[发明专利]一种碳纳米管掺杂Nafion膜修饰的高稳定性催化电极的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合电极的制备方法，尤其涉及一种具有碳纳米管修饰的高稳定性负载电极的制备方法，用于水中的氯代有机物电化学还原脱氯，属于催化电极技术领域。

背景技术

氯代有机化合物,由于其难降解、多数具有“三致”效应而危害性极大的。国际环境保护组织公布的“黑名单”上，排在首位的是卤代物和可以在环境中形成卤代物的物质，由于其种类繁多,又是重要的化工原料、中间体和有机溶剂,因而被广泛应用于化工、医药、农药、制革等行业，自来水中已检测出氯代有机物。因此，最新的中国水质标准非常着重的予以强调。近几年，水中氯代有机物去除方法研究的备受关注。综合比较焚烧法、生物降解法、吸附法、碱金属还原法以及电化学技术等各项去除氯代有机物的方法。电催化还原脱氯，作为一种环境友好的技术，被认为是最有应用前景的技术。它是通过电化学反应，在催化阴极上的加氢脱氯反应，实现从污水中除去氯代有机物，而电化学还原脱氯的关键技术之一在于电极。

钯（Pd）因为具有优异的活性氢贮存能力和较高的析氢过电位，能够保证活性氢与氯代有机分充分反应，而成为催化剂研究的重点。近年来报道的电催化加氢脱氯电极，大致分为两类：一类是基于吸附性良好的碳材料为载体的Pd电极，例如，Pd/活性炭纤维(Pd/ACF)电极和Pd/碳毡电极等，由于碳材料良好的吸附性和导电性，因而具有助催化效应，提高了整体电极的催化活性，但是，受限于基质的不稳定，而不能连续使用；另一类是基于高稳定性的载体，例如，Pd/玻碳(Pd/GC)电极和Pd/钛（Pd/Ti）电极，这类电极改进了基质的稳定性，但由于直接在基质上沉积Pd，催化剂和载体固着力差，易脱落，且催化活性一般，无法推广。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种高稳定性和催化活性的碳纳米管掺杂Nafion膜修饰的复合催化电极（Pd/MWCNTs-Nafion/Ti电极）的制备方法。

本发明所提供的Pd/MWCNTs-Nafion/Ti复合电催化电极的制备方法，包括以下步骤：

（1）将氯化钯（PdCl₂）粉末溶于盐酸中，用去离子水稀释得到5～10mmol/L的PdCl₂溶液，加HCl调节电解液pH为0.2～0.4，加入一定量表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、十二烷基磺酸钠（SLS）或十六烷基苯磺酸钠(SDBS），得到0.05～0.10mmol/L的CTAB，或者0.5～1.0mmol/LSLS，或者0.5～1.0mmol/L的SDBS；

（2）将钛网在碳酸钠溶液中浸洗除油后，在草酸溶液中煮以除氧化物，二次蒸馏水清洗干净，氮气吹干备用；

（3）取多壁碳纳米管（MWCNTs）浸没于浓硝酸中，50～60℃在超声波中超声4h，过滤、用二次重蒸水洗涤，直到滤液为中性，干燥；

（4）取步骤（3）得到的处理过的MWCNTs分散于质量分数为0.05～0.15%的Nafion的乙醇溶液中，超声分散30min，得到均匀MWCNTs-Nafion悬浮液（优选处理过的MWCNTs的浓度为1g/L），静置备用；

（5）取步骤（4）得到的悬浮液，均匀滴涂在步骤（2）处理过的Ti网上，室温晾干，得MWCNTs-Nafion/Ti；

（6）以步骤（5）制得的MWCNTs-Nafion/Ti电极为阴极，铂片为阳极，以步骤（1）制备的PdCl₂溶液为电解液，电沉积制得复合催化电极（Pd/MWCNTs-Nafion/Ti电极），沉积电流密度为5.0～7.5mA/cm²，沉积时间为50～70min。

以上述制备的Pd/MWCNTs-Nafion/Ti电极为催化阴极，用于水中的氯代有机物电化学还原脱氯，以2,4,6-三氯酚（2,4,6-TCP）为目标污染物进行脱氯试验，显示出高催化活性和高稳定性。

与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明采用Nafion的乙醇溶液，得到稳定、分散的MWCNTs-Nafion悬浮液，由于Nafion溶液具备有快速成膜特性，从而得到稳定的MWCNTs-Nafion/Ti修饰膜,为复合电极的稳定性提供物质基础；

（2）本发明以MWCNTs-Nafion为中间修饰层，由于MWCNTs是质子导体，Nafion是电子导体，在电沉积中能改变Pd在MWCNTs-Nafion膜上的沉积形态，增加高活性Pd晶面的暴露程度，进而增加电极的催化活性。