金属及石墨电极在含油介质中的电化学行为研究

摘要

目前我国水中油类常用的分析方法包括重量法、紫外分光光度法、荧光光度法以及1996年颁布的国家标准方法红外光度法等，这些方法通常都需要将采集的样品送到实验室进行处理和检测，不便快速及时地提供数据，另外由于储存运输等问题使样品放置时间延长，还会使样品中的低沸点成分挥发，影响了测量的准确性，因此，油的自动在线监测显得尤为重要，样品无需萃取、分离等预处理工序的测试方法将是大势所趋。 污水中油类含量的在线监测技术在船舶上的应用研究较多，对结果的灵敏度和准确度都要求很高，监测多采用的是光散射原理或以荧光法辅助，设备精密，不适宜大范围使用。电阻法的优点是无需溶剂萃取，避免了对环境造成二次污染，并可实现在线监测。缺点是灵敏度不够高，电极容易被污染；亲油膜在每次测量之后都需要作再生处理，所以目前尚未商品化。本论文研究了不同电极对海水中油的电化学信号的响应，为今后优化电阻法测油技术提供理论基础。 本论文通过模拟海水中油的三种存在状态，以不同金属及石墨做电极，采用电化学阻抗和恒电位阶跃技术研究了不同电极在含油氯化钠溶液中的电化学行为特征，测量了不同油含量体系中电化学信号随时间的变化，分析其行为特征并提出了相应的等效电路。论文取得了一定的研究成果，结论如下： 1．金属电极 (1)铂黑电极在纯油液中静置的时间越长，吸油量越多，在海水中测得的界面电容就越小。尤其在一小时内电容变化明显，两小时后电极基本上达到吸附稳定，电容变化越来越小。 (2)在油水体系中，镍电极和铂电极在有油存在时的电容值明显低于空白溶液中的电容值，其中多孔电极的电容变化比平面电极明显，而泡沫镍的测试结果又比铂黑更为明显，也即用泡沫镍做电极比用铂黑的电化学信号响应显著。油含量从5％增加到10％时，电容随油含量的变化不再明显，可能与吸附接近饱和有关。 (3)比较铂黑电极在纯油液和油水体系中的电位阶跃电容值可以看出，纯油液中的电容值要小一些，说明在纯油液中吸油量要大一些，在油水体系中存在油和水的竞争吸附，吸油的同时也吸水。 (4)由于油在镍片和泡沫镍电极上有缓蚀作用，所以在油水体系中，油浓度增大使得电极上吸附的油增多而导致反应电阻逐渐增大。 2.石墨电极 (1)在分散油体系中，通过测量电化学信号，根据电位阶跃电容值和交流阻抗拟合电容值所计算的相对覆盖度数值可以看出，蠕虫状膨胀石墨的覆盖度最大，粉状膨胀石墨次之，然后是球形石墨，最小的是鳞片石墨。覆盖度大，说明表面被油所覆盖的面积大，吸油量大。可以看出这个顺序所测吸油量的结果一致。根据覆盖度及制作电极的情况筛选出粉状膨胀石墨最适合制作电极。 (2)在分散油体系中膨胀石墨的吸附量在几分钟内就达到饱和，之后电位阶跃电容随着时间的延长改变不大，说明蠕虫状膨胀石墨保油能力比粉状膨胀石墨的强。 (3)吸附量受多种因素的影响，温度降低、油含量的减少以及体系含盐量的增加都会导致吸附量降低。吸附实验和电化学实验模拟的结果均表明，粉状膨胀石墨的吸附符合Langmuir吸附等温规律。 (4)在低含量油体系中，以溶液电阻的变化表征油含量变化存在困难。 (5)在高含量油体系中，对于不同油品来说，油品的粘度越大，所测的溶液电阻越大；溶液电阻随着油含量的增大而有升高趋势；测试中还发现，溶液电阻值随浸泡时间的延长而增大，20min时达到最大，之后，随着时间的延长，溶液电阻反而减小。 通过比较泡沫镍电极和膨胀石墨电极的相对覆盖率可以知道，膨胀石墨的相对覆盖率比多孔的泡沫镍要大，说明膨胀石墨的吸油能力更强，而且膨胀石墨做电极还具有成本低，不易腐蚀，对油的电化学信号响应明显等特点，比金属电极要好。

目录

文摘

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1文献综述

2.实验部分

3金属电极在油水体系中的电化学行为研究结果与讨论

4.石墨电极在油水体系中的电化学行为研究结果与讨论

5.结论

参考文献

致谢