2006 年 8 月 第 29 卷第 8 期
重庆大学学报 (自然科学版 ) Journal of Chongqing University (N tur l Science Edition )
Aug 2006 . Vol 29 No. 8 .
文章编号 : 1000 - 582X ( 2006 ) 08 - 0135 - 03
碳纳米管电极对水溶液中苯酚的电化学氧化处理
彭 佳
1, 2
, 牟 其 伍 ,张 驰
1
1
(1. 重庆大学 数理学院 ,重庆 400030; 2. 四川建筑职业技术学院 土木系 ,德阳 618000)
摘 : 制作了多壁碳纳米管电极 ,并将其应用于苯酚的氧化处理上 . 结果发现有很好的氧化峰出 要 现在电位窗口内 ,峰电流在一定范围内与苯酚的浓度成良好的线性关系 . 长时间恒电位氧化实验表明 , 能克服传统碳电极的缺点 ,电极表面没有积垢 ,电极的重现性较好 ,可以逐渐将苯酚氧化 . 关键词 : 碳纳米管电极 ; 苯酚 ; 氧化 ; 水溶液 中图分类号 : O646. 16 文献标识码 : A 苯酚 ( phenol) 是废水中常见的重要污染物 , 主要 来自于石油 , 塑料 , 有机化学和其它相关行业工业废 水 . 利用电化学过程对有毒成分进行检测和处理 , 在工 业污水的处理方面扮演着十分重要的角色 . 氧化过程 在降低有毒污染和使苯酚转化为生态相容方面越来越 [1] 受到人们的关注 . 目前 ,合金电极和碳系电极是电化学治理污水的 2 个发展方向 . 合金电极方面 ,主要用 Au, Ru, Sn, Ti等 掺杂 Pt电极 ,但有制作成本高和效率低的问题 . 据文 献报道碳系电极方面 ,硼掺杂金刚石电极 ,比传统碳电 极有较大的改善 . 最近 , 用多壁碳纳米管 (MWNT) 掺 杂石墨电极 ,取得了比合金电极更好的效果 . 而碳纳米 管本身就是一种很好的电极材料 . 通过实验发现 ,在经 过修饰和一系列处理后 ,可以制得纯的碳纳米管电极 , [2 - 5] 并且有更为优异的电化学性质 . 振荡 10 m in,再放入烤箱 45 ℃ 烘烤 4 h,用 0. 2μm 微孔 膜过滤 3 次 ,将过滤好的碳纳米管烤干 . 向干燥的碳纳 米管中加入有机溶剂 ,超声振荡制成悬浮液 ,再均匀地 制作在 8 mm × mm 的洁净的玻璃基体上 . 用银导电 10 胶在碳纳米管薄膜表面引出铜导线 ,再用环氧树脂密封 暴露的铜导线 , 并密闭碳纳米管膜四周 , 留出 4 mm × 5 mm的面积 . 1. 3 实验结果 -1 图 1是碳纳米管电极对 3m molL 苯酚 ,在 PH 值 为 5. 56的磷酸缓冲液 ( PBS) 中的循环伏安图. 可以看 出 ,在 1. 1 V 附近出现了明显的特征氧化峰 ,说明碳纳 米管电极对苯酚有很好的氧化作用 . 并且碳纳米管电极 的可重复性好 ,没有积垢现象. 碳纳米管电极 8 周循环 后仍然保持了良好的重现性 ,氧化峰电流缓慢减小 ,说 明苯酚在逐渐被氧化 . 用玻碳电极做了对比实验 ,如图 2 所示 . 结果发现第 1 周有明显的氧化峰 ,但是从第 2 周 开始 ,没有氧化峰出现 ,说明玻碳电极表面有积垢发生 , 阻止了氧化反应持续进行. 进一 步 实 验 发 现 , 碳 纳 米 管 电 极 氧 化 低 浓 度 ( 5m mol - 1以下 )的苯酚时 ,苯酚浓度与氧化峰峰电流 L 成良好的线性关系 ,如图 3. 线性回归方程为 : i = 72. 37 + 142. 79C, C 代表苯酚的浓度 , r = 0. 998. 这也说明了苯 酚的浓度可以用氧化峰峰电流来表征 . 讨论了扫描速度与氧化峰峰电流的关系 ,发现扫描 速度的平方根与氧化峰峰电流密度成非常好的线性关 1 /2 系 ,如图 4所示. 线性回归方程为 : jpa = 0. 438 + 3. 659v , r = 0. 999 这说明氧化过程是受苯酚的扩散控制的快电 子转移过程 ,电极和溶液间的电子转移速率大于苯酚 的扩散速率 . 在这种情况下电极表面没有吸附现象 .
1 实验
1. 1 实验仪器及溶剂 实验仪器 : LK98B Ⅱ 型电化学分析系统 (天津市兰 力科化学电子高技术有限公司 ) . 所用的是三电极体 系 ,饱和甘汞电极 ( SCE ) 为参比电极 , 铂电极为对电 极 ,碳纳米管电极为工作电极 . 多壁碳纳米管直径 40 ～60 nm ( Helix公司 ,美国 ) . 苯酚 ,磷酸二氢钾 ,磷酸氢二钾为分析纯 ,水溶液所用水 为去离子纯净水 (艾科浦 P 系列纯化水机 )制得的一级 水 . 实验在 18 ℃ 下进行. 将磷酸二氢钾 ,磷酸氢二钾水 溶液按比例配置成 PH 值为 5. 56 的磷酸缓冲液 . 1. 2 碳纳米管电极的制作 - 1 向碳纳米管中加入 5 molL 硝酸 , 50 ℃ 水中超声

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