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钯修饰石墨烯电极对PBDEs的电还原脱溴

赵淼  
【摘要】: 多溴联苯醚广泛存在于环境中,毒性较大,且难于降解,人们探索了一些降解PBDEs的方法,包括生物法、光化学法、电化学法和零价铁还原法等。在各种处理方法中,电化学法由于其效率较高、操作简单及环境友好的特点而备受关注。电极材料是获得较高降解效率的关键因素,本文开发了钯修饰石墨烯电极,研究了这种电极对PBDEs的电还原脱溴性能。主要开展了以下几方面的工作: 采用化学气相沉积法和电泳法制备了石墨烯电极。通过扫描电镜、透射电镜、X-射线衍射仪和拉曼光谱仪对电极的形貌及组成进行了表征,进而优化了制备条件。在气相沉积法中,最优制备条件为:二茂铁浓度为10 mg/mL,噻吩的体积分数为0.095%,反应温度为950℃,沉积时间为20 min。在电泳法中,最优制备条件为:石墨烯浓度为0.2 mg/mL,Mg(N03)2·6H20浓度为0.2mg/mL,电泳5 min后在850℃下煅烧1 h。 采用恒电流电沉积法在石墨烯电极上负载钯纳米颗粒,考察了电流密度和沉积时间对电极形貌和性能的影响,通过透射电镜观察发现在电流密度为1.25 mA/cm2、沉积时间为5 min时,Pd颗粒直径5 nm左右,分散性较好。通过X-射线能谱仪分析证实了钯在电极上的存在。循环伏安分析表明钯修饰石墨烯电极具有优良的电化学性能。 分别采用钯修饰化学气相沉积法制备的石墨烯电极和钯修饰电泳法制备的石墨烯电极作为工作电极对BDE47进行电催化还原脱溴。考察了电极制备条件和工作电压对降解效果的影响。研究表明,在0.05 mol/L硫酸作支持电解质、工作电压为-0.8 V时,电泳法制备的Pd/graphene/Ti电极对初始浓度为10 mg/L的BDE47电降解3 h的降解率能达到96%,优于钯修饰钛电极(Pd/Ti)和钯修饰碳纳米管电极(Pd/CNTs/Ti)。在同样条件下,电泳法制备的电极降解效率优于气相沉积法制备的电极。对降解产物进行定性分析,检测到三溴联苯醚,二溴联苯醚,一溴联苯醚和联苯醚,这些中间产物的存在证明了取代位的溴已经被氢取代了。 综上所述,本文用不同的方法制备出了Pd/graphene/Ti电极,并将其应用于电催化还原脱卤。考察了不同电极在适宜条件下的降解效果,发现石墨烯电极相比其他平板电极具有更好的降解效果,为石墨烯在电催化技术中的应用提供了实验依据和理论基础。


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