一种用于印染废水处理的钛基掺碳锰氧化物电极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种用于印染废水处理的钛基掺碳锰氧化物电极及其制备方法和应用，属于水处理工程领域。本发明专利技术所述钛基掺碳锰氧化物电极为：在钛基体上喷涂掺杂多壁碳纳米管的复合纳米氧化锰层。本发明专利技术所述钛基掺碳锰氧化物电极提高了钛基锰氧化物电极在电催化中的催化活性、导电性能、稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于印染废水处理的钛基掺碳锰氧化物电极及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种用于印染废水处理的钛基掺碳锰氧化物电极及其制备方法和应用，属于水处理工程领域。
技术介绍
随着我国工业的迅速发展，工业废水的排放量也日益增多，我国作为印染大国，染料被广泛应用于纺织、印染等行业，其中在纺织工业中有10％甚至更多的染料在染色过程中流失且被排放，染料废水由于其致癌性和较难的生物降解性，成为了水处理研究的热点。电化学催化氧化技术是工业废水处理中常用的方法之一，与其它水处理方法相比，电化学催化氧化技术中无需添加氧化剂，无二次污染问题。该技术使用的设备操作简单、便于控制、且降解效率高，此方法不仅可以单独处理，而且可以与其他方法结合使用。电极作为电催氧化反应的核心，成为热门的研究内容，形稳电极的出现克服了传统石墨电极、贵金属电极等电极稳定性差、价格昂贵等不足之处，形稳电极主要是钛基涂层电极，即通过在钛基表面上涂覆具有催化活性的金属氧化物而制得电极。目前，电极活性涂层上的金属氧化物种类很多，仍然以氧化铅、氧化铱和氧化钌为主，但由于其在水中发生淋溶而易产生二次污染，限制了它们的工业应用，因此，具有低毒性的过渡金属锰元素成为了研究热点。尽管锰元素的毒性很低，但钛基锰氧化物电极的稳定性一般，因此提高钛基锰氧化物电极的稳定性是必要的。
技术实现思路
本专利技术通过在电极上掺杂多壁碳纳米管，提高了钛基掺碳锰氧化物电极电催化印染废水的性能及该电极的稳定性，解决了上述问题。本专利技术提供了一种用于印染废水处理的钛基掺碳锰氧化物电极，所述钛基掺碳锰氧化物电极为：在钛基体上喷涂掺杂多壁碳纳米管的复合纳米氧化锰层。本专利技术另一目的为提供一种上述钛基掺碳锰氧化物电极的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：①将钛基体预处理；②将0.25-1mol/L硝酸锰的异丙醇溶液与1-3mg/mL多壁碳纳米管的异丙醇溶液混匀，超声后，喷涂在步骤①所得的钛基体表面上；③将步骤②所得产品干燥至电极表面无液体；④将步骤③所得产品100-300℃热分解5-10min；⑤上述步骤②-④反复操作3-10次后，250-550℃煅烧15-60min，得到钛基掺碳锰氧化物电极。本专利技术优选为所述步骤①中钛基体的预处理方法为打磨、热碱洗、酸刻蚀。本专利技术优选为所述步骤②中超声的时间为20-60min。本专利技术优选为所述步骤②中喷涂的方式为在压缩空气作用下，使用喷笔将喷涂液喷涂在步骤①所得的钛基体表面上。本专利技术优选为所述步骤③中干燥的温度为80-110℃。本专利技术又一目的为提供一种上述钛基掺碳锰氧化物电极在印染废水处理中的应用，所述钛基掺碳锰氧化物电极作为阳极，钛板作为阴极。本专利技术优选为在电化学催化氧化过程中，以0.1-0.5mol/L无水硫酸钠溶液为电解质。本专利技术优选为在电化学催化氧化过程中，电极两端由直流稳压电源在恒流条件下持续供电，电流密度为1-10mA/cm2。本专利技术优选为电化学催化氧化时间为2-4h。本专利技术有益效果为：本专利技术所述的钛基掺碳锰氧化物电极提高了钛基锰氧化物电极在电催化中的催化活性、导电性能、稳定性。本专利技术所述钛基掺碳锰氧化物电极的制备方法操作简单可控，涂层均一稳定，为实际应用提供了方便可行的方案。本专利技术所述的钛基掺碳锰氧化物电极在电催化氧化印染废水时，降低了能耗。附图说明本专利技术附图4幅，图1为钛基锰氧化物掺杂多壁碳纳米管前后的扫描电镜图；图2为钛基锰氧化物掺杂多壁碳纳米管前后的循环伏安曲线图；图3为有、无掺杂多壁碳纳米管的钛基锰氧化物电极电催化氧化酸性红B的效果及槽电压对比图；图4为有、无掺杂多壁碳纳米管的钛基锰氧化物电极在硫酸溶液中的加速寿命实验图。具体实施方式下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。实施例1一种钛基掺碳锰氧化物电极的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：①将钛基体先用粗、细砂纸对钛板进行分别打磨，再将10％氢氧化钠溶液加热至90℃，碱洗钛板1h，然后用沸腾的10％草酸溶液刻蚀2h；②将0.25mol/L硝酸锰的异丙醇溶液与2mg/mL多壁碳纳米管的异丙醇溶液混匀，超声30min后，在压缩空气作用下，使用喷笔将喷涂液喷涂在步骤①所得的钛基体表面上；③将步骤②所得产品100℃干燥至电极表面无液体；④将步骤③所得产品200℃热分解5min；⑤上述步骤②-④反复操作4次后，350℃煅烧20min，得到钛基掺碳锰氧化物电极。由图1得，掺杂多壁碳纳米管后，电极涂层表面无“龟裂”现象，多孔形态增多，这些均有利于催化氧化反应的进行以及电极本身的使用寿命。由图2得，在相同电位下，掺杂多壁碳纳米管的电极具有更高的电流。电极的活化性能与循环伏安曲线中曲线闭合的面积成正比关系，由图2得，掺杂多壁碳纳米管电极的曲线闭合面积更大，因此在电催化氧化中，电极参与到反应中的活性位点更多。应用例1实施例1制备的钛基掺碳锰氧化物电极在印染废水处理中的应用，所述应用方法为：以实施例1制备的钛基掺碳锰氧化物电极作为阳极，钛板作为阴极，电极间距为1cm，以0.2mol/L无水硫酸钠溶液为电解质，在电流密度为4mA/cm2的直流稳压电源下持续供电，模拟酸性红B废水的初始浓度为300mg/L，每30min取样测定酸性红B的浓度。对比例1与应用例1的区别为：采用无掺杂多壁碳纳米管的钛基锰氧化物电极代替实施例1制备的钛基掺碳锰氧化物电极。由图3得，掺杂多壁碳纳米管后，电催化氧化酸性红B的效果有所提升，同时，施加在电极两端的槽电压非常稳定且一直比掺杂碳管电极两端的槽电压低，证明电催化氧化染料废水的能耗得以减少。测试例1实施例1制备的钛基掺碳锰氧化物电极的稳定性测试，所述测试方法为：以实施例1制备的钛基掺碳锰氧化物电极作为阳极，钛板作为阴极，并置于0.5mol/L的硫酸溶液中，在电流密度为40mA/cm2的条件下进行加速寿命实验。对比例2与测试例1的区别为：采用无掺杂多壁碳纳米管的钛基锰氧化物电极代替实施例1制备的钛基掺碳锰氧化物电极。由图4得，掺杂多壁碳纳米管后，钛基锰氧化物电极的稳定性得到了大幅提升。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于印染废水处理的钛基掺碳锰氧化物电极，其特征在于：所述钛基掺碳锰氧化物电极为：在钛基体上喷涂掺杂多壁碳纳米管的复合纳米氧化锰层。

【技术特征摘要】
1.一种用于印染废水处理的钛基掺碳锰氧化物电极，其特征在于：所述钛基掺碳锰氧化物电极为：在钛基体上喷涂掺杂多壁碳纳米管的复合纳米氧化锰层。2.权利要求1所述钛基掺碳锰氧化物电极的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：①将钛基体预处理；②将0.25-1mol/L硝酸锰的异丙醇溶液与1-3mg/mL多壁碳纳米管的异丙醇溶液混匀，超声后，喷涂在步骤①所得的钛基体表面上；③将步骤②所得产品干燥至电极表面无液体；④将步骤③所得产品100-300℃热分解5-10min；⑤上述步骤②-④反复操作3-10次后，250-550℃煅烧15-60min，得到钛基掺碳锰氧化物电极。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤①中钛基体的预处理方法为打磨、热碱洗、酸刻蚀。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵娇，徐雪璐，朱益民，刘伟凤，金琪，
申请(专利权)人：大连海事大学，大连懋源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21