惰性基底納米銀-鐵合金電極的制備方法、所得電極及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種惰性基底納米銀一鐵合金電極的制備方法、所得電極及其應(yīng)用，屬于水處理催化電極技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]據(jù)申請(qǐng)人所知，近年來隨著工業(yè)和農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，全球水體中含氧陰離子(如硝酸鹽，溴酸鹽，砷酸鹽等)的濃度呈增加趨勢(shì)。水體中的這些有害含氧陰離子會(huì)對(duì)人體造成嚴(yán)重的危害，因此控制水體中所含有害含氧陰離子的含量顯得尤為重要。
[0003]目前，已有很多種方法控制水體中含氧陰離子的含量，如離子交換，反滲透，化學(xué)還原等。其中，電化學(xué)法由于其綠色、高效等優(yōu)點(diǎn)引起人們的廣泛關(guān)注。
[0004]鐵元素在地殼中儲(chǔ)量豐富，且納米零價(jià)鐵具有較強(qiáng)還原性，已廣泛應(yīng)用于水體有害物質(zhì)的去除。但是，零價(jià)鐵在空氣中易鈍化失活，因此需對(duì)其做進(jìn)一步改性。另外，納米銀因其較好的催化活性和穩(wěn)定性，在合金改性電極領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0005]申請(qǐng)人經(jīng)研宄認(rèn)為，若能有效利用上述兩種催化材料的優(yōu)點(diǎn)并制備相應(yīng)的納米合金電極，借由協(xié)同作用應(yīng)能提高電極的催化性能。但目前常用的合金制備方法存在設(shè)備昂貴、操作復(fù)雜等缺點(diǎn)，不利于推廣應(yīng)用。亟需研發(fā)出能簡單方便地制備出上述納米合金電極的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種惰性基底納米銀一鐵合金電極的制備方法，過程簡單，易于實(shí)現(xiàn)，所得電極可有效去除水中有害含氧陰離子。本發(fā)明還提供由該制備方法制得的電極，以及該電極的應(yīng)用。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:
[0008]一種惰性基底納米銀一鐵合金電極的制備方法，其特征是，包括以下步驟:
[0009]第一步、將惰性基底置超純水中超聲清洗第一預(yù)定時(shí)間；接著將惰性基底置無水乙醇中超聲清洗第二預(yù)定時(shí)間；之后將惰性基底置超純水中超聲清洗第三預(yù)定時(shí)間；將惰性基底以氮?dú)獯蹈?；第三預(yù)定時(shí)間多第一預(yù)定時(shí)間多0.5小時(shí)，且第三預(yù)定時(shí)間多第二預(yù)定時(shí)間多0.5小時(shí)；
[0010]第二步、在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將第一步所得惰性基底先在鐵離子混合溶液中完全浸沒至少0.5小時(shí)，再在硼氫化鈉溶液中完全浸沒至少0.2小時(shí)；如此反復(fù)3 — 20次后，以超純水沖洗惰性基底，即得預(yù)接種納米鐵的惰性基底；
[0011]第三步、以第二步所得惰性基底為工作電極，以鉑片電極為對(duì)電極，并采用參比電極；將工作電極、對(duì)電極和參比電極完全浸沒于銀離子混合溶液中，構(gòu)成三電極電化學(xué)電解池體系；之后，在工作電極上施加電位值為一 2.0V至一 0.05V的恒電位，施加時(shí)間為5 —600秒，使納米銀粒子沉積于納米鐵表面，即得接種納米銀一鐵合金的惰性基底；
[0012]第四步、將第三步所得惰性基底依次以除氧超純水、無水乙醇、除氧超純水進(jìn)行清洗，即得惰性基底納米銀一鐵合金電極成品。
[0013]本發(fā)明方法進(jìn)一步完善的技術(shù)方案如下:
[0014]優(yōu)選地，第一步中，第一預(yù)定時(shí)間為0.5 — 2小時(shí)，第二預(yù)定時(shí)間為0.5 — 2小時(shí)，第三預(yù)定時(shí)間為I 一 2小時(shí)；第二步中，在鐵離子混合溶液中浸沒0.5 — 1.5小時(shí)，在硼氫化鈉溶液中浸沒0.2 — I小時(shí)，超純水沖洗3 — 5次；第四步中，清洗的具體過程為:將惰性基底先以除氧超純水清洗2 — 5次，再以無水乙醇清洗3 — 4次，最后以除氧超純水清洗3 — 5 次。
[0015]優(yōu)選地，還包括:第五步、將第四步所得惰性基底納米銀一鐵合金電極成品完全浸沒于無水乙醇中，在一 20°C至0°C的環(huán)境中密封保存。
[0016]優(yōu)選地，所述惰性基底為玻璃碳纖維、導(dǎo)電玻璃、石墨、活性炭之一。
[0017]優(yōu)選地，第二步中，所述鐵離子混合溶液由亞鐵鹽、硫酸鈉、緩沖劑以及水構(gòu)成，所述亞鐵鹽為硫酸亞鐵、氯化亞鐵、硫酸亞鐵銨之一，所述緩沖劑為抗壞血酸、檸檬酸和聚乙烯吡咯烷酮之一；所述亞鐵鹽和硫酸鈉的摩爾濃度比為1:25 - 600，所述緩沖劑摩爾濃度與亞鐵鹽和硫酸鈉摩爾濃度之和的比例為1:10 — 3000。
[0018]更優(yōu)選地，所述亞鐵鹽為硫酸亞鐵，所述鐵離子混合溶液的pH值為2.5 — 3.5。
[0019]優(yōu)選地，第三步中，所述銀離子混合溶液由硝酸銀、硝酸鈉以及水構(gòu)成，所述硝酸銀和硝酸鈉的摩爾濃度比為1:5 — 300。
[0020]優(yōu)選地，第三步中，所述參比電極為飽和甘汞電極、汞一氧化汞電極、氯化銀電極、可逆氫電極之一。
[0021]本發(fā)明還提供:由上述制備方法制得的電極。
[0022]本發(fā)明還提供:上述電極用于去除水中有害含氧陰離子的用途。
[0023]本發(fā)明所制備的惰性基底納米銀一鐵合金電極，可用于去除水中有害含氧陰離子，去除效率高，無二次污染；通過控制納米鐵和納米銀的沉積條件，能有效控制納米銀一鐵合金的結(jié)構(gòu)和粒徑，粒徑大小范圍為50 - 350nm ;整個(gè)制備方法可在常溫條件下進(jìn)行，反應(yīng)條件溫和，制備過程簡單，易于實(shí)現(xiàn)，對(duì)外界環(huán)境條件無特殊要求。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制得惰性基底納米銀一鐵合金電極的SEM圖。
[0025]圖2為本發(fā)明實(shí)施例2制得惰性基底納米銀一鐵合金電極的SEM圖。
[0026]圖3為本發(fā)明實(shí)施例3制得惰性基底納米銀一鐵合金電極的SEM圖。
[0027]圖4為本發(fā)明實(shí)施例4各電極去除硝酸根的催化活性表征圖。
[0028]圖5為本發(fā)明實(shí)施例5各電極去除溴酸根的催化活性表征圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面參照附圖并結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。但是本發(fā)明不限于所給出的例子。
[0030]本發(fā)明具體實(shí)施的惰性基底納米銀一鐵合金電極制備方法，包括:
[0031]第一步、將惰性基底置超純水中超聲清洗第一預(yù)定時(shí)間(優(yōu)選0.5 — 2小時(shí))；接著將惰性基底置無水乙醇中超聲清洗第二預(yù)定時(shí)間(優(yōu)選0.5 — 2小時(shí))；之后將惰性基底置超純水中超聲清洗第三預(yù)定時(shí)間(優(yōu)選I一 2小時(shí))；將惰性基底以氮?dú)獯蹈?；第三預(yù)定時(shí)間多第一預(yù)定時(shí)間，且第三預(yù)定時(shí)間多第二預(yù)定時(shí)間；惰性基底為玻璃碳纖維、導(dǎo)電玻璃、石墨、活性炭之一。
[0032]第二步、在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將第一步所得惰性基底先在鐵離子混合溶液中完全浸沒至少0.5小時(shí)(優(yōu)選0.5 — 1.5小時(shí))，再在硼氫化鈉溶液中完全浸沒至少0.2小時(shí)(優(yōu)選0.2 — I小時(shí));如此反復(fù)3 - 20次后，以超純水沖洗惰性基底(優(yōu)選沖洗3 — 5次)，即得預(yù)接種納米鐵的惰性基底。
[0033]其中，鐵離子混合溶液由亞鐵鹽、硫酸鈉、緩沖劑以及水構(gòu)成，亞鐵鹽為硫酸亞鐵、氯化亞鐵、硫酸亞鐵銨之一，緩沖劑為抗壞血酸、檸檬酸和聚乙烯吡咯烷酮之一；亞鐵鹽和硫酸鈉的摩爾濃度比為1:25 - 600，緩沖劑摩爾濃度與亞鐵鹽和硫酸鈉摩爾濃度之和的比例為1:10 — 3000。優(yōu)選地，亞鐵鹽為硫酸亞鐵，且鐵離子混合溶液的pH值為2.5 — 3.5。
[0034]第三步、以第二步所得惰性基底為工作電極，以鉑片電極為對(duì)電極，并采用參比電極；將工作電極、對(duì)電極和參比電極完全浸沒于銀離子混合溶液中，構(gòu)成三電極電化學(xué)電解池體系；之后，在工作電極上施加電位值為一 2.0V至一 0.05V的恒電位，施加時(shí)間為5 —600秒，使納米銀粒子沉積于納米鐵表面，即得接種納米銀一鐵合金的惰性基底。
[0035]其中，銀離子混合溶液由硝酸銀、硝酸鈉以及水構(gòu)成，硝酸銀和硝酸鈉的摩爾濃度比為1:5 — 300 ;參比電極為飽和甘未電極、未一氧化未電極、氯化銀電極、可逆氫電極之
O
[0036]第四步、將第三步所得惰性基底依次以除氧超純水、無水乙醇、除氧超純水進(jìn)行清洗，即得惰性基底納米銀一鐵合金電極成品。其中，清洗的具體過程為:將惰性基底先以除氧超純水清洗2 - 5次，再以無水乙醇清洗3 - 4次，最后以除氧超純水清洗3 — 5次。
[0037]第五步、將第四步所得惰性基底納米銀一鐵合金電極成品完全浸沒于無水乙醇中，在一 20 °C至O °C的環(huán)境中密封保存。
[0038]上述制備方法所得電極可用于去除水中有害含氧陰離子的用途。
[0039]實(shí)施例1
[0040]本實(shí)施例制備方法采用上述具體實(shí)施制備方法，具體參數(shù)如下:
[0041]第一步中，第一預(yù)定時(shí)間為0.5h ;第二預(yù)定時(shí)間為0.5h ;第三預(yù)定時(shí)間為lh。
[0042]第二步中，在鐵離子混合溶液中完全浸沒0.5h，在硼氫化鈉溶液中完全浸沒
0.2h ;反復(fù)3次后，超純水沖洗3次；
[0043]其中，鐵離子混合溶液中，緩沖劑為抗壞血酸；亞鐵鹽和硫酸鈉的摩爾濃度比為
1:25，緩沖劑摩爾濃度與亞鐵鹽和硫酸鈉摩爾濃度之和的比例為1:15。
[0044]第三步中，在工作電極上施加電位值為一 0.5V的恒電位，施加時(shí)間為120秒。
[0045]第四步中，清洗的具體過程為:將惰性基底先以除氧超純水清洗2次，再以無水乙醇清洗3次，最后以除氧超純水清洗3次。
[0046]第五步中，在一 5°C的環(huán)境中密封保存。