[发明专利]一种层状钛酸铯修饰泡沫镍电极及其制备和使用方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学分析检测技术领域，特别是涉及一种层状钛酸铯修饰泡沫镍电极及其制备方法，适用于水样中铅离子的分析检测。

背景技术

铅是环境中常见的重金属，铅中毒会严重危害人的神经、泌尿、生殖和发育、心血管、免疫、骨骼等各类器官，更为严重的是它会影响婴幼儿的生长和智力发育，损伤认知功能、神经行为和学习记忆等脑功能，因此对环境中残留铅含量的监测尤为重要。

目前，测定水样中铅离子的方法主要有石墨炉原子吸收光谱法、等离子体质谱法、原子荧光光谱法、催化示波极谱法、双硫腙分光光度法和阳极溶出伏安法等。其中前五种方法所需设备昂贵，操作比较复杂，不适合于现场分析。阳极溶出伏安法具有较高的灵敏度和良好的选择性，设备价格低廉，操作简单，分析时间短，适合于现场分析。但阳极溶出伏安法多采用汞膜电极作为工作电极，汞对人体有危害并且对环境造成污染，因此用无毒且检测性能优良的化学修饰电极代替汞膜电极是人们研究的重要内容。

在文献(1) Anal. Chem. 2009, 81,5088-5094中，Dawei Pan等人把羟基磷灰石和离子载体修饰到玻碳电极表面上，采用阳极溶出伏安法对水中铅离子进行检测，线性范围为5.0 nM~0.8 mM，换算成铅离子的质量浓度为1x10^-6 g/L~1.6x10^-4 g/L，检测灵敏度为13 mA/mM，最低检测限为1.0 nM，换算成铅离子的质量浓度为2x10^-7 g/L。

在文献(2) J. Phys. Chem. C, 2008, 112, 16275-16280中，Dongjiang Yang等人用二氧化钛和碳酸钠合成分子式分别为Na₂Ti₃O₇和Na_1.5H_0.5Ti₃O₇的两种层状钛酸盐，钛酸盐层间的钠离子具有可交换性，可以通过离子交换反应吸附脱除水中的核元素及Sr²⁺，Ba²⁺，Pb²⁺等重金属离子，但尚未有用层状钛酸盐构建化学修饰电极检测水中重金属离子的报道。

发明内容

利用层状钛酸盐具有层间离子交换性，可以交换吸附重金属离子的特点，本发明提供一种层状钛酸铯修饰泡沫镍电极，用于水样中重金属离子铅的分析检测。

本发明层状钛酸盐修饰泡沫镍电极由层状钛酸铯活性物质、聚偏四氟乙烯粘结剂和泡沫镍集流体构成。层状钛酸铯和聚偏四氟乙烯涂覆在泡沫镍表面，涂覆量为0.02-0.04 g/cm²，层状钛酸铯与聚偏四氟乙烯的质量比为6:1~10:1；泡沫镍集流体的规格为80~120 ppi，其中ppi代表每平方英寸面积上网孔的个数，泡沫镍集流体的尺寸可以根据实际需要进行剪裁，通常为长方形，长度为3~4 cm，宽度为1~2 cm；涂覆在泡沫镍集流体上的层状钛酸铯和聚偏四氟乙烯的面积占泡沫镍集流体面积的1/5~1/2。

将层状钛酸铯加入到聚偏四氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液中配成层状钛酸铯浆料，然后将浆料均匀涂覆在泡沫镍集流体表面，真空干燥后获得本发明层状钛酸铯修饰泡沫镍电极。具体工艺步骤为：

A) 层状钛酸铯的制备：按照二氧化钛与碳酸铯的摩尔比为5.1:1~5.5:1称量两种物质并混合研磨，将混合物在700~900 ^oC下煅烧30-60分钟，待其冷却至室温后研磨并在800~900 ^oC煅烧20~24小时，待其冷却至室温后再次研磨并在800~900 ^oC煅烧20~24小时，得到层状钛酸铯Cs_xTi_2-x/4□_x/4O₄，其中□为层板中钛元素空位，x的取值范围为0.65≤x≤0.75；

B) 层状钛酸铯浆料的制备：将聚偏四氟乙烯溶解于N-甲基吡咯烷酮溶剂中，配成质量分数为2~6 %的聚偏四氟乙烯溶液，按照层状钛酸铯和聚偏四氟乙烯的质量比为6:1~10:1称取层状钛酸铯加入到聚偏四氟乙烯溶液中，配成层状钛酸铯浆料；