十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯在阳极-阴极交替极化下的防污性能

十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯在阳极-阴极交替极化下的防污性能

海洋污染物是指污染生物在海洋设施和设备表面的聚集和聚集。涂覆防污涂层是防除生物污损最经济有效且应用广泛的防污技术之一．传统的防污涂料是依赖防污剂(如滴滴涕、有机锡TBT等)的持续释放来毒杀生物，从而发挥防污作用．这些防污剂在发挥高效防污作用的同时，也对海洋生态环境造成了不可逆转的危害20世纪70年代发展起来的导电聚合物为环境友好防污涂层与技术提供了新的机遇．自Heeger等近期研究表明，通过外加电流阴极极化可有效防除微生物，防止生物污损1实验部分1.1型电化学从资本组成吡咯(Py)、六水合三氯化铁(FeClAutolabIME663型电化学工作站，瑞士万通公司;NicoletiS10型红外光谱(FTIR)仪，美国ThermoFisherScientific公司;X射线衍射(XRD)仪，德国Bruker公司．1.2吡咯溶液的制备首先，将50mmol吡咯单体和一定量的DBSA(5,15,25,50及100mmol)溶于去离子水(250mL)中，超声1min，混合均匀，制得吡咯水溶液;将FeCl1.3ppy-dbsa电极的制备所有电化学测试均采用三电极体系．其中，PPy-DBSA电极、铂片电极和饱和甘汞电极分别用作工作电极、对电极和参比电极．PPy-DBSA电极的开路电位(E1.4in与ca实验在0.6～2.0V下进行10min的计时电流法(CA)实验，使用余氯盒进行测试，并通过不同电位下溶液所显示的颜色来确定产生有效氯的电位．1.5抗污染试验1.5.1杆菌菌液的制备首先，将大肠杆菌于37℃下充分活化;用灭菌后的接种环刮取少量的纯净菌种置于19g/L的营养肉汤溶液中，于37℃培养箱中振荡培养24h，得到大肠杆菌菌液，浓度约为6×10将PPy-DBSA电极、对电极和参比电极置于紫外灯下，光照1h杀菌;将PPy-DBSA电极放置于上述营养肉汤中培养15h，备用．1.5.2ppy-db-sa电极防污性能测试采用三电极体系测试PPy-DBSA的电化学防污性能．将PPy-DBSA电极、铂片电极和饱和甘汞电极分别用作工作电极、对电极和参比电极，电解质溶液为天然海水．将PPy-DB-SA电极置于不同的电位下极化不同时间，观察其防污性能，所有实验均重复3次．1.5.3电化学防污性能测定通过比较PPy-DBSA电极表面细菌数量在电化学极化前后的变化评估聚吡咯的电化学防污性能．采用平板计数法计数培养皿上的菌落数，并根据下式计算抑菌率(E式中:N2结果与讨论2.1ppy-dbsa的红外光谱图2为不同n(DBSA)∶n(Py)条件下制备的PPy-DBSA的XRD图谱．由图2可见，所制备的5种PPy-DBSA都是无定形的，在2θ=22°～27°处出现较宽的衍射峰，该衍射峰可归因于吡咯-对离子界面散射及吡咯-吡咯和吡咯-对离子的晶面间距由图3可见，不同n(DBSA)∶n(Py)条件下制备的PPy-DBSA的红外光谱具有相似的特征吸收峰．1540和1470cm2.2ppy-dbsa的电化学活性图4为不同PPy-DBSA电极在100mV/s扫描速率下的CV曲线．可见，当n(DBSA)∶n(Py)=0.1和0.3时，PPy-DBSA的循环伏安曲线重复性较差，表明其稳定性较差;而当n(DBSA)∶n(Py)=0.5,1.0和2.0时，PPy-DBSA的循环伏安曲线重复性较好，表明其拥有良好的电化学稳定性．其中，n(DBSA)∶n(Py)=0.5时制备的PPy-DBSA电化学稳定性最好，且电流密度最大．不同PPy-DBSA的电化学活性变化可以通过由循环伏安曲线计算得到的Q/Q由图5(B)可见，PPy-DBSA-0.5在天然海水中的开路电位稳定在-0.09V左右．为进一步考察循环伏安扫描的电位范围对PPy-DBSA-0.5电化学活性的影响，分别在阴极区(-1.0～-0.091V)和阳极区(-0.091～2.0V)进行循环伏安扫描，图6谱线b和c为对应的电化学活性变化曲线．可以看出，与阴极-阳极交替极化下(图6谱线a)的电化学活性相比，PPy-DBSA-0.5在阳极区循环伏安极化和阴极区循环伏安极化下的电化学活性都有明显的降低，这是因为在长时间阴极极化下，PPy从中间氧化态转变为还原态;而长时间阳极极化使PPy被氧化，从而影响了电化学活性;而循环伏安阴极-阳极交替极化可以通过循环的阳极极化和阴极极化分别恢复PPy因阴极极化和阳极极化而损失的部分电活性2.3ppy-dbsa的防污性能通常，有效氯对阳极极化的防污性能起着至关重要的作用研究了不同极化方式(循环伏安极化及恒电位极化)和极化时间(10,15和20min)对PPy-DBSA-0.5电极电化学防污性能的影响．图8示出了采用不同极化方式极化不同时间后，附着在PPy-DBSA-0.5电极上的大肠杆菌菌落分布情况，其对应的抑菌效率列于表1．可以看出，没有极化的PPy-DBSA-0.5的抑菌效率为40.0%，显示出了一定的防污效果，这归因于导电聚合物本身所具有的防止微生物附着的特性，与我们之前得到的实验结果一致此外，在循环伏安阳极-阴极交替极化下，不同的扫描电位范围对防污性能也有着显著的影响．结合图8和表1可以看出，-0.6～0.8V范围的循环伏安极化拥有最佳的防污效果，在极化20min后，抑菌效率可达99.8%，优于-0.6～0.6V和-0.6～0.7V范围内循环伏安扫描极化的抑菌效果，这可能与该条件下产生了更多的余氯有关．在0.6,0.7,0.8,1.5和2.0V的电位下分别进行计时电流法(CA)实验(10min)，当电位达到0.7V时，溶液开始显现出肉眼可见的颜色变化，说明0.7V极化下产生了有效氯，并且随着极化电位的增大，溶液颜色逐渐加深，表明有效氯的产量随着电位的增大而增加;当电位达到0.8V时，产生的有效氯较多，表现出更好的防污效果．但在-0.6～1.0V循环伏安阳极-阴极交替极化下，防污效果反而变差．这可能是因为聚吡咯在高电位下极化时会发生过氧化反应，聚吡咯的共轭结构产生缺陷，阻碍电子在长链上的迁移，从而降低其电导率3ppy-dbsa的循环伏安联合电极防污性能通过对PPy-DBSA在天然海水中的电化学测试及抑菌实验，发现当n(DBSA)∶n(Py)为0.5时制备的PPy-DBSA-0.5具有最佳的电化学活性和稳定性，且在-0.6～0.8V循环伏安阳极-阴极交替极化下表现出良好的防污性能，极化20min的抑菌效率高达99.8%，明显高于恒电位阴极极化(91.9%)和恒电位阳极极化(96.4%)的结果，表明PPy-DBSA在循环伏安阳极-阴极交替极化下的防污效果明显优于其在恒电位阴极极化和恒电位阳极极化下的效果．将200mgPPy-DBSA粉末与回旋铜线在20MPa的压强下压制成片，焊接直铜线和回旋铜线，并用环氧树脂塑封，留下1.5cm在阳极极化析氯的同时，还必须考虑析氧反应的影响．图9为PPy-DBSA-0.5电极在硫