Citation: Jinli Yu, Tianfu Liu, Haiyue Liu, Yi Wang. Electro-polymerization fabrication of PANI@GF electrode and its energy-effective electrocatalytic performance in electro-Fenton process[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2016, 37(12): 2079-2085. doi: 10.1016/S1872-2067(16)62525-1
电聚合制备聚苯胺@石墨毡复合电极及其在电芬顿过程中的高效电催化性能
通过扫描电镜、X射线光电子能谱分析对电极表面结构和杂原子掺杂性进行了物化表征.结果显示PANI@GF复合电极同时具有宏观和微观的三维多孔结构,这种结构蓬松的多孔结构为氧气提供了合适的传递通道和足够的反应面积.所制备复合电极中N原子含量约为1.9%,且吡啶N和吡咯N的含量相对较高.这些N原子来自聚苯胺分子中含有的大量N原子,并能够促进ORR反应.石墨毡和聚苯胺两种材料的在结构和组分上的特点,使得PANI@GF复合电极具有优异的电芬顿降解DMP的性能.在DMP浓度为50 mg/L、电位0.5 V(vs.SCE)、氧气流速为0.4 L/min的条件下,其DMP降解反应表观动力学常数达0.0753 min-1,是石墨毡电极表观动力学常数(0.0151 min-1)的5倍.
PANI@GF复合电极制备的最优聚合时间和碳化温度分别为1 h和900℃.这是因为聚合时间太长,可能导致聚苯胺层厚度大,微孔结构被堵塞,进而降低了反应活性面积和影响氧气传质效果,使得电极性能下降;而聚合时间太短,可能导致电极复合不充分.高温碳化可以使石墨毡表面聚苯胺层形成更多的孔结构,从而有利于ORR过程.
DMP降解过程中氧气流速、Fe2+用量以及pH值等工艺条件对电极性能有一定的影响,结果表明其相应的优化值分别为0.4 L/min、1.0 mmol/L和3.0.当氧气流速过低时,溶液中低浓度的溶解氧使ORR过程受传质过程限制,导致电极不能充分反应;当氧气流速过大时,并不会增加已经达到饱和的溶液中的氧气浓度,而过大的氧气速率会冲击电极表面,降低电极稳定性而影响其催化性能.对Fe2+.用量而言,E-Fenton过程有多种Fe循环途径,不同的铁含量对于电极性能影响不明显.因此,1.0 mmol/L的Fe含量足够满足实验需要.pH值对E-Fenton过程至关重要,pH较高时,铁离子会形成配合物,阻碍铁循环,并且会导致H2O2的分解,从而降低电极DMP降解性能;而当pH太低时,较多的酸增加成本,且需要后续处理过程以消除酸的影响.实验结果表明3.0是最优pH值,与传统Fenton方法的最适pH相符.PANI@GF复合电极具有高效催化降解DMP的能力,在电芬顿技术处理有机废水中有潜在应用.
English
Electro-polymerization fabrication of PANI@GF electrode and its energy-effective electrocatalytic performance in electro-Fenton process
-
-
[1] C. K. Duesterberg, S. E. Mylon, T. D. Waite, Environ. Sci. Technol., 2008, 42, 8522-8527.
-
[2] C. K. Duesterberg, T. D. Waite, Environ. Sci. Technol., 2006, 40, 4189-4195.
-
[3] S. Navalon, A. Dhakshinamoorthy, M. Alvaro, H. Garcia, ChemSusChem, 2011, 4, 1712-1730.
-
[4] J. J. Pignatello, E. Oliveros, A. MacKay, Crit. Rev. Environ. Sci. Technol., 2006, 36, 1-84.
-
[5] E. Brillas, I. Sirés, M.A. Oturan, Chem. Rev., 2009, 109, 6570-6631.
-
[6] A. Akyol, O. T. Can, E. Demirbas, M. Kobya, Sep. Purif. Technol., 2013, 112, 11-19.
-
[7] A. El-Ghenymy, F. Centellas, R. M. Rodríguez, P. L. Cabot, J. A. Garrido, I. Sirés, E. Brillas, Electrochim. Acta, 2015, 182, 247-256.
-
[8] A. Özcan, Y. Şahin, M.A. Oturan, Water Res., 2013, 47, 1470-1479.
-
[9] M. Panizza, A. Dirany, I. Sirés, M. Haidar, N. Oturan, M. A. Oturan, J. Appl. Electrochem., 2014, 44, 1327-1335.
-
[10] S. Ammar, M. A. Oturan, L. Labiadh, A. Guersalli, R. Abdelhedi, N. Oturan, E. Brillas, Water Res., 2015, 74, 77-87.
-
[11] E. Brillas, E. Mur, R. Sauleda, L. Sànchez, J. Peral, X. Domènech, J. Casado, Appl. Catal. B, 1998, 16, 31-42.
-
[12] A. M. F. M. Guedes, L. M. P. Madeira, R.A.R. Boaventura, C. A. V. Costa, Water Res., 2003, 37, 3061-3069.
-
[13] E. Mousset, N. Oturan, E. D. van Hullebusch, G. Guibaud, G. Esposito, M. A. Oturan, Appl. Catal. B., 2014, 160-161, 666-675.
-
[14] H. Liu, C. Wang, X. Li, X. L. Xuan, C. C. Jiang, H. N. Cui, Environ. Sci. Technol., 2007, 41, 2937-2942.
-
[15] H. Liu, X. Li, Y. Leng, C. Wang, Water Res., 2007, 41, 1161-1167.
-
[16] E. Rosales, M. Pazos, A. Sanroman, M. Angeles, Chem. Eng. Technol., 2012, 35, 609-617.
-
[17] C. T. Wang, J. L. Hu, W. L. Chou, Y. M. Kuo, J. Hazard. Mater., 2008, 152, 601-606.
-
[18] M. H. M. T. Assumpcao, R. F. B. De Souza, D. C. Rascio, J. C. M. Silva, M. L. Calegaro, I. Gaubeur, T. R. L. C. Paixão, P. Hammer, M. R. V. Lanza, M. C. Santos, Carbon, 2011, 49, 2842-2851.
-
[19] S. H. Yuan, M. Tian, Y. P. Cui, L. Lin, X. H. Lu, J. Hazard. Mater., 2006, 137, 573-580.
-
[20] M. A. Oturan, J. Peiroten, P. Chartrin, A. J. Acher, Environ. Sci. Technol., 2000, 34, 3474-3479.
-
[21] M. Panizza, G. Cerisola, Water Res., 2001, 35, 3987-3992.
-
[22] A. Özcan, Y. Şahin, A. Savaş Koparal, M. A. Oturan, J. Electroanal. Chem., 2008, 616, 71-78.
-
[23] A. M. Wang, J. H. Qu, J. Ru, H. J. Liu, J. T. Ge, Dyes Pigments, 2005, 65, 227-233.
-
[24] M. Panizza, G. Cerisola, Water Res., 2009, 43, 339-344.
-
[25] M. H. Zhou, Q. H. Yu, L. C. Lei, G. Barton, Sep. Purif. Technol., 2007, 57, 380-387.
-
[26] Y. Wang, Y. H. Liu, K. Wang, S. Q. Song, P. Tsiakaras, H. Liu, Appl. Catal. B., 2015, 165, 360-368.
-
[27] C. L. Han, J. T. Wang, Y. T. Gong, X. Xu, H. R. Li, Y. Wang, J. Mater. Chem. A., 2014, 2, 605-609.
-
[28] E. Cruz-Silva, F. Lopez-Urias, E. Munoz-Sandoval, B. G. Sumpter, H. Terrones, J. C. Charlier, V. Meunier, M. Terrones, Nanoscale, 2011, 3, 1008-1013.
-
[29] J. I. Ozaki, N. Kimura, T. Anahara, A. Oya, Carbon, 2007, 45, 1847-1853.
-
[30] G. Wu, K. L. More, C. M. Johnston, P. Zelenay, Science, 2011, 332, 443-447.
-
[31] S. J. Kim, K. S. Nahm, P. Kim, Catal. Lett., 2012, 142, 1244-1250.
-
[32] B. L. Yuan, X. Z. Li, N. Graham, Water Res., 2008, 42, 1413-1420.
-
[33] B. L. Yuan, X. Z. Li, N. Graham, Chemosphere, 2008, 72, 197-204.
-
[34] Y. Li, Y. Z. Fang, H. Liu, X. M. Wu, Y. Lu, Nanoscale, 2012, 4, 2867-2869.
-
[35] J. J. Pignatello, Environ. Sci. Technol., 1992, 26, 944-951.
-
[36] R. Z. Chen, J. J. Pignatello, Environ. Sci. Technol. 1997, 31, 2399-2406.
-
-
扫一扫看文章
计量
- PDF下载量: 2
- 文章访问数: 1079
- HTML全文浏览量: 102

下载: