浸漬-氧化法制備β-PbO-,2--SPE復(fù)合膜電極的研究.pdf

1、SPE(solid polymer electrolyte)復(fù)合膜電極以其電解質(zhì)簡單、電流效率高、能耗低、副反應(yīng)少、操作彈性大和催化活性好已成為電化學材料研究領(lǐng)域熱點之一?，F(xiàn)有的制備PbO<,2>-SPE復(fù)合膜電極的方法有機械施壓法(熱壓法)和電化學沉積法兩種，但這兩種方法各有特點，也各存在不足。為此，本文首次提出并采用浸漬一氧化法制備β-PbO<,2>-SPE復(fù)合膜電極，旨在將催化活性更好的β-Pbo<,2>通過化學方法直接沉積到SP

2、E基膜上。作為河南省杰出人才創(chuàng)新基金項目(項目編號：521001400)，本文以Nafion陽離子膜作為基膜，進行了基膜類型的選擇與活化、制備技術(shù)與工藝條件優(yōu)化、電極性能表征、電極改性和評價以及膜電極電催化降解苯酚研究，具有較高的學術(shù)理論意義和工程應(yīng)用前景。 基膜是制備β-PbO<,2>-SPE復(fù)合膜電極的基礎(chǔ)，依據(jù)Nafion膜的結(jié)構(gòu)特征，通過凈化實驗和溶脹實驗，以及SEM、EDS測試，表明Nafion324膜是較理想的基膜，

3、確定出了基膜活化的方法及步驟，獲得了基膜充分溶脹條件。在5種氧化實驗方案基礎(chǔ)上，獲得浸漬．氧化法制備β-PbO<,2>-SPE復(fù)合膜電極的工藝路線。通過理論分析和較細致的單因素實驗，首次優(yōu)化出制備β-PbO<,2>-SPE復(fù)合膜電極最佳工藝條件為：浸漬過程中用超聲波攪拌，溫度50℃，浸漬液濃度配比為0.05 mol·L<'-1>Pb(NO<,3>)<,2>+1.0 mol·L<'-1>NH<,4>Ac，浸漬時間2.0 h；氧化過程中超聲

4、攪拌強度為40W，溫度為40℃；氧化時間2.0 h。在優(yōu)化條件下經(jīng)過8-11次重復(fù)浸漬-氧化過程，可制成完整的β-PbO<,2>-SPE復(fù)合膜電極。經(jīng)過XRD、SEM、EDS測試，表明β-PbO<,2>-SPE復(fù)合膜電極沉積層主要成分為β-PbO<,2>，晶粒細小，致密且均勻分布在基膜上，與基膜結(jié)合牢固。穩(wěn)態(tài)極化曲線顯示，在1.0mol·L<'-1> H<,2>SO<,4>溶液中β-PbO<,2>-SPE復(fù)合膜電極析氧電位約為100mv

5、(vs.SCE)，交換電流密度為i<'0>=7.182×10<'-3>A·cm<'-2>，電極的穩(wěn)定性較好、耐腐蝕性強。循環(huán)伏安曲線證明膜電極具有電化學降解苯酚的能力，苯酚在膜電極上降解過程準可逆，受擴散控制。 根據(jù)化學沉積過程中添加劑的作用原理，從絡(luò)合和緩沖型添加劑中選擇F<'->、從改性型添加劑中選擇Fe<'2+>、從穩(wěn)定鍍液型添加劑中選擇重金屬離子Co<'2+>，分別制備出3種改性β-PbO<,2>-SPE復(fù)合膜電極。通過

6、XRD、SEM、EDS、穩(wěn)態(tài)極化曲線、循環(huán)伏安曲線等研究，表明改性的β-PbO<,2>-SPE復(fù)合膜電極表面沉積的β-PbO<,2>更加均勻、致密，增強了膜電極的活性和穩(wěn)定性，更適合作為電化學降解過程中的陽極材料。初步探討添加劑在β-PbO<,2>沉積過程中機理的結(jié)果顯示，添加F<'->只改變催化層的形貌，添加Fe<'2+>和Co<'2+>形成了α-Fe<,2>O<,3>和β-PbO<,2>共沉積以及Co<,3>O<,4>和β-PbO<

7、,2>共沉積的電催化層，提高膜電極的電催化活性。 β-PbO<,2>-SPE及3種改性復(fù)合膜電極降解濃度為100mg·L<'-1>的苯酚溶液的結(jié)果證明：在1.0mol·L<'-1> H<,2>SO<,4>介質(zhì)中4種膜電極顯示出較強的苯酚降解能力，其降解能力大小順序可歸結(jié)為：β-PbO<,2>/Co-SPE>β-PbO<,2>/Fe-SPE>β-PbO<,2>-SPE≈β-PbO<,2>/F-SPE，且在電解過程中，槽電壓均低于相