由吡咯单体聚合而来，是一种无定型且不溶不融的黑色固体。聚吡咯具有较高的导电性，生物相容性和环境稳定性，而且单体活性较高，非常容易实现氧化聚合，而且无毒，对环境友好。聚吡咯在传感器，电子器件及功能化薄膜等诸多领域都具有广阔的应用前景。
[0007]因此，本专利技术将聚吡咯与具有催化活性的二氧化锰复合，所制备的复合电极具有灵敏度高、稳定性好等优点，实现了对微量重金属离子的快速检测。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种可同时检测汞、铅和铜离子的重金属离子检测电极，并保证其可靠性与稳定性。
[0009]本专利技术提供了一种用于重金属检测的二氧化锰
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聚吡咯复合电极及其制备方法。
[0010]本专利技术的目的是提供一种二氧化锰
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聚吡咯复合电极，以金属电极为基底，包括工
作电极、参比电极与辅助电极，包括电极基底和电极修饰层，其中工作电极、参比电极和辅助电极在电极的同一平面集成，金属电极表面修饰金属镍层，工作电极表面修饰二氧化锰
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聚吡咯修饰层。
[0011]聚吡咯具有半导体特性，因此利用聚吡咯暴露在检测的分子或离子中导电率的变化与检测物的浓度存在的定量关系即可实现检测分析。此外，聚吡咯还具有良好的导电性、化学稳定性和生物兼容性，能够与多种活性材料复合，增强提高其催化性能和稳定性。聚吡咯与高催化活性的氧化物复合能显著改善催化剂的导电环境，更大程度发挥其催化性能，获得更高灵敏度的化学传感器。
[0012]二氧化锰
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聚吡咯修饰层具有三维束状结构，束带宽度为1.5～2.0μm，其中二氧化锰颗粒均匀修饰于聚苯胺表面，粒径为5～20nm。
[0013]本专利技术提供的二氧化锰
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聚吡咯复合电极将具有优异导电性的聚吡咯与良好催化性能的二氧化锰复合，其协同作用提供了更多的电子转移和离子传输的通道，极大的增加了电极的活性面积，提高了传感特性及响应时间，可以实现检测现场的即时检测与应急检测的需要。同时，复合电极的三维立体骨架结构，增强了电极的稳定性，可以实现二氧化锰
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聚吡咯复合电极的重复循环使用。
[0014]本专利技术的另一目的是提供一种二氧化锰
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聚吡咯复合电极的制备方法。
[0015]具体包括以下步骤：
[0016]S1、Ni层的制备：采用电沉积法在电极基底表面制备Ni缓冲层，得到镍电极；
[0017]S2、聚吡咯膜层的制备：以镍电极为基底，采用电沉积的方法制得聚吡咯电极；
[0018]S3、二氧化锰
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聚吡咯复合电极的制备：以聚吡咯电极为基地，在其表面原位修饰二氧化锰，得到二氧化锰
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聚吡咯复合电极。
[0019]进一步，步骤S1中，电沉积法为：配置镀镍溶液，具体为硫酸镍200～300g/L、氯化镍20～30g/L、硼酸20～30g/L、十二烷基磺酸钠0.1～0.2g/L，调节溶液pH值为3.0～4.0；采用双电极恒电流模式，以钛网电极作为阳极，所述电极基底作为阴极，设置温度为40～50℃，电流密度为1.0～5.0A/dm2，电沉积时间为5～10min。
[0020]聚吡咯的合成方法主要包括化学法和电化学聚合法。化学法需消耗较多的氧化剂，得到的聚吡咯容易包裹杂质，需要进一步处理后才能利用。而电化学法操作简单，消耗较少，条件容易控制，得到的聚吡咯导电性和力学性能较好，可直接在电极上聚合修饰，是制备聚吡咯修饰电极的主要方法。
[0021]进一步，步骤S2中，聚吡咯膜层的制备方法为：以镍电极为工作电极，置入聚吡咯溶液中，Pt为辅助电极，Ag/AgCl为参比电极，施加0.3～0.8V电位，电沉积时间为10～50s，再置于去离子水中超声清洗3～5min。
[0022]上述聚吡咯溶液的具体组成为：30～60mmol/L吡咯单体，0.1～0.5mol/L Na2SO4，20～50mmol/L十二烷基磺酸钠。
[0023]进一步，步骤S3中，二氧化锰
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聚吡咯复合电极的制备方法为：配置二氧化锰溶液，具体组成为0.01～0.05M乙酸锰，0.01～0.05M氯化钾溶液；采用三电极体系，以聚吡咯电极为工作电极，Pt为对电极，Ag/AgCl为参比电极，采用循环伏安法进行扫描沉积，电位范围0.04～1.04V，扫速30～50mV/s。
[0024]采用SEM电镜扫描观察本专利技术制备的二氧化锰
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聚吡咯复合电极。
[0025]图1是本专利技术制备的二氧化锰
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聚吡咯复合电极的SEM形貌图，其中图1(a)和图1(b)是聚吡咯电极的SEM图，图1(c)和图1(d)是在聚吡咯电极表面原位修饰二氧化锰后制备的二氧化锰
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聚吡咯复合电极的SEM图。从图中可看出，聚吡咯电极呈有规则地束状分布，当采用电化学方法进行原位修饰后，在聚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二氧化锰
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聚吡咯复合电极，以金属电极为基底，包括工作电极、参比电极与辅助电极，包括电极基底和电极修饰层，其特征在于，所述工作电极、所述参比电极和所述辅助电极在所述电极的同一平面集成，所述金属电极表面修饰金属镍层，所述工作电极表面修饰二氧化锰
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聚吡咯修饰层。2.根据权利要求1所述的一种二氧化锰
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聚吡咯复合电极，其特征在于，所述二氧化锰
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聚吡咯修饰层具有三维束状结构，束带宽度为1.5～2.0μm，其中二氧化锰颗粒均匀修饰于聚苯胺表面，粒径为5～20nm。3.根据权利要求1或2所述的一种二氧化锰
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聚吡咯复合电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、Ni层的制备：采用电沉积法在电极基底表面制备Ni缓冲层，得到镍电极；S2、聚吡咯膜层的制备：以镍电极为基底，采用电沉积的方法制得聚吡咯电极；S3、二氧化锰
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聚吡咯复合电极的制备：以聚吡咯电极为基底，在其表面原位修饰二氧化锰，得到二氧化锰
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聚吡咯复合电极。4.根据权利要求3所述的二氧化锰
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聚吡咯复合电极的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述电沉积法为：配置镀镍溶液，具体为硫酸镍200～300g/L、氯化镍20～30g/L、硼酸20～30g/L、十二烷基磺酸钠0.1～0.2g/L，调节溶液pH值为3.0～4.0；采用双电极恒电流模式，以钛网电极作为阳极，所述电极基底作为阴极，设置温度为40～50℃，电流密度为1.0～5.0A/dm2，电沉积时间为5～10min。5.根据权利要求3所述的二氧化锰
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【专利技术属性】
技术研发人员：奚亚男，胡保帅，崔皓博，
申请(专利权)人：广州钰芯传感科技有限公司，
类型：发明
国别省市：