[发明专利]一种CV扫描辅助Pd-Cu/Ti电极的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明借助循环伏安（CV）辅助制备高比表面Pd-Cu/Ti电极并将此电极用于五氯酚（PCP）的脱氯，属于电化学水处理技术领域。

背景技术

氯酚是一类高毒性难生物降解物质，对环境的危害极大。而脱氯这项技术可以大大降低其对环境的危害。脱氯目前主要有两大研究方向：一是催化加氢脱氯（HDC），利用纳米催化剂如Pd/Fe，Pd/SiO₂等将氯酚中的氯取代掉；二是电催化加氢还原脱氯（ECH），将钯等物质沉积到基体材料表面，如Pd/泡沫镍电极，Pd/Ti电极。两个研究方向中的催化剂都围绕贵金属钯，因为它是一种有效的储氢材料，而脱氯过程是利用生成的活性氢取代电极表面吸附的氯酚上的氯。双金属催化剂因其可以降低成本、提高电极的稳定性而引起研究者的关注，例如Co的加入能够防止钯的氧化，改变Pd-Pd键的长度，降低金属粒子的尺寸。除此之外，还有Pd-Fe，Pd-Al双金属纳米颗粒，Pd-Ni双金属电极，Pd/Ag/Ti电极，Pd/Au/Ti电极。

本发明中采用CV辅助法恒电位沉积制备Pd-Cu/Ti双金属电极并将其用于脱氯研究，CV辅助可以改变电极金属与金属之间的结构关系，晶体能够定向生长，使电极形貌发生良性改变，提高脱氯效果。

铜因化学性质稳定，价格低廉，而被用来制备Pd-Cu合金并用于氧气与硝酸盐的还原或甲醇的氧化。Xu等人制备了Pd-Cu/ZrO₂催化剂并用于水中硝酸盐的还原将其转化为氮气[①Ind.Eng.Chem.Res,2009,48(18):8356-8363]。Tang等人制备了Pd/Cu合金证明了Pd:Cu=1:1时还原O₂活性最高[②J.Phys.Chem.Lett,2011,2(11),1328-1331]。Yin等人制备了Pd-Cu双金属纳米颗粒，证明了Pd₈₅Cu₁₅对甲醇的电化学氧化效果最佳[③Chem.Eur.J.2012,18,4887-4893]。

本发明制备了CV扫描辅助Pd-Cu/Ti电极，并将此电极用于五氯酚的脱氯，实现了高效去除。文献①,②,③，都是制备纳米级的钯铜合金催化剂，与上述文献对比，虽然都是Pd-Cu合金，但是它们都未涉及到CV扫描辅助Pd-Cu/Ti电极的制备而且CV扫描辅助Pd-Cu/Ti电极使用目的也与它们不同。本发明制备的CV扫描辅助Pd-Cu/Ti电极是以电催化还原脱氯为目标，电极稳定、催化活性高，价格低廉，具有创造性。

发明内容

本发明的目的是提供循环伏安（CV）辅助制备高比表面Pd-Cu/Ti电极并将此电极用于五氯酚（PCP）高效脱氯。

为实现上述目的，本发明的一种CV扫描辅助制备Pd-Cu/Ti电极的方法，包括以下步骤：（1）将氯化钯（PdCl₂）粉末溶于3M盐酸中（优选氯化钯的浓度为1g氯化钯/100ml盐酸），用去离子水稀释得到15mM的PdCl₂溶液。

（2）向步骤（1）所得的稀释后的PdCl₂溶液中加入CuSO₄·5H₂O，搅拌均匀，其中每50mLPdCl₂溶液对应0.0625g CuSO₄·5H₂O；

（3）向步骤（2）中所得的混合溶液中加入NaOH调节pH到1.0；

（4）以钛网为阴极，铂片为阳极，采用恒电位-0.9V（相对于Hg/Hg₂SO₄电极）在步骤（3）的溶液中沉积25min，得到Pd-Cu/Ti电极；

（5）步骤（4）制备的Pd-Cu/Ti电极再在0.5M H₂SO₄中进行CV扫描，电位扫描范围为-800mV～700mV，扫描速度为50mV/s，扫描圈数为1～65，得到CV扫描辅助Pd-Cu/Ti电极。

采用上述方法制备Pd-Cu/Ti电极用于PCP的电催化还原脱氯。

本发明所制备的催化电极用于PCP的电催化还原脱氯时，脱氯效率高且脱氯速度快，通过控制初始的pH，时反应结束后溶液接近中性，以便于后续处理。

与现有双金属电极相比，本发明具有以下有益效果：

1）本发明选用价格低廉且在酸性条件下极其稳定的Cu作为第二种金属，在使用过程中提高了双金属电极寿命，不会出现由于第二种金属溶解带来的二次污染问题。