石墨烯电极制备及其电催化PBDEs脱溴性能

论文摘要

近年来,多溴联苯醚（PBDEs）的使用量逐年增长,而其难降解及长距离迁移性使其遍布全球。研究证明,PBDEs具有潜在致癌性,对人体的内分泌、神经及免疫系统有毒害作用。PBDEs的性质非常稳定,难于降解。电化学降解法因操作简单,效率较高,不产生二次污染的特点而备受关注。针对PBDEs的污染治理现状,本文开发了石墨烯电极和钯修饰石墨烯电极,研究了此两种电极对PBDEs的电化学脱卤机理,开展的主要工作有：采用高温裂解-电泳法制备石墨烯电极。先将石墨氧化物在高温下裂解为石墨烯,然后用电泳法在钛片上制备石墨烯电极。在高温裂解法中采用的最优条件为：通氩气保护,反应温度为1000℃,保温时间为30分钟。在电泳法中,采用的制备条件为：石墨烯及Mg（NO3）2·6H2O的浓度均为0.1g/L,沉积时间为8分钟,煅烧温度为850℃,煅烧时间为30分钟。采用恒电流沉积法将钯颗粒负载在高温裂解法—电泳法制备的石墨烯电极上。沉积条件为：电流密度为1.25mA/cm2,沉积时间为5分钟。通过扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线光电子能谱仪（XPS）、红外光谱仪（IR）和拉曼光谱仪（Raman）对电极的形貌特征及组成进行了表征。通过透射电镜观察到钯颗粒直径大约为10nm左右,分散比较均匀。采用水合肼还原-恒温干燥法制备石墨烯电极。先将石墨氧化物溶于高纯水,加入水合肼及氨水进行还原,再在恒温干燥箱内进行沉积,最优条件为：每100mL高纯水中加入40mg石墨氧化物,700μL氨水,40μL水合肼,超声时间为8小时。恒温干燥法的最优条件为：干燥温度50℃,干燥时间12小时。通过SEM、原子力显微镜（AFM）、XPS、IR和Raman对电极的形貌特征及组成进行了表征。分别研究了以上两种方法制备的石墨烯两种电极对2,2’,4,4’-四溴联苯醚（BDE47）的电催化还原脱卤性能和机理。研究表明,随着工作电压的升高,钯修饰高温裂解—电泳电镀法制备的石墨烯电极对初始浓度为10ppm的BDE47在3小时的降解效果不断提高,但在-0.5V以后,降解效果提高不再明显,去除率约为90%。而肼还原—恒温干燥法制备的石墨烯电极在-1V时对BDE47的降解效果最优,3小时的降解率为93%。对两种电极的降解产物进行分析,均能检测到三溴联苯醚,二溴联苯醚,一溴联苯醚和联苯醚。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 国内外相关领域研究进展
• 1.1 多溴联苯醚的概述
• 1.1.1 多溴联苯醚的性质
• 1.1.2 多溴联苯醚的毒性
• 1.1.3 多溴联苯醚的分布
• 1.1.4 多溴联苯醚的处理方法进展
• 1.2 电化学催化在污染治理中的应用
• 1.2.1 电化学氧化法
• 1.2.2 电化学还原法
• 1.2.3 其它方法
• 1.3 电化学催化的影响因素
• 1.3.1 电流效率
• 1.3.2 电极极化
• 1.3.3 电极材料
• 1.4 石墨烯的概述
• 1.4.1 石墨烯的结构及优良性质
• 1.4.2 石墨烯的制备方法
• 1.4.3 石墨烯的应用及前景
• 1.5 研究背景、内容及意义
• 1.5.1 研究背景
• 1.5.2 研究内容
• 1.5.3 研究意义
• 2 石墨烯的制备
• 2.1 高温裂解石墨氧化物法制备石墨烯粉体
• 2.1.1 实验材料、试剂及仪器
• 2.1.2 石墨氧化物的制备
• 2.1.3 还原石墨氧化物（GO）为石墨烯（Gr）
• 2.2 水合肼还原石墨氧化物法制备石墨烯溶液
• 2.2.1 实验试剂及仪器
• 2.2.2 实验过程
• 2.3 本章小结
• 3 电泳法制备Ti/Gr/Pd电极及其表征和脱卤性能研究
• 3.1 实验材料及化学试剂
• 3.2 实验仪器
• 3.3 电泳法制备Ti/Gr电极的实验过程
• 3.4 电镀法制备Ti/Gr/Pd电极的实验过程
• 3.5 电催化还原脱卤的实验过程
• 3.5.1 电催化还原脱卤的实验装置
• 3.5.2 BDE47标准溶液配制及标准曲线的绘制
• 3.5.3 BDE47的催化还原实验
• 3.6 结果与讨论
• 3.6.1 各种不同电极的循环伏安分析
• 3.6.2 Ti/Gr电极煅烧前后的X射线衍射图谱表征
• 3.6.3 Ti/Gr与Ti/Gr/Pd电极的扫描电镜表征
• 3.6.4 Ti/Gr的透射电镜及拉曼光谱表征
• 3.6.5 Ti/Gr/Pd电极的透射电镜表征
• 3.6.6 Ti/Gr电极的红外光谱表征
• 3.6.7 Ti/Gr的X射线电子能谱表征
• 3.6.8 工作电压对BDE47降解效果的影响
• 3.6.9 工作电极对BDE47降解效果的影响
• 3.6.10 降解产物分析
• 3.7 本章小结
• 4 干燥法制备Ti/Gr电极及其表征和脱卤性能研究
• 4.1 实验材料及试剂
• 4.2 实验仪器
• 4.3 实验过程
• 4.4 实验装置
• 4.5 BDE47标准溶液配制及标准曲线的绘制
• 4.6 BDE47的催化还原实验
• 4.7 结果与讨论
• 4.7.1 Ti/Gr电极的扫描电镜表征
• 4.7.2 Ti/Gr电极的原子力显微镜表征
• 4.7.3 Ti/Gr电极的拉曼光谱表征
• 4.7.4 Ti/Gr电极的X射线电子能谱表征
• 4.7.5 Ti/Gr电极的红外光谱表征
• 4.7.6 工作电压的选择
• 4.7.7 工作电极对BDE47降解效果的影响
• 4.7.8 不同工作条件下BDE47的降解效果
• 4.7.9 降解产物分析
• 4.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 创新点摘要
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢