[發明專利]一種鈰摻雜二氧化鉛電極、其制備方法及對堿性染料快速脫色和高效礦化中的應用

無效

• 申請號: 201210408244.4
• 申請日: 2012-10-24
• 公開（公告）號: CN102897875A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 李琴;張秋;安浩;崔皓;丁亮;錢言;李保菊;翟建平
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

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技術領域

本發明屬于有機廢水處理技術及電化學領域，具體涉及一種鈰摻雜二氧化鉛電極的制備方法及其在堿性染料廢水脫色和礦化中的應用。

背景技術

染料在人們日常生活中的作用舉足輕重，紡織、造紙、皮革、食品等許多行業都廣泛地使用染料。由于生產和使用過程中的流失和殘留，產生了大量的染料廢水。染料的復雜結構造成了染料廢水色度高、毒性高、鹽度高、BOD/COD低的明顯特征，給染料廢水的有效處理帶來了極大的困難。

堿性染料，亦稱鹽基性染料，其發色基團大多數為有機堿類，其特點是色澤鮮艷、著色力強，主要用于文教用品、紙張等的著色。

混凝法、高級氧化法、吸附法、膜分離法及電化學法等是目前處理染料廢水的主要技術。但是這些方法一般工藝流程長，處理過程慢，中間產物多，容易造成二次污染，造價也比較昂貴。

近些年，利用電化學催化氧化技術處理有機廢水已經成為國內外的研究熱點。許多研究者正試圖制備對結構復雜的污染物（如有機染料）也有極強催化能力的電極，其中對摻硼金剛石、PbO₂等經典電極的改性是目前的研究熱點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有高催化活性和較長使用壽命的鈰摻雜二氧化鉛電極及其制備方法，以及該電極在廢水中堿性染料的脫色和礦化中的應用。

本發明所述的一種鈰摻雜二氧化鉛電極，其由以下步驟實現：

1）將鈦板打磨至表面呈現出均一的淺灰色光澤；

2）將打磨后的鈦板進行堿洗，除去表面油污；

3）堿洗后的鈦板進行酸洗，除去表面TiO₂；

4）酸洗后的鈦板作陽極，Pt為陰極，以0.5~2?wt%?NaF、1~5?wt%?Na₂SO₄、5~20?wt%聚乙二醇及超純水配置成電解液，在15~25?V條件下恒壓刻蝕1~3小時，500~550?℃下煅燒1.5~3小時；

5）再以Pt為陽極，步驟4）處理后的鈦板作陰極，0.5~1.5?mol/L?(NH₄)₂SO₄為電解液，在1.5~2?V條件下恒壓通電0.01~0.5分鐘；

6）將經步驟5）處理后的鈦板在1~2?mol/L?CuSO₄溶液中于35~45?℃條件下采用脈沖電流法處理1~10分鐘；

7）將上述步驟6）處理后的鈦板作為陽極，Pt為陰極，電解液由0.05~0.5?mol/L?HNO₃、0.3~1.0?mol/L?Pb（NO₃）₂、0.01~0.1?mol/L?NaF及Ce(NO₃)₃混合而成，且混合液中Ce與Pb的摩爾比為4~8?‰；在恒流10~30?mA/cm²，75~90?℃，處理30~90分鐘；使用去離子水充分洗滌干凈即得改性二氧化鉛電極。

上述步驟2）堿洗的過程是將打磨后的鈦板浸入30~50?wt%?NaOH溶液中，70~90?℃下堿洗1~3小時。

上述步驟3）酸洗的過程是將堿洗后的鈦板浸入10~20?wt%草酸溶液中于80~95?℃下酸洗2~4小時。

上述步驟6）脈沖電流法的過程為：先以-50~-80?mA的陰極脈沖處理5~15?ms，再以50~80?mA的陽極脈沖處理0.5~2?ms，接著松弛0.5~2?s，然后重復上述步驟。

本發明還要求保護該鈰摻雜二氧化鉛電極在對堿性染料進行脫色和礦化中的應用。

該電極通過電化學催化氧化使堿性染料脫色和礦化的過程為：以制備的鈰摻雜二氧化鉛電極為陽極，Pt為陰極，恒流10~100?mA/cm²條件下，置于含堿性燃料的廢水中，通電后即可實現對堿性染料的快速脫色和有效礦化。上述陰陽極間間距均為10毫米。

本發明所述的鈰摻雜二氧化鉛電極為陽極電極材料，在傳統的PbO₂電極合成的電解液中加入Ce(NO₃)₃，通過控制水熱合成條件并控制溫度得到催化活性強的β-PbO₂，提高了電極催化性能。