【摘要】：藥品與個(gè)人護(hù)理品(Pharmaceuticals and personal care products,PPCPs)是近年來檢出的一種新型有機(jī)污染物,在水環(huán)境中檢出率較高,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)危害嚴(yán)重。電化學(xué)技術(shù)具有操作簡單、綠色環(huán)保并易于控制等優(yōu)點(diǎn),在水處理方面顯示出良好的應(yīng)用前景。電極材料是電催化技術(shù)的核心,對(duì)有機(jī)物降解和電極穩(wěn)定性有著決定性作用。然而電極表面的納米粒子在制備過程中會(huì)出現(xiàn)分布不均勻或團(tuán)聚等現(xiàn)象,直接影響催化電極的催化性能。因此,本論文基于石墨烯和離子液體的獨(dú)特性質(zhì),將金屬納米顆粒通過化學(xué)還原負(fù)載于離子液體功能化石墨烯表面,克服了納米顆粒分散性差的缺點(diǎn),制備同時(shí)具有氧還原和加氫脫鹵性能的催化陰極,研究其對(duì)鹵代PPCPs的還原脫毒性能和氧化降解效率,系統(tǒng)探討電催化的作用機(jī)理和反應(yīng)機(jī)制。以制備高電催化性能的陰極催化劑為目的,通過表征分析和電化學(xué)性能測試,篩選出最佳的離子液體添加量和金屬負(fù)載量,并探討陰極催化劑合成機(jī)理。結(jié)果表明,當(dāng)離子液體與氧化石墨質(zhì)量比為2:1時(shí),離子液體功能化石墨烯負(fù)載鈷納米顆粒(Co/IL-rGO)和離子液體功能化石墨烯負(fù)載鎳納米顆粒(Ni/IL-rGO)的金屬負(fù)載量為5%,離子液體功能化石墨烯負(fù)載鈷鎳納米顆粒(CoNi/IL-rGO)的雙金屬負(fù)載量分別為2.5%時(shí),3種陰極催化劑金屬納米顆粒粒徑分別為3.64、3.66 和 3.60 nm。Co/IL-rGO、Ni/IL-rGO 和 CoNi/IL-rGO 陰極催化劑的金屬納米顆粒均勻分散在載體表面,氧還原電流值為0.07、0.06和0.51 mA。由于Co、Ni雙金屬的協(xié)同作用提高了 CoNi/IL-rGO陰極催化劑的催化活性。從氧還原和加氫脫鹵性能方面對(duì)比了 Co/IL-rGO、Ni/IL-rGO、CoNi/IL-rGO和CoNi/rGO陰極催化劑的催化性能。結(jié)果表明CoNi/IL-rGO陰極催化劑表現(xiàn)出了更高的氧還原活性,起始電位和峰電位分別為-0.15 V和-0.28 V,峰電流強(qiáng)度為-0.51 mA,峰電流值分別為 Co/IL-rGO、Ni/IL-rGO 和 CoNi/rGO 的 6.3、7.8 和6.1倍。催化劑的氧還原為二電子轉(zhuǎn)移生成H202的過程,且產(chǎn)率大于80%。CoNi/IL-rGO陰極催化劑中的Co對(duì)氫氣的吸附和貯存能力,以及Ni對(duì)污染物的吸附作用提高了陰極催化劑的加氫脫鹵性能。CoNi/IL-rGO陰極催化劑的內(nèi)阻為7.5Ω,并且具有更慢的電流衰減速率,表明CoNi/IL-rGO具有更高的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性。利用制備改性的CoNi/IL-rGO催化陰極對(duì)芐氯酚進(jìn)行降解,研究了催化陰極對(duì)芐氯酚降解的最佳工藝條件及動(dòng)力學(xué),分別從降解率、礦化度、脫氯率和活性物種濃度等方面對(duì)比了 CoNi/IL-rGO和CoNi/rGO兩種催化體系,并探討了芐氯酚的降解機(jī)理及毒性評(píng)估。分析結(jié)果表明芐氯酚降解最佳條件為:電流密度為68 mA/cm2、電解液濃度0.05 mol/L、pH值5.5以及芐氯酚初始濃度為20 mg/L。CoNi/IL-rGO催化陰極性能優(yōu)于未添加離子液體的CoNi/rGO催化陰極,這是由于離子液體的添加增大了石墨烯的表面積,降低了納米粒子的尺寸,從而提高催化活性表面區(qū)區(qū)域。共檢測到芐氯酚降解過程中芳香族產(chǎn)物6種,羧酸類產(chǎn)物5種,提出芐氯酚的降解路徑。芐氯酚降解120min后,陰陽極室均完成脫毒過程。為進(jìn)一步證明CoNi/IL-rGO催化陰極的高活性,比較了 CoNi/IL-rGO與摻雜了貴金屬的PdFe/rGO降解4-溴酚的性能,CoNi/IL-rGO催化陰極降解4-溴酚的去除率、礦化度和脫溴率分別為98.6%、94.2%和99.1%,均大于摻雜貴金屬的PdFe/rGO催化陰極。說明CoNi/IL-rGO催化陰極能夠替代摻雜貴金屬的PdFe/rGO催化陰極用于4-溴酚的電化學(xué)降解,降低了電極成本,擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。動(dòng)力學(xué)分析表明4-溴酚降解過程中芳香族產(chǎn)物的開環(huán)降解速率較快,為關(guān)鍵反應(yīng)步驟。CoNi/IL-rGO催化陰極的高催化活性使苯醌、對(duì)苯二酚類高毒產(chǎn)物沒有在溶液中積累,降低了陰極室毒性,達(dá)到了脫毒目的。
【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X703;O643.36
【圖文】：

離子液體功能化石墨烯負(fù)載鈷鎳陰極催化劑制備及其電催化降解ＰＰＣＰｓ研宄逡逑復(fù)使用。Ｌｉ等（ＬｉｅＭ／．，２０１５）采用一步水熱法合成離子液體功能化石墨烯，逡逑負(fù)載貴金屬納米Ｐｄ，該方法制備的金屬納米顆粒粒徑較小，對(duì)甲醇氧化有的催化性能。Ｌｉ等（Ｌｉｅ／ａ／．，邋２０１４）采用一步離子液體輔助合成高分散性ｔＰｄ雙金屬納米顆粒，平均粒徑約為３．４邋ｎｍ，而未添加離子液體的納米粒徑．６７ｎｍ，表明含離子液體的催化劑金屬納米顆粒分散度高，粒徑較小，可高效非酶葡萄糖檢測。張晟卯等（張晟卯等，２００４）在離子液體中采用有機(jī)化合分解的方法制備了尺寸和結(jié)構(gòu)均可控的金屬Ｎｉ納米微粒，在離體中制備的Ｎｉ納米微粒具有立方相結(jié)構(gòu)。逡逑

圖１－３技術(shù)路線圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｒｅｓｅａｒｃｈ邋ｔｅｃｈｎｉｃａｌ邋ｒｏｕｔｅ逡逑

溶液洗滌去除多余的金屬離子。然后離心至溶液呈中性，６０邋°Ｃ烘干。逡逑２．２．２離子液體功能化石墨烯制備逡逑離子液體功能化石墨烯（ＩＬ－ｒＧＯ）的制備過程如圖２－１所示。首先稱取７０逡逑ｍｇ邋Ｇ？于７０邋ｍＬ水溶液中，超聲ｌｈ至完全溶解。加入１－丁基－３－甲基咪唑四氟逡逑硼酸鹽（［ＥＭＩＭ］ＢＦ４）１５０ｍｇ后持續(xù)超聲３０ｍｉｎ，攪拌３０ｍｉｎ。稱�。玻缒蛩丶渝义先腚x子液體與氧化石墨的混合溶液中，然后將溶液轉(zhuǎn)移到１００ｍＬ的聚四氟乙烯逡逑反應(yīng)釜內(nèi)，１６０°Ｃ反應(yīng)４ｈ。冷卻后，用蒸餾水洗滌，樣品６０°Ｃ下真空干燥６ｈ。逡逑作為對(duì)比樣品，制備離子液體與石墨烯質(zhì)量比例為１：１、２：１和３：１的功能化石墨逡逑烯。并采用相同的方法制備未經(jīng)過離子液體功能化的石墨烯。逡逑離子液體功能化石v晗╁義�，辶x希摶翰у邋五鍜M象邐Ｉ邐邐邐＊邐一逡逑ａａ邋＇邐Ｉ邋Ｉｆ逡逑超Ｉ＊＊分eWＧＯ濟(jì)液邐ｄ邐ＮａＯＨ邋ｙｎ0ｒｌＴｄ液逡逑％ｗ逡逑鈷鎳／離子液體功能化石墨烯逡逑圖２－１邋ＣｏＮｉ／ＩＬ－ｒＧＯ陰極催化劑制備流程圖逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ＣｏＮｉ／ＩＬ－ｒＧＯ邋ｃａｔｈｏｄｉｃ邋ｃａｔａｌｙｓｔｓ逡逑２．２．３鈷鎳／離子液體功能化石墨烯陰極催化劑制備逡逑鈷鎮(zhèn)／離子液體功能化石墨烯（ＣｏＮｉ／ＩＬ－ｒＧＯ）陰極催化劑的制備方法采用的逡逑是簡單的化學(xué)還原法，如圖２－１所示。將采用２．２．２節(jié)制備出的ＩＬ－ｒＧＯ溶液，用逡逑ＮａＯＨ邋（ｌｍｏｌ／Ｌ）溶液調(diào)節(jié)混合物ｐＨ值至９．９８。隨后加入一定量的ＣｏＣｌ２

【參考文獻(xiàn)】

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1 溫智皓;段艷平;孟祥周;陳玲;;城市污水處理廠及其受納水體中5種典型PPCPs的賦存特征和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[J];環(huán)境科學(xué);2013年03期

2 楊杰;尤翔宇;王云燕;舒余德;柴立元;;三維電極降解苯酚的新工藝及機(jī)理[J];中國有色金屬學(xué)報(bào);2012年06期

3 童君;熊振湖;;水中安乃近高級(jí)氧化法去除及其產(chǎn)物的毒性評(píng)價(jià)[J];中國環(huán)境科學(xué);2009年09期

4 呂玄文;梁敏思;黨志;楊琛;;魚塘沉積物中氯霉素的超聲萃取、凈化與測定[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào);2007年03期

5 趙雷;馬軍;孫志忠;劉正乾;楊憶新;路煒;;蜂窩陶瓷催化臭氧化降解水中痕量硝基苯的機(jī)理研究[J];環(huán)境科學(xué);2007年02期

6 王方惠;李春喜;孟洪;王子鎬;;離子液體在水、乙醇及其混合物中的電導(dǎo)率測定[J];北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2006年06期

7 張晟卯,張春麗,吳志申,張治軍,黨鴻辛,劉維民,薛群基;室溫離子液體介質(zhì)中尺寸、結(jié)構(gòu)可控Ni納米微粒的制備及結(jié)構(gòu)表征[J];化學(xué)學(xué)報(bào);2004年15期

8 鄭曦,陳日耀,蘭瑞芳,陳曉,陳震;電生成Fenton試劑及其對(duì)染料降解脫色的研究[J];電化學(xué);2003年01期

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2 馬紅星;銀、鈀、銠催化的氯代和氟代芳香化合物電化學(xué)氫化脫鹵反應(yīng)[D];浙江工業(yè)大學(xué);2016年

3 周娟;負(fù)載型Pd基催化劑對(duì)飲用水中消毒副產(chǎn)物的催化加氫還原[D];南京大學(xué);2014年

4 夏明芳;難降解有機(jī)污染物的電催化氧化機(jī)制及應(yīng)用研究[D];南京大學(xué);2013年

5 匡尹杰;基于貴金屬納米顆粒/碳納米材料復(fù)合物的燃料電池電催化劑研究[D];湖南大學(xué);2012年

6 喬鐵軍;活性炭—超濾復(fù)合工藝去除水中典型PPCPs的效能與機(jī)理[D];清華大學(xué);2011年

7 張啟波;咪唑基離子液體在鋅電沉積中的作用機(jī)理研究[D];昆明理工大學(xué);2010年

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6 王雪濤;離子液體中制備納米Ni和NiB催化劑及催化活性的研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2745158