化学工程专业优秀论文电沉积石墨基体nihcf电控离子分离膜电极的制备、表征及应用.doc

化学工程专业优秀论文 电沉积石墨基体NiHCF电控离子分离膜电极的制备、表征及应用 关键词：电化学控制离子分离 膜分离 多排石墨芯铁氰化镍膜电极 阴极电沉积 薄膜制备 结构表征 摘要：电化学控制离子分离技术(Electrochemically controlled ion separation，ECIS)是一种环境友好的新型膜分离技术，通过电化学方法调节附着在导电基体上的离子分离膜的氧化还原电位来控制离子的置入与释放，从而使溶液中的金属离子得到分离并使膜再生。由于ECIS过程的主要推动力是电极电位，离子交换基体无需化学再生，消除了由化学再生过程产生的大量二次污染物，因而有可能取代传统的离子交换技术而受到国内外学者的关注。 本文首先以单根石墨棒为基体材料，采用阴极电沉积和毛细化学沉积方法制备出具有电化学控制离子分离(ECIS)性能的电活性(NickelHexacyanoferrate，NiHCF)铁氰化镍薄膜。通过EDS和SEM考察了薄膜组成及其形貌，在1M KNOamp;lt;,3amp;gt;溶液中采用电势循环可逆地置入与释放碱金属离子，比较了不同制备方法得到的NiHCF薄膜的电活性、离子交换容量、再生能力和循环寿命；在1M(KNOamp;lt;,3amp;gt;+CsNOamp;lt;,3amp;gt;)混合溶液中测定了不同浓度下薄膜的伏安特性曲线，分析了薄膜对Csamp;lt;amp;#39;+amp;gt;/Kamp;lt;amp;#39;+amp;gt;的选择性。实验表明，石墨基体上制得的NiHCF膜能够实现电化学控制离子分离(ECIS)过程；两种方法制得的薄膜对Csamp;lt;amp;#39;+amp;gt;均有较强的选择性，其中电沉积膜的再生速度高于化学沉积膜，而化学沉积膜的寿命高于电沉积膜。 其次采用阴极电沉积法在27根石墨芯堆积固定的基体表面(基体表面积为85.67cmamp;lt;amp;#39;2amp;gt;)制备铁氰化镍薄膜，通过EDS光谱和SEM电镜考察了膜组成及形貌。在1M NaNOamp;lt;,3amp;gt;溶液中通过循环伏安法研究了NiHCF薄膜电化学行为。结合循环伏安法(Cyclic Voltammetry，CV)、计时库仑法(Chronocoulometry)和电化学交流阻抗(Electrochemical impedance spectra，EIS)技术，测定了Naamp;lt;amp;#39;+amp;gt;、Csamp;lt;amp;#39;+amp;gt;的扩散系数，并分析研究了NiHCF膜表面的活性情况及传递特性。通过计时库仑法得到一定电压下NiHCF薄膜活性表面积，活性体积以及氧化还原中心的浓度。其中氧化还原中心的数量namp;lt;,totalamp;gt;=8.01904×10amp;lt;amp;#39;-7amp;gt;mol，膜上Fe中心的浓度Camp;lt;,totalamp;gt;为6.64×10amp;lt;amp;#39;-3amp;gt;mol/cmamp;lt;amp;#39;3amp;gt;，与Kahlert等人结果一致。Vamp;lt;,acamp;gt;为1.21×10amp;lt;amp;#39;-4amp;gt;cmamp;lt;amp;#39;3amp;gt;，活性表面积Aamp;lt;,acamp;gt;为9.88cmamp;lt;amp;#39;2amp;gt;。可见，基体表面的活性面积小于基体的理论表面积85.67cmamp;lt;amp;#39;2amp;gt;。NiHCF膜在NaNOamp;lt;,3amp;gt;和CsNOamp;lt;,3amp;gt;溶液中对Naamp;lt;amp;#39;+amp;gt;、Csamp;lt;amp;#39;+amp;gt;的置入置出过程是可逆过程受扩散控制，峰电流值与扫描速度的平方根近似呈线性关系。Naamp;lt;amp;#39;+amp;gt;扩散系数D为6.4556x10amp;lt;amp;#39;-8amp;gt;cmamp;lt;amp;#39;2amp;gt; samp;lt;amp;#39;-1amp;gt;，Csamp;lt;amp;#39;+amp;gt;扩散系数D为2.1×10amp;lt;amp;#39;-8amp;gt;cmamp;lt;amp;#39;2amp;gt; samp;lt;amp;#39;-1amp;gt;，此数据接近于Kahlert等人的结果(Kamp;lt;amp;#39;+amp;gt;扩散系数为1.49×10amp;lt;amp;#39;-9amp;gt;cmamp;lt;amp;#39;2amp;gt; samp;lt;amp;