一种化学置换制备Pd/CuOx电极及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及水污染控制与污水处理技术领域，尤其是指一种化学置换制备Pd/CuO

背景技术

随着经济的快速发展，工农业生产过程中的含卤有机污染物(如卤代酸、卤代烷烃、卤代烯烃和卤代芳香烃等)所引发的水体污染问题成为面临的严峻挑战之一。这些含卤有机污染物的毒性主要源于其分子中的卤原子，其能够导致微生物细胞的失活。此外，卤族元素具有较强的电负性，形成的碳-卤化学键(C-X，X＝F,Cl,Br,I)的键能(解离能为220～456kJ/mol)相较于比碳-氢化学键(C-H)更强，导致分子结构更加稳定，因此在环境中的持久性较高。传统的化学处理方法在处理含卤有机污染物时可能面临矿化效率较低的问题，而采用生物法处理时，微生物的培养周期较长。电催化还原脱卤技术通过直接电子传递和活性氢介导的间接电子传递过程，不仅能够选择性地去除含卤有机污染物中的卤原子，降低目标污染物的毒性，还能够产生高附加值的产品。然而，在含卤有机污染物的阴极还原过程中，受到析氢副反应的影响，导致界面原子氢(H*)的利用率降低。同时，非均相电催化还原脱卤过程存在法拉第还原效率低和能耗高的问题。

金属如Pd、Fe、Co、Ni、Ag和Cu等具有良好的导电性、储存以及利用H*的能力，在断裂碳-卤键方面展现出较高的催化活性。特别是，铜基材料作为阴极催化剂，因其成本低和较低的析氢过电位而具有优势。然而，在相同电位下，与纯铜相比，铜氧化物显示出更高的加氢产率和选择性。研究表明，通过在Cu表面引入贵金属Au，并通过原位调控铜的表面局部电子和几何结构，可以优化中间体结合的能垒。原子级的Au与富含表面缺陷的Cu之间的协同作用促进了H

发明内容

为解决电催化材料析氢副反应高和含卤有机污染物去除效率低的技术问题。一种用于去除含卤有机污染物的、具有高活性氢利用率的Pd/CuO

本发明的第一个目的在于提供一种化学置换制备Pd/CuO

(1)将含钯化合物加入含酸溶液中，并进行加热溶解，通入惰性气体，得到含钯离子溶液；

(2)将金属网置于步骤(1)中得到的含钯离子溶液中，进行恒温震荡置换反应，得到所述Pd/CuO

在本发明的一个实施例中，步骤(1)中，至少满足以下条件中的一种或多种：

所述含钯化合物浓度为0.0001～0.02mol/L；

所述含钯化合物、酸和NaCl的摩尔浓度比为1：(2～3)；

通入惰性气体的时间为10～60min；

所述酸选自HCl、HNO

在本发明的一个实施例中，步骤(1)中，至少满足以下条件中的一种或多种：

所述含钯化合物选自PdCl

所述惰性气体选自氩气和/或氮气；

所述酸选自HCl、HNO

在本发明的一个实施例中，步骤(2)中，至少满足以下条件中的一种或多种：

所述加热溶解的温度为40～85℃，时间为10～60min；

还包括对所述铜网进行清洗，清洗液包括酸、醇和水；所述酸选自HCl、HNO

清洗采用超声清洗，清洗时间为5～30min。

在本发明的一个实施例中，步骤(2)中，所述金属网选自铜网或镍网，目数为10～500目。

在本发明的一个实施例中，步骤(2)中，至少满足以下条件中的一种或多种：

所述置换反应的温度为25～40℃，反应时间为30～120min；

震荡的速度为50～150rpm；

还包括对所述Pd/CuO

本发明的第二个目的在于提供所述的方法所制备得到的Pd/CuO

本发明的第三个目的在于提供所述的Pd/CuO

在本发明的一个实施例中，所述含卤有机污染物为苯酚、苯胺、苯氧乙酸、硝基苯、苯甲酸和吡啶的卤代化合物。

进一步的，卤代可以为氟代、氯代、溴代、碘代。

在本发明的一个实施例中，所述含卤有机污染物浓度为0.1～50mg/L；电催化的工作电流为0.5～10mA/cm

在本发明的一个实施例中，电催化去除含卤有机污染物中的应用的具体步骤：

a.所述Pd/CuO

b.施加电流，Pd/CuO

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明通过简便的化学置换反应，将Pd引入铜网表面，在此过程中贵金属的掺杂导致Cu(0)发生界面重构生成Cu(Ⅰ)和Cu(Ⅱ)，使其具有高电子传递和催化性能。同时，本发明采用常规的原材料和设备，通过一步法制备Pd/CuO

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是实施例1制备的Pd/CuO

图2是实施例1制备的Pd/CuO

图3是实施例1制备的Pd/CuO

图4是实施例1制备的Pd/CuO

图5是实施例1制备的Pd/CuO

图6是实施例2中制备Pd/CuO

图7是实施例3中制备Pd/CuO

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1：

本实施例提供一种利用化学置换制备Pd/CuO

(1)在60℃条件下，将0.005mol/L PdCl

(2)将铜网(300目)裁剪成3cm×3cm的样品，然后将其置于1％稀盐酸、乙醇和超纯水中，分别超声处理15min。接着，将清洗后的铜网放入30mL含钯离子溶液中。保持32℃的条件下，将样品置于摇床中，以100rpm的速度震荡60min，使得Pd

实施例1中得到一种利用化学置换制备Pd/CuO

经过步骤(2)制备得到的Pd/CuO

利用实例1中所制备的Pd/CuO

实施例2：

本实施例提供一种利用化学置换制备Pd/CuO

(1)在60℃条件下，将0.008mol/L PdCl

(2)将铜网(300目)裁剪成3cm×3cm的样品，然后将其置于1％稀盐酸、乙醇和超纯水中，分别超声处理10min。接着，将清洗后的铜网放入30mL含钯离子溶液中。保持32℃的条件下，将样品置于摇床中，以100rpm的速度震荡40min，使得Pd

利用实施例2中所制备的Pd/CuO

实施例3：

本实施例提供一种利用化学置换制备Pd/CuO

(1)在60℃条件下，将0.004mol/L PdCl

(2)将铜网(300目)裁剪成3cm×3cm的样品，然后将其置于1％稀盐酸、乙醇和超纯水中，分别超声处理12min。接着，将清洗后的铜网放入30mL含钯离子溶液中。在维持32℃的条件下，将样品置于摇床中，以120rpm的速度震荡60min，使得Pd

利用实例3中所制备的Pd/CuO

实施例4：

本实施例提供一种利用化学置换制备Pd/CuO

(1)在60℃条件下，将0.0005mol/L PdCl

(2)将铜网(300目)裁剪成3cm×3cm的样品，然后将其置于1％稀盐酸、乙醇和超纯水中，分别进行超声处理10min。接着，将清洗后的铜网放入30mL含钯离子溶液中。在32℃的条件下，将样品置于摇床中，以100rpm的速度震荡50min，使得Pd

利用实例4中所制备的Pd/CuO

实施例5：

本实施例提供一种利用化学置换制备Pd/CuO

(1)在60℃条件下，将0.005mol/L PdCl

(2)将铜网(300目)裁剪成3.5cm×3.5cm的尺寸，然后将其置于1％稀盐酸、甲醇和超纯水中，分别进行超声处理10min。接着，将清洗后的铜网放入45mL含钯离子溶液中，在30℃的条件下，并在摇床中以100rpm的速度震荡60min进行置换反应。反应结束后，反应溶液从黄色变为无色。最后，使用去氧超纯水充分清洗产物，并将其置于真空干燥箱中，在40℃条件下烘干12h，即可得到Pd/CuO

将实施例3中所制备的Pd/CuO

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。