一种Pd/ZIFs-8@Ti3C2T制造技术

本发明专利技术公开了一种Pd/ZIFs

【技术实现步骤摘要】
一种Pd/ZIFs
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8@Ti3C2T
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电催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电化学水处理
，具体涉及一种Pd/ZIFs
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8@Ti3C2T
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电催化剂及其制备方法和在氯酚类化合物电催化氢化还原脱氯中的应用。

技术介绍

[0002]氯酚类化合物(Chlorophenols Compounds,CPs)是一种化学性质稳定的广谱杀菌防腐剂和化工生产有机中间体，对生物体具有致畸、致癌、致突变的“三致”作用，是公认的环境持久性有毒有害污染物。目前，降解CPs污染物的方法研究主要集中在物理化学法、生物技术、化学还原法和化学氧化法，并取得了显著的成果，但各方法各有其不足。实际废水处理一般利用活性污泥工艺对含CPs 的废水进行生化处理，但CPs能改变细胞膜的结构，使污泥膨胀和降低泥水分离效率作用而毒化活性污泥，进而导致常规水处理无法使废水中的氯酚类污染物有效降解。基于Fenton反应、活化过硫酸盐氧化反应等能产生强氧化活性自由基(主要为
·
OH和SO4·
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)的高级氧化反应技术能实现对CPs的深度降解。研究发现 Fenton反应和过硫酸盐催化体系能将2,4
‑
二氯苯酚和2,4,6
‑
三氯苯酚彻底降解成二氧化碳和水。然而，CPs在高级氧化降解过程中容易产生多种毒性更强且更难以被降解的含氯芳烃，这要求对CPs氧化降解前首先进行脱氯处理。研发高效的还原脱氯方法对高效深度降解CPs具有重要意义和应用前景。
[0003]电化学催化氧化技术能实现对CPs污染物的矿化，达到深度降解的效果，该技术包括电催化氢化还原脱氯(Electrocatalytic Hydrodechlorination,EHDC)过程和电化学氧化过程，其中EHDC效果是影响深度降解程度的关键。EHDC是指含氯有机污染物在阴极发生电化学催化还原反应，使苯环上的氯原子被水或质子电解产生的活性氢所取代，从而被转化为无毒或低毒容易被氧化的化合物过程。EHDC通常利用具有催化活性的金属材料修饰制作阴极电极，使水溶液电解产生强还原性的吸附在阴极材料表面的活性氢原子，进而攻击吸附在基材表面的氯酚类污染物，实现还原脱氯目标。
[0004]电催化氢离子在阴极材料界面发生2个电子转移，还原产生氢气(HER)过程能在金属材料界面产生活性吸附氢，其具体过程包含两个基本步骤，第一步为氢离子发生单电子转移在金属界面形成活性吸附氢(Volmer reaction)；第二步为氢气的电化学脱附过程，包含两种不同类型反应机制，分别为Heyrovsky反应和Tafel反应类型。具有HER催化性能的阴极材料如Pd、Cu、Ti、Fe等金属及其合金和复合材料被用于电化学还原脱氯研究，且确实发现具备良好的EHDC 能力。其中，Pd因具有高效的催化产生活性氢H*效率，以及对H*良好的保持能力，容易在阴极界面产生(H
*
)
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M(催化电极界面吸附的活性氢物种)，成为最有利于EHDC的阴极材料。但是金属Pd价格昂贵，同时在较高的还原电位下， (H
*
)
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M能通过Heyrovsky或Tafel反应消耗(H
*
)
ads
M，且产生的H2气泡会干扰氢离子和CPs向阴极界面的传质过程，从而降低EHDC效率。
[0005]金属钯(Pd)是性能较优和结构较稳定的电化学脱氯催化剂，被广泛使用。但研究表明，在电催化氢化还原脱氯过程中，Pd很容易被脱氯产物毒化(如针对2,4
‑ꢀ
二氯苯酚的
脱氯反应中，脱氯产物苯酚难从Pd表面脱附，毒化严重)，因此如何提高Pd抗毒化效果，以提升其脱氯效率和动力学，显得尤为重要。目前，行之有效的方法是通过调控Pd电子结构，优化其吸附脱氯产物强度来缓解毒化。调控的方式包括在金属中引入晶格缺陷；或引入导电载体形成金属
‑
载体界面；或引入另一种金属，与Pd形成金属合金等。但目前这些调控方式所对应的材料合成比较复杂，且电子调控的幅度不够宽泛，无法满足要求
[0006]电催化氢化还原脱氯技术，通过外接电源提供电子，原位电解水形成H*取代 Cl实现脱氯。电催催化氢化还原脱氯具有以下优点：1)源源不断地提供电子，保证反应连续高效；2)可控制电压来调节反应动力学和路径，其适用范围广泛；3) 无需外加化学物质，无二次污染，反应条件温和，环境友好，这些优点使电催化氢化还原脱氯技术成为一种前景较优的“环境友好型”技术。
[0007]近年来先后有关于Pd/ACF电极，Pd/GC电极，Pd/Ni电极，Pd/Ti电极等Pd 直接沉积于基材上的电极的研究，但是由于结合位点之间的相互作用力不稳固，造成Pd催化剂颗粒容易脱落，催化电极稳定性差，使用寿命不长的技术缺陷。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是在于提供了一种Pd/ZIFs
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8@Ti3C2T
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电催化剂及其制备方法和在氯酚类化合物电催化氢化还原脱氯中的应用，采用ZIFs
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8@Ti3C2T
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作为复合载体，用于负载Pd纳米颗粒，旨在提高EHDC效率的同时，改善整个电极的稳定性。
[0009]为了实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]一种Pd/ZIFs
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8@Ti3C2T
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电催化剂，包括Pd纳米颗粒和ZIFs
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8@Ti3C2T
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复合载体，所述ZIFs
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8@Ti3C2T
x
复合载体由ZIFs
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8修饰二维层状Ti3C2T
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而成，所述Pd纳米颗粒负载在ZIFs
‑
8@Ti3C2T
x
复合载体上。
[0011]作为优选，所述Pd纳米颗粒和ZIFs
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8@Ti3C2T
x
复合载体的质量比为 0.05
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0.1：1；所述ZIFs
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8@Ti3C2T
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复合载体中，ZIFs
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8和Ti3C2T
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的质量比为1
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0.5： 4
‑
8。
[0012]电极界面(H)
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M的生成速率是决定EHDC效果的关键因素，电解析出的氢气与电催化氢化脱氯反应中的(H)
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M产生竞争，阻碍催化剂表面与液体表面间的电子传递和传质作用，导致脱氯性能下降。阴极材料的析氢过电位对电催化氢化脱氯性能有着显著影响，此外，增加阴极材料的比表面积能增强目标物质和活性位点作用效率，良好的导电能力有利于电子的传递，均对电化学催化效率有促进作用。综合上述电化学催化氢化脱氯性能与材料形态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Pd/ZIFs
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8@Ti3C2T
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电催化剂，其特征在于，包括Pd纳米颗粒和ZIFs
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8@Ti3C2T
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复合载体，所述ZIFs
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8@Ti3C2T
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复合载体由ZIFs
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8修饰二维层状Ti3C2T
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而成，所述Pd纳米颗粒负载在ZIFs
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8@Ti3C2T
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复合载体上。2.根据权利要求1所述的Pd/ZIFs
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8@Ti3C2T
x
电催化剂，其特征在于：所述Pd纳米颗粒和ZIFs
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8@Ti3C2T
x
复合载体的质量比为0.05
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0.1：1；所述ZIFs
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8@Ti3C2T
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复合载体中，ZIFs
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8和Ti3C2T
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的质量比为1
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0.5：4
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8。3.权利要求1或2所述的Pd/ZIFs
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8@Ti3C2T
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电催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将2
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甲基咪唑溶解于甲醇中得到2
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甲基咪唑甲醇溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈红军，刘秀，唐兴，于意，文瑾，
申请(专利权)人：湖南人文科技学院，
类型：发明
国别省市：