[發(fā)明專利]一種Pb基/3D-PbO2/MeOx復(fù)合陽極及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710152312.8
• 申請日: 2017-03-15
• 公開（公告）號: CN106835193B
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鐘曉聰;王瑞祥;徐志峰;曹才放;賀山明;韓海軍
• 申請（專利權(quán)）人: 江西理工大學(xué)
• 主分類號: C25B11/04
• 分類號: C25B11/04;C25C7/02;C25D11/34
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本發(fā)明公開了一種Pb基/3D?PbO₂/MeO_x復(fù)合陽極及其制備方法，所述電極由Pb基底、3D?PbO₂和金屬氧化物膜層組成。其制備方法是：首先采用電化學(xué)陽極氧化方法在Pb基底表面構(gòu)建3D?PbO₂結(jié)構(gòu)，然后采用電化學(xué)沉積或化學(xué)沉積方法在3D?PbO₂結(jié)構(gòu)內(nèi)部沉積金屬氧化物MeO_x。3D?PbO₂結(jié)構(gòu)可以增大Pb基底與金屬氧化物膜層的接觸面積，固定氧化物膜層，承受膜層內(nèi)部由于電解液溶脹、物相轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的內(nèi)壓，抑制膜層開裂剝落等。因此，其與傳統(tǒng)Pb基涂層復(fù)合陽極相比，具有更高的膜層穩(wěn)定性和陽極服役壽命，且制備工藝簡單，容易實現(xiàn)工業(yè)化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)、材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種Pb基/3D-PbO₂/MeO_x復(fù)合陽極及其制備方法。

背景技術(shù)

Pb基陽極廣泛應(yīng)用于濕法冶金工業(yè)，如Zn、Mn、Cu、Co、Ni等的電沉積工序。盡管Pb基陽極具有成本低，制備流程簡單等優(yōu)點，但其在高電流密度和高濃度硫酸服役環(huán)境下耐腐蝕性能不理想，導(dǎo)致Pb基陽極服役壽命低，腐蝕產(chǎn)物在陰極析出降低陰極產(chǎn)品質(zhì)量。國內(nèi)外提升鉛基陽極耐腐蝕性能和服役壽命的主要途徑有：（i）調(diào)控鉛合金的金相結(jié)構(gòu)。如優(yōu)化合金成分、熱處理或塑性加工(壓延)；（ii）鉛陽極板噴砂處理，改善膜層與基底結(jié)合；（iii）鉛陽極板在KF, KMnO₄溶液中預(yù)處理，以快速獲得致密膜層；（iv）改變鉛陽極結(jié)構(gòu)，如鉛基涂層電極；（v）提出非鉛基涂層電極，如Ti/涂層，Al/Pb/PbO₂，PANI/涂層等電極。無論是傳統(tǒng)鉛合金陽極板，還是新型涂層陽極，在服役過程中，都是以金屬/氧化物電極形式工作的。對于金屬/氧化物電極，亟需解決的共性基礎(chǔ)科學(xué)問題是如何提高金屬/氧化物電極的穩(wěn)定性。

自1999年首次報道采用陽極氧化方法可以在Ti板表面生長高度有序TiO₂納米管（TiO₂ NT）以來，Ti/TiO₂ NT由于其杰出的性能廣泛應(yīng)用于光催化、染料敏化太陽能電池、生物醫(yī)學(xué)設(shè)備、儲能器件和廢水處理等領(lǐng)域。其中，大量文獻(xiàn)報道了Ti/TiO₂ NT/PbO₂復(fù)合陽極在廢水有機(jī)物降解中的應(yīng)用。這主要得益于Ti/TiO₂的孔洞結(jié)構(gòu)可以作為氧化物的載體，增大氧化物的填載量。多孔骨架可以對氧化膜層起到支撐固定作用，提高催化涂層的穩(wěn)定性。因此，采用3D結(jié)構(gòu)的基底替換傳統(tǒng)平板基底是有效改善金屬/氧化膜層界面結(jié)合穩(wěn)定性的措施。

盡管大量文獻(xiàn)報道了Ti/TiO₂/PbO₂電極在廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用。但是，鋅電積和廢水處理過程所采用的電解液體系區(qū)別很大。廢水處理過程電解液多為中性體系（pH ≈ 7），而鋅電積采用高濃度H₂SO₄體系。專利申請人提出Pb基/3D-PbO₂/MeO_x復(fù)合陽極的基底采用Pb/3D-PbO₂而不是Ti/3D-TiO₂，主要基于以下原因：（i）在H₂SO₄體系Ti/TiO₂界面容易鈍化，鈍化物相的生成導(dǎo)致氧化膜層與基底的結(jié)合惡化，外部涂層易脫落，電極壽命不理想；（ii）TiO₂與PbO₂結(jié)合兼容性不好，通常需要在TiO₂與PbO₂之間鍍制過渡層，如Sb-doped SnO₂、α-PbO₂等。（iii）TiO₂近乎絕緣體，歐姆電阻大，導(dǎo)致陽極電位高，不利于鋅電積過程節(jié)能降耗。

發(fā)明內(nèi)容