[發明專利]一種Ce改性的SnO2電極的制備方法

在審

• 申請號: 201710376219.5
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN107244716A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 賈哲華;陶翠;趙有華;賈成浩;董斌;徐繼任
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;D01F9/08;D01D5/00;C02F101/30
• 代理公司: 揚州市錦江專利事務所32106
• 代理人: 江平

技術領域

本發明是屬于催化電極技術領域，具體涉及用于電催化降解亞甲基藍廢水的電極材料的制備技術。

技術背景

隨著社會經濟的快速發展同時也伴隨了一系列的環境問題，特別是對于水資源的污染直接威脅這人類的生存。因此，對于有機廢水的出路逐漸受到人們的重視。目前，國內外對于有機廢水的處理技術主要包括物理法、生物法和化學法。其中化學法主要是濕法氧化法、濕法催化氧化法、電催化氧化等。電催化氧化是近幾年逐漸發展起來的處理難降解有機廢水的方法。它能在常溫常壓進行、條件溫和、設備簡單、占地面積小、操作和維護費用較低、不需要另外添加氧化還原劑，避免了二次污染。

對于電極的制備方法主要是電沉積法、溶膠凝膠法、浸漬法、熱分解法等。這幾種方法制備的陽極材料形貌難于控制，且催化效果不是很理想，其電極的表面在電催化處理有機廢水的過程中其電極的表面會出現鈍化現象以及會出現龜裂現象從而降低了催化的效果，由靜電紡絲法制備的催化劑其形貌連續可以很好的解決這個問題。專利文獻201610079959.8公開了利用靜電紡絲技術制備單金屬氧化物電極用于電催化處理有機廢水。

隨著時代的發展稀土金屬陸續的被人類發現，其特殊的電子層結構使其可以很好的改善其電極的力學性能和導電性，提高其電極的催化活性，目前地球上稀土總的豐度為238ppm，其中鈰為68ppm占稀土上總配分的28%，其價格在稀土中較為便宜，所以在稀土改性電極中較為常用，方戰強等采用熱分解法制備了Ti/Sb-SnO₂/Ce電極電催化處理橙黃G目標污染物，從其SEM圖可以看出其電極表面出現龜裂導致其催化性能有所降低。

發明內容

針對以上現有技術存在的缺陷，本發明提出一種利于電催化降解亞甲基藍廢水的、能提高催化性能的Ce改性的SnO₂電極的制備方法。

本發明包括以下步驟：

1）將聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶解于有機溶劑中，再依次溶入五水四氯化錫(SnCl₄·5H₂O)和含Ce的可溶性金屬鹽，形成含Ce的紡絲液；

2）將含Ce的紡絲液進行靜電紡絲，得到原絲；

3）將原絲煅燒，得到Ce改性的SnO₂納米纖維；

4）將Ce改性的SnO₂納米纖維和輔料混合后壓片，得到Ce改性的SnO₂電極。

本發明利用靜電紡絲技術制備出連續的Ce改性的SnO₂納米纖維，通過壓片與基礎電極耦合制備出催化劑電極，作為陽極用于電催化降解亞甲基藍廢水。

本發明工藝特點是：在制備紡絲液時，加入含Ce的可溶性金屬鹽。本發明采用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）為聚合物，主要是PVP為雙親性高分子，溶解性好且其價格便宜，易于紡絲。

本發明與現有技術相比，具有以下優點：

1、稀土金屬修飾電極，因其獨特的電子層結構使其可以明顯改善修飾電極的力學性能和導電性，并且能夠形成化學穩定的氧化物，從而改善修飾電極的催化性能。

2、本發明制備的Ce改性的SnO₂納米纖維作為催化劑主要利用靜電紡絲技術，而電紡絲技術具有操作簡單，可控性強、廉價高效；利用靜電紡絲技術制備的Ce改性的SnO₂納米纖維其形貌為連續，相對于顆粒狀材料，壓片后電極具有更好的機械穩定性。

3、電催化降解有機廢水過程為常溫常壓下進行，操作條件溫和、設備簡單、占地面積小、操作和維護費用較低，且電催化氧化過程不需要另加氧化還原劑，從而進一步降低了成本，也避免了可能的二次污染。

本發明利用稀土金屬Ce對SnO₂電極進行改性，其中用到兩種前驅體（金屬鹽）：含Ce的金屬鹽為六水硝酸鈰(Ce(NO₃)₃·6H₂O)；而五水四氯化錫（SnCl₄·5H₂O）是制備SnO₂電極的金屬鹽。

所述六水硝酸鈰(Ce(NO₃)₃·6H₂O)和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的混合質量比為0.01～0.05∶1。如硝酸鈰的用量比過多，則金屬鹽不能很好的在PVP中均勻分散，會出現嚴重的團聚現象，如硝酸鈰的用量比過少，則金屬氧化物的收率過低。