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文檔簡介
1、電化學(xué)控制離子分離技術(shù)(Electrochemically controlled ion separation,ECIS)是一種環(huán)境友好的新型膜分離技術(shù),通過電化學(xué)方法調(diào)節(jié)附著在導(dǎo)電基體上的離子交換膜的氧化還原電位來控制離子的置入與釋放,從而使溶液中的金屬離子得到分離并使膜再生。由于ECIS過程的主要推動力是電極電位,離子交換基體無需再生,消除了由化學(xué)再生過程產(chǎn)生的二次污染物。
為了提高NiHCF膜電極的離子交換容量,具有
2、大比表面積的三維多孔電極成為選擇重點。三維膜電極系統(tǒng)的ECIS是伴隨液相離子的擴散傳遞與膜電極反應(yīng)同時進行的復(fù)雜電荷傳遞-反應(yīng)過程,多孔電極內(nèi)部的離子擴散特性對該新型膜電極反應(yīng)過程的離子分離效率有著重要影響。
多排石墨芯(Multi-row graphite core,MRGC)基體具有結(jié)構(gòu)簡單、便于施加外部電壓和易于放大的特點。本文采用陰極電沉積法在石墨芯基體上制備鐵氰化鎳(NiHCF)薄膜,然后組裝為多排石墨芯(MRG
3、C)膜電極系統(tǒng)于1 mol·L-1 KNO3溶液中測定其循環(huán)伏安(CV)曲線。重點考察了不同電極厚度與間距的MRGC基體NiHCF膜電極CV圖的陰陽極峰電位分離情況,以及不同掃描速度下膜電極系統(tǒng)的CV圖變化情況。研究結(jié)果表明,由于三維MRGC膜電極系統(tǒng)內(nèi)部離子擴散影響,CV圖的峰電位將發(fā)生偏移。隨著石墨芯間距的增加電極內(nèi)離子擴散阻力降低,導(dǎo)致CV圖陰陽極峰電位差Δep將減??;固定石墨芯間距而增加電極厚度時電極內(nèi)離子擴散阻力增加使Δep也
4、隨之增加;隨著掃描速度的增加內(nèi)擴散的影響加劇導(dǎo)致Δep增加。因此循環(huán)伏安圖陰陽極峰電位的分離程度可用于三維膜電極內(nèi)離子擴散的分析。
三維多孔電極內(nèi)部活性表面積以及催化層厚度不僅是表征電極催化性能的重要結(jié)構(gòu)參數(shù),也是建立電極反應(yīng)宏觀動力學(xué)模型、進行催化劑或反應(yīng)器設(shè)計的重要工程參數(shù)。本文提出了一種通過測定不同掃描速度下循環(huán)伏安曲線峰電流的間接方式來表征三維多孔(膜)電極的活性表面積的新方法。首先測定三維多孔電極在鐵氰化鉀溶液中
5、的不同掃速下的伏安特性曲線。然后在三維多孔電極上制備具有電化學(xué)控制離子分離性能的NiHCF膜,測定膜電極在堿金屬溶液(1 mol·L-1 KNO3)中不同掃速下的伏安曲線。實驗結(jié)果表明:根據(jù)三維多孔電極在鐵氰化鉀溶液及過渡金屬NiHCF薄膜在KNO3溶液中的氧化還原反應(yīng)可逆特性和循環(huán)伏安特征,以及不同掃描速度下循環(huán)伏安曲線峰電流與掃速的關(guān)系可以表征三維多孔(膜)電極的活性面積,并結(jié)合計時庫侖法可獲得三維多孔膜電極內(nèi)膜的活性體積進而可求得
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