纳米结构的复合催化电极设计及电化学催化还原脱氯研究

In recent years removal of chlorinated hydrocarbons in surface water has attracted much attention.Catalytic reductive dechlorination is a promising approach and developed fast in degradation of chlorinated hydrocabons.However, it is urgent to distinguish the reaction effect between the organics and the electrode materials, based on that to develop effective catalysits. Another question in dechlorination is to design of ideal structure to improving the effiency of dechlorination.. In our study we will investigated the electrochemical properties of chlorinated hydrocarbons on surface of single catalytic electrode and composite electrode materials,respectively. Based on that we will have selected the kinds of metals for preparating the catalytic electrodes. Then we will prepare size-controlled nanoparticles by electrochemical methods and fabricate them into two dimensional materials with different size,shape and configuration.We will also load the nanoparticles to other supporting meterials to form composite catalytic materials, with them building suitable heterogeneous electrocatalytic equipment for dechlorination experiment.. The aim of this word is to develop novel composite nanostructured electrodes for catalytic dechlorination,to find the relation between catalytic eletrode and dechlorination reaction.It is expected to explore new approach to disposal of water containing chlorinated hydrocarbons.

水体中含氯有机物污染治理愈来愈受到人们的重视。近年来催化还原脱氯新技术的研究以及在有机物脱氯应用研究方面发展迅速。研究的重点和难点一是要对催化材料与有机物之间的作用机理进行有效识别，以此开发理想的高催化活性电极材料，二是要对开发的催化材料要进行合理的结构设计，提高实际应用中的脱氯效率。. 本项目将首先利用电化学手段对含氯有机物在单一金属和多种金属复合催化剂表面的电化学行为进行表征，并进行电化学脱氯试验，探索还原脱氯微观过程和机理，区分和筛选有效催化的金属催化剂种类和组合。然后，拟利用电化学方法，制备尺寸可控的纳米粒子，选择合适基底和模板保护，进而制备不同尺寸、形态和结构的二维电极表面结构和负载型催化粒子，设计组建合理有效的电多相还原脱氯试验设备，对含氯废水进行脱氯试验。. 课题旨在研究新型复合催化电极材料的纳米结构设计、形态与脱氯功能之关系，探索含氯废水处理新思路。

含氯有机物是水体中常见且危害较大的一类污染物，这类污水的处理较为困难，对其进行脱氯降低其毒性后，可为后续的生物降解提供可行性，在众多的脱氯技术中，利用电催化还原脱氯技术进行脱氯，是比较高效且可行的方式，而电化学催化还原脱氯的关键是高效的还原脱氯的阴极电极，本项目研究的重点之一即是制备高效的纳米结构复合电极并用于脱氯研究，为含氯有机废水的治理探索一条行之有效的途径。.项目的主要研究内容主要有以下几点：1) 电极基底纳米结构金属粒子的制备：筛选了几种常用的用于脱氯的金属，在电极基底上制备纳米金属粒子，对于制备均匀稳定的纳米金属粒子的实验条件进行优化；2) 电极的结构和表面形态设计和制备：对于电催化还原脱氯，为提高脱氯效果，增加电极表面和有机物的接触几率是重要影响因素，因此设计制备了多孔金属和泡沫金属电极；3）石墨烯的制备并用于电极表面的修饰和还原脱氯：利用氧化还原法制备石墨烯并对制备条件进行了优化，获得了稳定的实验室中石墨烯的制备方法，并进行金属粒子修饰和还原脱氯的研究。.课题研究取得了以下主要研究的结果：1）纳米金属粒子在电极表面的均匀制备，包括单一金属粒子和两种金属粒子的复合制备条件；2）由多孔金属的制备发展到泡沫状金属的制备，泡沫金属电极具有较好的负载性并更有利于修饰和还原脱氯的应用；3)石墨烯的实验室简单制备和实验条件的优化，并将石墨烯用于电催化还原脱氯应用，有利于提高电极和含氯有机物的结合效率。.实验结果的主要研究意义在于，设计制备了形态、结构适宜具有纳米结构的电催化还原脱氯阴极材料，并进行还原脱氯研究，实验结果对于电催化还原脱氯处理此类有机废水，提供了一条可借鉴的电极制备方法，并有望将此类电极发展成为结构稳定、脱氯效果高效的脱氯电极并用于实际废水治理.