[發明專利]一種降解有機污染物的電極材料制備方法

無效

• 申請號: 201010225389.1
• 申請日: 2010-07-08
• 公開（公告）號: CN101905912A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 辛永磊;劉峰;王均濤
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七二五研究所
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461
• 代理公司: 青島高曉專利事務所 37104
• 代理人: 張世功

技術領域：

本發明屬于電化學技術領域，涉及一種降解有機污染物的新型電極材料制備方法，該方法制備的電極材料適用于有毒、難降解的高濃度有機污染物廢水的電化學處理。

背景技術：

隨著工業的高速發展，進入水體的化學合成有機物的數量和種類急劇增加，導致廢水中的有機物含量高、成分復雜、有毒有害、難生物降解等特點，造成水資源的嚴重污染，已經威脅到了人類的生存與發展。目前的污水處理技術主要包括物理處理法、化學處理法和生物處理法，這些處理方法有著各自的優越性，同時也存在著一些不足之處。特別是對于那些有毒且難生物降解的有機化合物，這些方法大部分都不合適。如何及時有效的處理難生物降解有機污染物已成為環保及工業界關注的焦點。化學處理法中的電催化氧化技術通過電化學催化系統產生的氧化性極強的羥基自由基與有機物之間的加成、取代和電子轉移等過程使有機污染物降解、礦化，最后完全氧化成二氧化碳和水，該方法對生物難降解的有機污染物具有較強的氧化能力，具有無二次污染、易建立密閉循環等優點，在水處理界倍受青睞。在電催化反應過程中，電極材料處于“心臟”地位，是實現電化學反應及提高電解效率的關鍵因素。因此，尋找和研制催化活性高、導電性好、耐腐蝕、壽命長的陽極材料以降低處理成本是研究的熱點和重點。

目前所使用的一些常用的電極材料，如石墨電極，對有機物的催化氧化能力差，電流效率低；貴金屬如Pt，Au等電極成本高且易被含硫有機物等物質毒化而喪失其電催化性能，導致氧化電流效率急劇下降，難以應用于實際工程中。文獻(C.Comninellis，Preparation?ofSnO₂-Sb₂O₅?Films?by?the?Spray?Surpluses?Technique.J.Appl.Electrochem.，1996，26：83)比較了二十多種不同有機物在Pt/Ti和SnO₂-Sb₂O₅/Ti陽極上的氧化，發現在后者上氧化的電流效率要遠高于前者。但總的來說，鈦基金屬氧化物陽極的電催化直接氧化由于產生的羥基自由基不多，處理效率并不理想。近年來，金剛石膜電極由于具有非常寬廣的電勢窗口，很高的氧過電位，在水處理行業引起廣泛關注。公開號為CN?1336334A的中國發明專利描述了以拋光硅片為襯底的摻硼金剛石膜電極用于處理廢水，處理效果較好，但硅存在機械性能差、電導率低等缺點。文獻(高成耀等，Ta/BDD薄膜電極電化學催化氧化硝基酚，物理化學學報，2008，Vol?24，No?11，1988)介紹了一種以鉭(Ta)襯底的摻硼金剛石膜電極，具有較寬的電勢窗口和良好的穩定性，但Ta金屬高昂的價格很難使它獲得推廣應用。相比而言，鈦(Ti)具有價格低廉和機械強度高等優點，文獻(F.Beck，W.Kaiser，H.Krohn，Boron?doped?diamond(BDD)-layers?ontitanium?substrates?as?electrodes?in?applied?electrochemistry，Electrochimica?Acta，2000，45：4691)利用Ti為襯底的摻硼金剛石膜電極進行廢水處理，表現出良好的降解效果，但文獻(霍思濤，硼摻雜鈦基金剛石薄膜電極的制備研究，2006，天津理工大學)對鈦基金剛石薄膜電極進行加速壽命測試，發現由于TiC層的存在導致金剛石薄膜出現脫落現象，縮短了其使用壽命。歸結起來，現有用于廢水處理中的電極材料及其制備工藝過程普遍存在著工藝過程復雜，條件控制不便，其制備的材料機械性能差、電導率低、穩定性差、使用壽命短、電勢窗口窄、降解性能低等突出缺點。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有電極材料及其制備技術存在的不足，設計一種制備含鉭中間層的硼摻雜鈦基體金剛石薄膜電極材料的工藝方法，該方法制備的電極材料具有較低的背景電流和較寬的電化學窗口，使得有機污染物在電極上被氧化降解的幾率提高，并具有良好的穩定性和較高的性價比，可用于對有毒且難以生物降解有機污染物的電化學處理和電分析、電合成及電容器等技術領域。

為了實現上述目的，本發明包括鈦基體預處理、鉭中間層制備和硼摻雜金剛石薄膜制備三個步驟：

基體預處理：選用尺寸為Φ20mm和Φ50mm的TA2工業純鈦板做電極基體，先對電極鈦基體表面進行打磨和蒸餾水沖洗，獲得均勻的平滑表面的鈦基體備用；