Использование композитного материала pt-moo x в качестве электрокатализатора для реакции окисления этанола

А.А. Калинкина, С.В. Шипкова, Р. C. Баталов, В.В. Кузнецов Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПОЗИТНОГО МАТЕРИАЛА Pt-MoOx В КАЧЕСТВЕ ЭЛЕКТРОКАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ РЕАКЦИИ ОКИСЛЕНИЯ ЭТАНОЛА

Composite electrode material Pt-MoOx was prepared by electrochemical method in the potentiody-namic mode. The materials obtained possesses high catalytic activity toward the oxidation process of ethanol, which is better than activity of dispersed platinum.

Электрохимическим способом в потенциодинамических условиях было нанесено композитное покрытие Pt-MoOx на поверхность предварительно подготовленного электрода из стеклоуглерода. Полученный таким образом электрод проявляет высокую электрокаталитическую активность в отношении реакции окисления этилового спирта в кислых средах, превосходящую активность чистой платины.

Большое количество исследований последних лет посвящено изучению процесса электроокисления этилового спирта. Показано, что лучшим катализатором для реакции окисления этанола в кислой среде является платина. Однако использование платиновых электродов имеет ряд недостатков. Образование адсорбированного СО в результате диссоциативной хемосорбции этанола приводит к отравлению поверхности электрода и снижению его каталитической активности. Большое внимание уделяется разработке электрокаталитических материалов на основе платины, модифицированной различными металлами, обладающих значительной каталитической активностью и вместе с тем более устойчивых к отравлению.

Известно, что соединения молибдена в низших степенях окисления обладают определенной каталитической активностью в отношении многих процессов, таких как электрохимическое окисление метанола, восстановление иодат иона, кислорода и т.д. С этой точки зрения интересным представляется изучение электрокаталитических свойств платины, легированной соединениями молибдена, в отношении реакции окисления этанола.

Методика эксперимента. Растворы готовили из реактивов марки о.с.ч. и биди-стиллированной воды. Поляризационные измерения проводили с помощью потенцио-стата 1РС864Х. Для проведения экспериментов использовали трехэлектродную ячейку с обратимым водородным электродом сравнения в том же растворе. В качестве вспомогательного электрода использовали платинированный титан. Все эксперименты были проведены в атмосфере азота. Электрод из стеклоуглерода полировали до зеркального блеска, обезжиривали в растворе KOH при температуре 60°C в течение 3-5 мин и промывали теплой (t»50°C) дистиллированной водой. Для очистки поверхности от возможных загрязнений образец помещали в 0,5 М раствор серной кислоты и подвергали потенциодинамической поляризации в интервале потенциалов 0,05-1,1 В в течение 10 мин со скоростью развертки потенциала 500 мВ/с. Затем образец промывали биди-стиллированной водой и помещали в рабочую ячейку.

Осаждение покрытия Pt-MoOx проводили из кислых растворов, содержащих 0,002 М гексахлорплатината калия, 0,2 М молибдата натрия, 2,2 М серной кислоты в потенциодинамических условиях при циклировании потенциала электрода в интервале 0,05-0,8 В при скорости развертки 50 мВ/с в течение 20 мин (всего 40 циклов). Для сравнения свойств полученных электродных материалов со свойствами чистой платины и выявления роли соединений молибдена в электродных процессах были проведены контрольные эксперименты по осаждению металлической платины в аналогичных ус-

ловиях из электролита, содержащего все необходимые компоненты за исключением молибдата натрия.

С целью изучения электрохимических свойств полученных осадков для них были получены циклические вольтамперограммы в растворе, содержащем 0,5 М серной кислоты и этиловый спирт. Электрокаталитические свойства электродных материалов были оценены с помощью квазистационарных поляризационных кривых окисления этанола в том же растворе.

Для оценки степени отравления осадков Pt и Р^МоОх в процессе окисления этанола были записаны квазистационарные хроноамперометрические кривые при различных потенциалах.

Результаты и обсуждение. На рис. 1 представлены циклические вольтамперо-граммы синтезированных электродных материалов в растворе, содержащем 0,5 М серной кислоты и 0,1 М этилового спирта. Потенциодинамические профили кривых для Р1;- и Р1;-МоОх-электродов имеют сходные очертания. На анодном ходе циклических вольтамперограмм можно отметить два пика в области потенциалов Е = 0,75-1,5 В, соответствующей электроокислению этанола. Высота этих пиков для Р1;-МоОх-электрода увеличивается по сравнению с чистой платиной. Потенциал максимума первого пика окисления этанола для композитного электрода смещен в сторону более отрицательных потенциалов на 0,07 В по сравнению с чистой платиной.

1, мА/см‘

4.5 -

3.5 -

2.5 -

1.5 -

0,5 --0,5 ~{

-1,5 ^

1)

,2 1,4 1,6

Е (о. в. э.), В

1,4 1,6 1,8

Е (о. в. э.), В

Рис. 1. Циклические вольтамперограммы на Р1 (1) и Р1-МоОх (2)-электроде в растворе, содержащем 0,5 М серной кислоты и 0,1 М этанола; скорость развертки 50 мВ/с.

Рис. 2. Квазистационарные анодные поляризационные кривые на Р1 (1) и Р1-МоОх (2) в растворе, содержащем 0,5 М серной кислоты и 0,1 М этанола, скорость развертки потенциала 1 мВ/с

1, мА/см

1;, мин

Рис. 3. Квазистационарные хроноаперометрические кривые на Р1

при потенциале Е=0,8 В

2

На поляризационных кривых Pt- и Pt-MoOx -электродов (рис. 2) также можно отметить два пика окисления этанола. При включении в осадок соединений молибдена наблюдается значительное увеличение плотности тока, в особенности при потенциале E = 0,8 В, соответствующем максимуму первого пика окисления этилового спирта. Этот результат указывает на каталитические свойства композитного материала Pt-MoOx в отношении электроокисления этанола и не может быть связан с различием истинных поверхностей осадков, которые сопоставимы по порядку величины.

Каталитическая активность Pt-MoOx -электрода в реакции окисления этанола может быть обусловлена как бифункциональностью полученного композитного материала, так и большей его устойчивостью к отравлению продуктами реакции.

Для оценки степени отравления поверхности осадков Pt и Pt-MoOx в процессе окисления этанола были записаны квазистационарные хроноамперометрические кривые при потенциале E = 0,8 В, соответствующем максимуму первого пика окисления этилового спирта (рис. 3). Более высокие плотности тока, наблюдаемые для Pt-MoOx -электрода, свидетельствуют о меньшем отравлении поверхности осадка монооксидом углерода, образовавшимся в результате диссоциативной хемосорбции этанола.

УДК 628.337

В.А. Колесников Д.В. Павлов

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ПРИМЕНЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИИ И ФЛОТАЦИИ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Method has been developed for clearing water from heavy metals by combining electroflotation and flotation processes. The technical results are the increase of efficiency of water treatment and the decrease of electrode material’s consumption due to using of ceramic membrane. Comparative experimental data of clearing model solutions from Fe3+ ions are mentioned in this work.

Разработан способ очистки воды от солей тяжелых металлов комбинированным методом флотации и электрофлотации. Технический результат - повышение эффективности и производительности очистки воды, снижение затрат на электродные материалы за счёт использования керамической мембраны. Приведены сравнительные экспериментальные данные по очистке модельных растворов от Fe3+ элек-трофлотационным и комбинированным методами.

Проблема очистки промышленных стоков приобретает все более серьезное значение, поскольку большинство очистных сооружений предприятий устарело и не в состоянии обеспечить качественную очистку стоков в соответствии с существующими нормативами. В настоящее время электрофлотационные технологии получают всё более широкое распространение.

С целью снижения материальных затрат на электродные материалы, в частности ОРТА, используемые в электродных блоках электрофлотаторов, а также интенсификации и повышения эффективности самого электрофлотационного процесса было предложено создание аппарата сочетающего процесс мембранной- и электрофлотации.

Для проведения экспериментальных исследований совместного процесса флотации и электрофлотации был сконструирован и изготовлен аппарат (флотатор), сочетающий в себе прямоточную мембранно-флотационную камеру объемом 5,7 л. и про-тивоточную электрофлотационную камеру объемом 11 л. Общий объём аппарата составляет 16,7 при соотношении объёмов камер 1:1,9. Схема данного аппарата представлена на рис. 1.