電活性α-ZrP-PANI雜化膜的制備及其對鉛離子的電控離子交換性能.pdf

1、電活性材料是電子-離子的混合導(dǎo)體，通過改變膜的氧化還原狀態(tài)可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)離子的吸脫附。該材料在電控離子交換、電化學(xué)能源轉(zhuǎn)換和存儲、電子設(shè)備傳感器、超級電容、電致變色、離子選擇性電極等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。目前可用的電活性材料主要有無機(jī)過渡金屬材料（鐵氰化物）、有機(jī)導(dǎo)電高分子材料（聚苯胺-PANI、聚吡咯-PPy、聚乙烯二氧噻吩-PEDOT等）以及二者形成的雜化膜。其中雜化材料因兼具二者的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)引起人們的廣泛關(guān)注。
　　本文通過循環(huán)

2、伏安法在碳納米管(CNTs)修飾的Au基體上控制合成了無定形的α-ZrP/PANI雜化膜，并將其應(yīng)用于電控離子交換(ESIX)技術(shù)處理重金屬離子廢水，其過程快速、高效且無二次污染。通過水熱法合成高結(jié)晶度的α-ZrP，并在水相中對其進(jìn)行剝層，使活性基團(tuán)P-OH完全顯露出來;通過氧原子與重金屬離子之間的配位作用，使該雜化膜對重金屬Pb2+離子表現(xiàn)出良好的吸附性能。α-ZrP作為一種固體酸具有良好的質(zhì)子傳導(dǎo)和離子交換能力，能夠?yàn)榫郾桨返难趸€

3、原提供酸性微環(huán)境，使該膜在中性介質(zhì)中表現(xiàn)出良好的電活性。通過循環(huán)伏安法并結(jié)合電化學(xué)石英晶體微天平(EQCM)原位監(jiān)測雜化膜的生長過程，分析制膜過程中電流、電量和質(zhì)量之間的關(guān)系，結(jié)合掃描電鏡(SEM)、能量分散譜儀(EDS)、X射線衍射儀(XRD)考察該雜化膜的成膜機(jī)理。實(shí)驗(yàn)表明，剝層后的α-ZrP納米片以離散的形式分布在PANI中，形成無定形的α-ZrP/PANI雜化膜。通過改變雜化膜的氧化還原電位實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)離子的吸脫附，該方法具有快速

4、電位響應(yīng)去除重金屬離子的性能。此外，結(jié)合X射線光電子能譜儀(XPS)、原子吸收分光光度計（AAS）考察該雜化膜對重金屬離子的吸附選擇性;結(jié)果表明，該雜化膜對Pb2+的選擇性明顯高于其它重金屬離子。
　　已有研究表明，采用雙脈沖法可在基體上制備纖維狀的PANI納米纖維。因此，在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，采用分步沉積法制備出具有高離子交換容量的三維多孔α-ZrP/PANI雜化膜。首先采用雙脈沖法合成PANI低聚體薄膜，低聚物的鏈端含有大量的

5、-NH2基團(tuán)，第二層雜化膜在沉積時沿著鏈端的氨基繼續(xù)生長形成PANI纖維，并同時沉積α-ZrP，形成三維多孔的雜化膜。通過調(diào)節(jié)制膜液的組成及制備參數(shù)控制雜化膜中α-ZrP的沉積量，從而提高其離子交換容量和循環(huán)穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)合EQCM技術(shù)原位分析膜的生長及其離子交換過程，并且借助XRD、XPS、SEM、EDS等技術(shù)分析了雜化膜的表觀形貌、晶型結(jié)構(gòu)、協(xié)同機(jī)制等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，纖維狀的α-ZrP/PANI雜化膜采用循環(huán)伏安法測得的離子交換容量