SDBS改性的MgFe类水滑石活性炭EDTA电极的制备及其对铜(II)的电化学催化氧化行为的研究化学专业毕业论文.doc

2011届（09级）专升本毕业论文SDBS改性的Mg-Fe类水滑石-活性炭-EDTA电极的制备及其对铜(II)的电化学催化氧化行为的研究 学 号 姓 名 指导教师 x x x专 业 化 学完成时间：2011年06月目 录摘要 I关键词 I1 引言 11.1类水滑石综述 11.1.1类水滑石的结构 11.1.2 类水滑石的性质 11.1.3 类水滑石的制备 21.1.4类水滑石的应用 31.2电化学工作站简介 41.3循环伏安法的原理及简介 51.3.1循环伏安法概念 51.3.2基本原理 51.3.3循环伏安法的应用 51.3.4循环伏安法的用途 62实验部分 62.1试剂与仪器 62.2电极的制作及溶液的配制 62.3电化学测定 73结果与讨论 73.1电极材料配比对电化学测定的影响 73.2不同浓度的Cu(II)对电化学测定的影响 83.3不同扫描速率对电化学测定的影响 94结论 11参考文献 12Abstract 13Keywords 13致 谢 14运城学院专升本毕业论文SDBS改性的Mg-Fe类水滑石-活性炭-EDTA电极的制备及其对铜(II)的电化学催化氧化行为的研究 摘要：本文探究了用十二烷基苯磺酸钠修饰的类水滑石电极的制备，并以硫酸铜溶液为体系，对该电极进行了电化学测试。

结果表明，类水滑石和EDTA对铜离子的电化学氧化有一定的协同作用；峰电流与电解液浓度的关系为：y=3.38594×10-4+7.09621×10-4x (R2=0.99256)；峰电流与扫描速率的关系为：y=1.74×10-4+7.2×10-6x (R2=0.9899)，由此可知，铜离子在该电极表面的电化学氧化过程属于吸附控制关键词：类水滑石 循环伏安法 修饰电极 铜离子I运城学院专升本毕业论文1 引言1.1类水滑石综述1.1.1类水滑石的结构 类水滑石化合物（Hydrotalcite－like compounds,HTlc）是由带正电荷的金属氢氧化物层和层间电荷平衡阴离子构成的层状双金属氢氧化物可用通式表示为，其中M2+ 是二价金属阳离子，可以有Fe2+，Co2+，Cu2+，Zn2+，Mn2+ 等；M3+ 是三价金属阳离子，可以有Fe3+,Cr3+等，由这些二价和三价金属离子的有效组合，可形成二、三元甚至四元的HTlcAn- 为层间阴离子，可为无机阴离子如Cl-、CO32-等；也可以是有机阴离子，如对苯二甲酸根以及配合物阴离子如Zn(BPS)34-等A是价数为-n的阴离子，X是M3+与｛M3++M2+｝的摩尔比。

HTlc单元晶层相互平行重叠形成层状结构，层状结构中的每一层的结构和水镁石Mg(OH)2类似(水镁石为正八面体结构，中心为Mg2+，六个顶点为OH-，相邻的正八面体通过羟基共用边相互连接形成片层)，是由金属(氢)氧八面体靠共用边相互连接而成，但化学组成与水镁石不同，其中部分二价金属离子被三价金属离子代替(称为同晶置换)，称为类水镁石层类水镁石层相互平行重叠形成HTlc层状结构层和层之间有孔隙，通常称为通道 (Gallery)水镁石层是电中性的，而类水镁石层中由于三价金属离子同晶置换部分二价金属离子而带有剩余正电荷这种由晶体结构本身产生的电荷与外界条件(如分散介质的pH，电解质等)无关，所以称为永久电荷为维持电中性，在通道中存在阴离子以平衡片层所带的剩余正电荷通道中的阴离子是可以交换的，所以HTlc具有阴离子交换性，因而也常称为阴离子黏土[1]1.1.2 类水滑石的性质HTlc片层化学组成有可调节性，HTlc片层中的二价或三价金属阳离子均可被其它离子半径与之相近的同价金属离子所代替，形成新的HTlc同价金属离子对类水滑石结构形成影响不同，有的同价金属离子间具有离子浓度叠加效应[2]，有的则没有[3]。

HTlc具有阴离子交换特性，可使HTlc与许多无机和有机阴离子进行交换，形成具有不同层间阴离子的新HTlc不同层间阴离子的引入可能使HTLc表面得以改性而改善使用功能，如大分子阴离子的插入可使HTlc层间距变大，使柱撑HTlc的择形催化能力更加显著，得到更多的反应面和暴露更多的活性中心其阴离子交换能力与其层间阴离子种类有关[4]HTlc是带有结构正电荷且有较大比表面的一类物质，因此有较好的吸附性能未修饰过的HTlc可通过静电引力吸附水中的物质，如腐殖质、农药、三氯苯酚和三硝基苯酚等有机物质[5]，起到净化水源的目的经表面修饰的HTlc(如用直链酸进行表面改性)，则可作为疏水性有机化合物的吸附剂研究认为，HTlc在溶液中优先吸附C032-和P043-，但离子交换吸附能力远低于理论最大值HTlc经锻烧后得到混合金属氧化物，吸附能力会大大提高对一些无机离子如Cr042-，Si032-，S042-，CI-，Mn04-吸附研究表明，HTlc锻烧后得到的金属混合氧化物是良好的废水处理剂，核反应废水中一些放射性元素也可用这种吸附剂进行处理根据国内文献可查知，HTlc表面具有酸碱两种活性中心[6] HTlc 具有一定的热稳定性。

加热到一定温度时，HTlc开始分解，热分解过程包括层间水、片层羟基、层间阴离子的脱除及新相的形成HTlc热分解可形成具有催化活性的金属氧化物固态溶液，这是HTlc一个非常重要的性质不同金属组成的HTlc热稳定性各有不同[7]1.1.3 类水滑石的制备 1942年，Feitknecht等首次用共沉淀法合成了HTlc制备过程可表示如下：滴加→沉淀→晶化→过滤→洗涤→老化→干燥人们普遍认为共沉淀法是合成HTlc最可靠有效的办法因为它可使离子半径相近的两种或两种以上二价和三价金属离子混合在一起，经过反应形成相应的HTlc；同价金属元素混合在一起往往会产生协同效应，因此适用范围广；二价和三价金属离子的原料配比易于调控，可由此获得具不同片层电荷的系列HTlc；也可使不同的阴离子存在于层间，获得所需样品共沉淀的基本条件是造成过饱和条件的形成在HTlc的合成中，通常采用的是pH值调节法，其中最重要的是，沉淀的pH值必须高于或至少等于最可溶的金属氢氧化物沉淀的pH值[8] 大多数HTlc的制备要求pH在8-10之间共沉淀法包括非稳态共沉淀法和稳态共沉淀法非稳态共沉淀法(又称变化pH值法或单液法)，指将金属阳离子先配制成混合金属盐溶液(一般用一价阴离子金属盐，原因是它们都不是特性吸附粒子，易于被其他阴离子所交换)。

然后加入共沉淀剂并加以强烈搅拌随着共沉淀剂的加入，金属离子的浓度及溶液的pH都会发生改变由于制备时，HTlc晶体粒子的形成时间各不相同，因此，HTlc晶体粒子大小不均匀，粒径分布范围较宽稳态共沉淀法(又称双液法)，是将分别配制好的混合金属盐溶液和碱液控制滴加到反应容器中，反应过程中金属离子浓度、溶液pH不变要得到纯净和结晶度良好的水滑石样品，还需注意以下几种条件：(1)合适的组成比，其中x值：0.2

1.1.4类水滑石的应用 HTlc物质可作为泥浆处理剂应用于油田的石油钻井对于井壁和地层中的粘土颗粒来说，由于HTlc带有永久正电荷，可与带负电的粘土粒形成稳定的复合体，达到稳定泥浆的作用[9]同时正电胶粒可以抑制地层的膨胀和分散，保持地层稳定 HTlc具有独特的组成和结构特征，可作为碱性催化剂、氧化还原催化剂、酸碱双功能催化剂以及催化剂载体等在催化剂中得到广泛应用HTlc作催化剂应用的一种情况是HT1c本身作催化剂，另一种情况是HTlc煅烧后的混合氧化物作催化剂HTlc作催化剂之所以引起人们的广泛兴趣是因为类水滑石可使多种二价和三价金属离子进行匹配，金属阳离子可在原子尺度上进行混合，并且HTlc热分解后可生成热稳定性的混合氧化物，有较大的表面积[10] HTlc具有弱碱性和低毒副作用可作为治疗胃病如胃炎、胃溃疡、十二指肠溃疡等常见疾病的抗酸剂而应用于医疗临床上它们作为抗酸剂应用，继承了传统抗酸剂的优点，并可避免导致软骨病和缺磷综合症等副作用的发生同时由于HTlc的高比表面积和阴离子交换性，可使一些药物分子插入到HTlc片层间而起到控制释放作用[11]水滑石可以用作吸附剂、离子交换剂。

Amin对比了水滑石和柱撑矿土去除高地表层水中腐殖质的能力，发现水滑石有特别好的效果，在水与固体比为40：l的情况下，水滑石接触1 d后可以保持100％的去除效果，这是因为它具有较好的阴离子交换能力，并且它的夹层空间和表面可以吸附腐殖质[12]HTlc的化学组成决定其对红外具有显著的吸收效果，而且HTlc的层间可插入其他对红外有吸收作用的有机分子，如此制得的层柱材料对红外的吸收范围可根据需要进行设计和调整目前将其用于农业棚膜，大幅度提高了保温效果，同时HTlc组成和结构上的特点使其兼备抗老化性能、改善力学性能、提高阻隔性能、抗静电性能、防尘性能等HTlc经煅烧后表现出优异的紫外吸收和散射效果，利用表面反应还可进一步强化其紫外吸收能力，使之兼备物理和化学两种作用大量实践证明，以其作为光稳定剂，效果明显优于传统材料，可广泛应用于塑料、橡胶、纤维、化妆品、涂料、油漆等领域[13]1.2电化学工作站简介电化学工作站，即是研究电化学相关体系的电化学性质的测试仪器所有的电化学研究，都是表征电极的电位变化以及流过电极的电流的大小之间的关系电化学工作站是由电脑控制的全自动的恒电位仪、恒电流仪及阻抗分析仪，因为它相对于手动的设备更为先进，功能更强大，所以叫做电化学工作站。

具体工作时，仪器按照一定的规律输出电位信号，同步记录体系的电流响应信号；或反之，输出电流信号，同步记录电位信号采集到的信号，由仪器内置的微处理器解析后，变为数字信号反馈回电脑此时在屏幕上出现的为原始的数据，电脑上装的仪器数据处理软件，具有强大的解析功能，可以对原始数据作更详细的变化和分析，得到关于研究体系的详细信息电化学工作站内含快速数字信号发生器、高速数据采集系统、电位电流信号滤波器、多级信号增益、IR降补偿电路以及恒电位仪、恒电流仪可直接用于超微电极上的稳态电流测量如果与微电流放大器及屏蔽箱连接，可测量1pA或更低的电流如果与大电流放大器连接，电流范围可拓宽为±2A某些实验方法的时间尺度的数量级可达l0倍，动态范围极为宽广可进行循环伏安法、交流阻抗法、交流伏安法等测量工作站可以同时进行四电极的工作方式四电极可用于液／液界面电化学测量，对于大电流或低阻抗电解池(例如电池)也十分重要，可消除由于电缆和接触电阻引起的测量误差仪器还有外部信号输入通道，可在记录电化学信号。