[發明專利]一種水處理用電催化電極中層的制備方法

有效

• 申請號: 201510379764.0
• 申請日: 2015-07-02
• 公開（公告）號: CN105154913B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 殷立峰;牛軍峰;代云容;謝利利;張園正
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: C25B11/04
• 分類號: C25B11/04;B22F7/02
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技術領域

本發明屬于電化學技術領域，涉及一種水處理用電催化電極中層的制備方法，以該電極中層制備的氧化鉛電極具有結合力強，穩定性高、電極壽命長的特點。

背景技術

近年來，我國工業廢水年排放量達200多億噸，工業廢水成分的復雜性和國家不斷提高的排放標準，導致大量建成的化工、石化、農藥和焦化等工業廢水處理裝置面臨提標壓力。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難降解的有機污染物，這些方法大部分都不合適。如何及時有效的處理廢水中的此類污染物已成為學術界和產業界關注的焦點。

電化學水處理技術具有操作方便、便于安置、工藝靈活、處理徹底等優勢，在工業廢水深度處理中得到了良好的應用。電催化高級氧化技術對污染物的降解無選擇性，能對工業廢水中不同類型的有毒有機物實現高效催化分解和深度凈化，在化工、石化、農藥和焦化等工業廢水深度處理中顯示出較大的應用潛力。但在工程化過程中，存在電催化電極壽命短、能量效率低、系統化程度不高等問題，限制了其大規模推廣應用。在電催化水處理技術中，電極材料處于核心地位，是實現電化學反應及提高電解效率的關鍵因素。電極材料的性能、穩定性及生產成本等因素限制了電化學高級氧化法在工業廢水治理中的廣泛應用。

氧化鉛電極在工業領域應用已有70多年，作為一類“非活性”電極材料，在應用時具有析氧過電位高、耐腐蝕、價格低廉等獨特優勢。然而，由于傳統氧化鉛固有的內部畸變，存在沉積層內應力大、鍍層不穩定、壽命短等缺陷，限制了該材料在廢水治理中的工業應用。最初的鈦基氧化鉛陽極是在鈦基體上直接電沉積氧化鉛制備的，當陽極極化后，基體與鍍層的界面處生成導電性差的氧化鈦，使得鍍層容易脫落，從而導致陽極失效。因此，二氧化鉛陽極存在鍍層質量差、與基體結合不牢固、陽極壽命短等缺點。

為提高鍍層與鈦基體的結合力，延長陽極的壽命，研究人員開發了含中間層的鈦基二氧化鉛陽極。如專利CN201110044764.7公開了一種鈦基體上采用熱分解法制備含鉭中間層的方法，含鉭中間層對鈦基體有更好的保護，延緩鈦基體鈍化，提高氧化物電極的穩定性，延長使用壽命；專利CN201110195199.4則公開了一種在鈦板主體的表面涂敷有3～7層錫銻氧化物作為電極的中間層的方法，該方法可提高電極的析氧電位，延長使用壽命，有效提高電催化氧化反應體系的電流效率和電極使用壽命；專利CN201310153286.2公開了一種含冷噴涂鉭中間層的金屬氧化物陽極的制備方法，該涂層制備工藝簡單，原理可靠，制備的電極工作電流密度高，耐擊穿電位高，穩定性好，使用壽命長；李海寶等(碩士論文，蘭州理工大學，2013年)報道了一種Eu3+摻雜錫銻中間層Ti/氧化鉛電極的制備方法，發現通過添加中間層對電極進行的進一步改進，可以使電極在電化學性能、催化性能、電化學壽命上都有明顯的提高，達到了電極改性的目的；孔海申等(第六屆全國環境化學大會暨環境科學儀器與分析儀器展覽會，2011年)以提高二氧化鉛電極穩定性和活性為目的，分別在鈦基體與二氧化鉛活性層之間引入三種固溶度良好的二元金屬氧化物，發現這些涂層具有較高的穩定化性能，能顯著延長電極的使用壽命。

然而，目前的中間層制備技術中存在一定的問題。如，為了獲得實際的使用效果，往往需要多次“涂刷-干燥-燒結”，只有涂層達到一定的厚度才能滿足實際的使用壽命要求，因而貴金屬用量大，成本高；另一方面，現有的涂層多為金屬氧化物半導體或者多種金屬氧化物的固溶體，電導率較低，在實際使用過程中因電流熱效應導致涂層過熱，不利于保持電解過程中的體系溫度恒定；此外，涂層的電導率過高，會導致大量的電能轉化為熱量損失掉，降低了電催化過程的能量效率，限制了實際使用的經濟性。

發明內容

本發明的目的在于克服現有電極中間層制備技術存在的不足，涉及一種以超音速火焰噴涂法制備釔鋇銅氧-氧化錫電極中間層的方法，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，顯著提高了電極涂層間的結合力，延長了電極使用壽命，并降低了電催化過程的單位能耗。

為了實現上述目的，本發明第一技術方案，以超音速火焰噴涂法制備釔鋇銅氧-氧化錫電極中間層的方法，其特征在于，包括如下制備步驟：