[發明專利]一種新型七氧化四鈦納米管改性二氧化鉛電極制備技術

有效

• 申請號: 202010023750.6
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN111186883B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 江波;王婧茹;蘇晴;劉奕捷;關雨欣;寧亞男;羅思義
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F1/467;C02F101/34;C02F101/38
• 代理公司: 北京匯捷知識產權代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 馬金華

本發明公開了一種新型七氧化四鈦納米管中間層高性能改性二氧化鉛電極的制備技術。該制備技術以鈦網為基底，采用陽極氧化法制備銳鈦礦型二氧化鈦納米管，通過高溫還原方法制備七氧化四鈦納米管，將錫鹽、銻鹽按照一定比例溶解形成涂覆液，經過涂覆熱分解形成錫銻的氧化物為中間層，提高電極的穩定性。采用電沉積技術，在錫銻中間層上制備β?PbO₂或離子、納米顆粒摻雜改性的β?PbO₂。所得到的新型納米管狀的改性β?PbO₂電極致密均勻，顆粒尺寸小，具有較大的催化活性面積。同時，表面活性層附著力強，不易脫落，可耐酸堿腐蝕，具有良好的催化活性及使用壽命，適合工業化生產，可廣泛應用于電催化氧化技術處理污水領域，具有較好市場前景。

技術領域

本專利屬于水處理技術領域，涉及一種新型七氧化四鈦納米管中間層高性能改性二氧化鉛電極的制備技術。

背景技術

污水處理問題，一直以來都是研究的熱點。隨著農業技術的發展，越來越多的農藥用于作物生產，這些污染物中大多數都是有機污染物，當其排到水中時，會對生態環境產生破壞。在污水處理技術中，電催化氧化法對設備要求低、處理速度快、操作簡便、清潔無污染且易于大規模應用，是一種環境友好型技術。近年來一直受到廣泛關注，是未來污水處理領域的一個重要發展方向。陽極電極材料的性質對電催化氧化法的效率有關鍵的影響。

目前，電催化氧化是高級氧化法的一種，其擁有無需添加化學藥品，設備小，適用與其他方法聯合使用等優點。電催化氧化的陽極在污水處理過程中會產生氧化性極強的羥基自由基(·OH)，使有機物開環或斷鏈后轉化為小分子有機酸，甚至完全氧化成CO₂和H₂O。作為生物難降解有機物一種有效的處理廢水的工藝非常值得推廣與流行性。在眾多電極中摻硼金剛石(boron-doped diamond BDD)薄膜作為電極材料，而摻硼金剛石薄膜特殊的sp3鍵結構及其具有的導電性，賦予了金剛石薄膜電極優異的電化學特性，如較低的背景電流、較好的物理化學穩定性以及低吸附特性等。此外，金剛石對于羥基自由基是一種物理吸附，不與電極表面發生化學反應，因此極化過程中產生的自由基能夠更高效率的催化氧化降解有機物，而較少的發生析氧副反應。但是BDD電極造價昂貴，如果大規模投入廢水處理，會造成很大的經濟投入，影響企業的盈利。PbO₂電極具有析氧電位高、價格低廉等優點，很早就有人將其作為陽極應用于工業生產中。但是與BDD電極比較而言，PbO₂產生的羥基自由基量較少，而且PbO₂鍍層內部具有較大的內應力，在電解過程中所產生的新生態氧極易透過表面層擴散到基底上，從而會使得基底鈍化，鍍層脫落，降低電極的電化學穩定性及使用壽命。針對此問題，本專利提出在鈦基底表面引入強耐腐蝕、高電導率的Ti₄O₇納米管以提升PbO₂與鈦基底的結合力、電子傳輸效率、以及穩定性。測試發現所制得的新型鉛基電極增強了氧化鉛電極的機械強度，擴大了其比表面積，提升了電極的電催化活性。

發明內容

根據目前氧化鉛電極的技術的不足，本發明提供一種造價低、活性高、化學性質穩定的納米管狀的改性PbO₂電極的制備方法。

本發明的技術方案是：以鈦網為基底，采用陽極氧化法制備銳鈦礦型二氧化鈦納米管，采用高溫還原方法，對銳鈦礦型二氧化鈦納米管進行高溫還原，得到七氧化四鈦納米管。再將可溶性銻和錫鹽溶解在醇溶劑中制成中間層前驅體涂覆液，利用涂覆-烘干-熱燒結的方法制備錫銻中間層，利用電沉積方法電鍍β-PbO₂或納米粒子改性的β-PbO₂催化層。

其中，優選方案如下：

所述的銳鈦礦型二氧化鈦納米管的制備方法，采用二電極體系，取經預處理過的鈦網為陽極，鉑片或石墨板為陰極，在30～60V電壓下電解保持1～4h，電解質溶液中含有15～20mL的水，85～80mL的乙二醇和0.5～1g的氟化銨。電解后的鈦網置于馬弗爐中350～600℃下煅燒1～4h最終制得銳鈦礦型二氧化鈦納米管。