聚吡咯固体媒介体电化学还原重金属的特性和机理

针对传统电极电化学还原重金属电流效率低、能耗大的问题，本项目提出利用聚吡咯良好的导电性和可逆氧化还原特性将其作为固体媒介体进行间接电化学还原，探讨聚吡咯媒介体修饰电极电化学还原重金属的特性和机理。媒介体的引入可催化还原反应，提高电流效率。针对聚吡咯对重金属还原具有的催化活性和抑氢作用特性这一关键问题，揭示聚吡咯催化和抑氢的作用规律和本质过程，建立媒介体结构与催化和阻氢性能的关联，通过媒介体结构和官能团的调变实现催化活性的优化和阻氢作用的强化。并由此引申探索聚苯胺、聚噻吩等其它导电聚合物媒介体和有机表面修饰物对电极催化活性和阻氢过程的影响，找到调控析氢和催化目标反应的普适性规律。上述问题的深入探讨，对加深媒介体和修饰物表面氢阴极过程的认识，通过媒介体或表面修饰物的选择和调变实现电极反应的选择性催化和电化学阴极过程的调控具有重要意义，为重金属废水的电化学处理提供新的途径和理论依据。

针对传统电极电化学还原重金属电流效率低、能耗大的问题，本项目提出利用聚吡咯良好的导电性和可逆氧化还原特性将其作为固体媒介体修饰电极进行间接电化学还原，为重金属废水的电化学处理提供新的途径和理论依据。通过三年的研究工作，基本完成预期研究内容，得到如下成果：.(1)提出聚吡咯媒介体还原重金属的机理；提出聚吡咯对催化和抑氢的作用规律和本质过程。.(2)发表论文5篇，其中SCE收录论文3篇，EI收录论文1篇。.(3)申请发明专利1项，已授权。.具体研究内容和结果如下：.采用连续电位阶跃方法研究了以对甲苯磺酸钠为掺杂剂的聚吡咯膜的电化学氧化还原稳定性，通过计算聚吡咯在阶跃电位下的还原电量(Qred)，还原和氧化电量的比值(Qred/Qox)考察了聚吡咯在H2SO4、Na2SO4和NaOH溶液中在不同电位下的稳定性和氧化还原可逆性。 .考察了氧化态及还原态聚吡咯对重金属Cr(VI)开路还原的效果。并提出了聚吡咯修饰膜开路还原Cr(VI)的动力学方程。.采用恒电位和动电位对Cu(II)还原效果进行了研究，并与不锈钢电极进行了对比。由于聚吡咯的催化作用，聚吡咯修饰电极对Cu(II)的还原效率高于不锈钢电极。聚吡咯膜对析氢有明显的抑制作用，因此电流效率远远高于不锈钢电极。通过在不同浓度的Cu(II)酸性溶液中的循环伏安行为讨论了聚吡咯对Cu(II)的催化还原作用机理。.采用电化学恒电位和动电位还原Cr(VI)，与不锈钢电极进行了对比。结果表明：聚吡咯媒介体修饰电极相比不锈钢电极，能够获得极高的还原效率和电流效率。此外，研究发现，采用动电位比恒电位对Cr(VI)还原更为有效，对该结果的反应机理进行了探讨。 .对不锈钢电极和聚吡咯修饰电极的表面析氢反应进行了比较，与不锈钢相比，聚吡咯膜表面能够抑制析氢反应，厚膜与薄膜相比其抑制析氢作用更明显。对聚吡咯表面抑氢作用机理进行了探讨。