一种金属钌掺杂的钛电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种金属钌掺杂的钛电极及其制备方法，包括以下三个步骤：（1）钛电极片处理：分别经过工艺按如下顺序进行：预处理、冲洗、水洗、脱脂脱蜡、弱蚀和冲洗6个步骤。（2）添加剂筛选及溶度调节，（3）金属钌溶液的浓度配置。与现有技术相比，本发明专利技术方法所用镀液节约，需要的制备条件温和。同时还公开了用本发明专利技术方法制备的钌掺杂钛电极电解制备NaClO的方法。和现有的制备方法及产品相比，本发明专利技术方法所得的产物生成率高、电极的活性高及掺杂电极稳定性好。

【技术实现步骤摘要】
一种金属钌掺杂的钛电极及其制备方法
本专利技术属于电化学电极制备领域，具体涉及一种金属钌掺杂的钛电极及其制备方法。
技术介绍
随着社会的发展，人们生活水平的提高，对饮用水水质的要求也越来越高。饮用水消毒技术归纳起来主要有物理法和化学法两大类。化学法是利用无机或有机化学药剂灭活微生物特殊的酶，或通过剧烈的氧化反应使细菌的细胞质发生破坏性的降解而达到杀菌的作用。常用的消毒剂主要有臭氧和氯制剂等，氯制剂包括液氯、二氧化氯以及次氯酸钠等。次氯酸钠易于储存，能与水任意比互溶，不会生成对人体健康有毒有害的消毒副产物。次氯酸钠的消毒效果与氯气相当，而且制备成本低。电镀法利用电作为动力，效率高，反应安全且生成的产品纯度高。高效率，高活性和经济性是电极制备的重要前景问题。常用的电极分为非金属电极和金属电极，如铅电极和钛电极等。钛金属具有密度低，强度高，耐腐蚀能力强等优点，并且钛电极避免了传统石墨电极、铅基合金电极、二氧化铅电极等电极的缺点。钛电极是电化学中广泛的电极材料。但是钛电极的内阻大。在对钛电极的研究大多围绕着钛基体表面涂层材料的调配和工艺优化进行。目前，世界上制备掺杂电极的主要方法是涂刷法和电镀法，涂刷法将金属涂覆在电极表面上，大大增加了贵重金属的消耗，常规电镀法反应温度一般较高，对设备和能耗要求高，增加了电极制备的成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种金属钌掺杂的钛电极及其制备方法，采用该方法制备的掺杂钛电极的方法，具有工艺流程简单、镀液金属用量少、电镀温度低、电极活性好和电极稳定性高的特点。本专利技术所述电镀法制备掺杂钛电极的制备方法，具体包括以下步骤：步骤1、钛电极的预处理：（1）将钛电极片用砂纸打磨平整，磨去电极表面氧化膜。再通过超声波清洗器洗净并去除钛电极表面有机物，清洗完成后用去离子水冲洗电极备用。（2）将电极片放入氢氟酸、硝酸、双氧水的混合体系中，经弱蚀处理后，用去离子水对电极表面进行清洗，以备预镀使用；步骤2、添加剂配制：取氯化铵、氨基磺酸、硫酸铝作为添加剂，混合并不断搅拌，得到混合溶液I；步骤3、掺钌钛电极的制备：将预处理后的钛电极浸入含钌盐溶液的电解槽中，在电解槽内加入混合溶液I，在三电极体系中电镀完成后将电极取出并放置于真空干燥箱内，冷却至室温。在惰性气氛下退火后得到掺钌钛电极。本专利技术步骤1中所述的清洗液成分及浓度分别是25.0g/L的Na2CO3、25.0g/L的Na3PO4、12.0g/L的Na2SiO3、5.0g/L的OP-10乳化剂,温度是50℃，时间为5min。本专利技术步骤1中所述的氢氟酸-硝酸-双氧水的混合比例为1:1:1；弱蚀处理时间为5~20s。本专利技术步骤2中所述的添加剂，氯化铵，氨基磺酸和硫酸铝浓度分别为0~40g/L、5~40g/L、0.4~1.6g/L。本专利技术步骤3中所述的电镀方法是：电镀温度为10~70℃、电镀电压为-1.6~-0.4V、电镀时间是100~900s。本专利技术步骤3中所述的混合溶液I的体积是5-15mL、退火温度为300~600℃，保持时间为1-3h。本专利技术步骤3中所述的三电极体系分别是：Pt电极为负极、饱和甘汞电极为参比电极、预处理后的钛电极为阳极。本专利技术和现有技术相比具有的优点：(1)采用电镀法将金属钌均匀的掺杂在钛电极表面上，相比传统的涂刷法制备金属掺杂电极，避免了金属浪费，降低了生产成本；(2)与传统的涂刷法制备的掺杂电极相比，该方法制备的钌掺杂钛电极的表面结构完善，活性高，且稳定性好。附图说明图1为本专利技术的钌掺杂钛电极及其用于氯化钠溶液电解的示意图图2为本专利技术的钌掺杂钛电极不同温度退火的X射线衍射图图3为本专利技术的钌掺杂钛电极退火前后的扫描电镜图具体实施方式：为使本专利技术的目的、技术方案及效果更佳清楚，明确，以下列举实例并附图参照对本专利技术进一步详细说明。应当指出此处所列举的具体实施仅用以解释本专利技术，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。实施例1本实施例所述金属钌掺杂的钛电极的制备，具体包括如下方法：(1)钛电极片预处理：(i)将钛电极片用砂纸打磨平整，磨去电极表面氧化膜。(ii)再通过超声波清洗器洗净并去除钛电极表面有机物，清洗完成后用去离子水冲洗电极备用。（iii）将电极片放入氢氟酸、硝酸、双氧水比例为1:1:1的混合体系中，经弱蚀处理10s后，用去离子水对电极表面进行清洗，以备预镀使用；(2)添加剂配制：取30g/L的氯化铵、20g/L的氨基磺酸、0.8g/L的硫酸铝作为添加剂，混合并不断搅拌，得到混合溶液I；(3)掺钌钛电极的制备：将预处理后的钛电极浸入含钌盐溶液的电解槽中，在电解槽内加入10mL混合溶液I，在三电极体系中电镀完成后将电极取出并放置于真空干燥箱内，冷却至室温。在惰性气氛下450℃退火后得到掺钌钛电极。测试方法采用X射线衍射仪对制备的电极金属负载状态进行检测，结果如图2。使用扫描电子显微镜对此状态下的电极表面形貌进行拍摄，结果如图3。将钌掺杂钛电极用于电解3%氯化钠溶液，电镀后取电镀槽液体计算有效氯和电流效率用来衡量掺钌钛电极的电化学性能衡量标准。有效氯和电流效率的计算公式如下：X(%)=(c×Vst×0.03545)×100%/m(1)X(g/L)=(c×Vst×0.03545)×1000/V(2)式中：X为有效氯含量，%或g/L；c为硫代硫酸钠滴定液浓度，mol/L；Vst为滴定用去硫代硫酸钠滴定液体积，mL；m为碘量瓶中所含电解液初始质量，g；V为碘量瓶中含电解液的体积，mL。Y=G实际/G理论G实际=C×V；G理论=KItn式中：Y为电流效率；K=2.77998g/(A*h)；I为电解时的电流（A）；t为电解时间（h）；C为电解液浓度（g/L）；V为电解液的体积（L）。从图2可以看出，钌（Ru）顺利的电镀到电极上，并且具有很高的结晶度。从图3中可以看出，退火后的电极表面平整，从能谱图中也能看出钌较为均匀。经计算，此条件下制备的钌掺杂钛电极的有效氯和电流效率分别是269.4g/L和66.8%。实施例2本实施例所述金属钌掺杂的钛电极的制备，具体包括如下方法：(1)钛电极片预处理：(i)将钛电极片用砂纸打磨平整，磨去电极表面氧化膜。(ii)再通过超声波清洗器洗净并去除钛电极表面有机物，清洗完成后用去离子水冲洗电极备用。（iii）将电极片放入氢氟酸、硝酸、双氧水比例为1:1:1的混合体系中，经弱蚀处理10s后，用去离子水对电极表面进行清洗，以备预镀使用；(2)添加剂配制：取30g/L的氯化铵、20g/L的氨基磺酸、0.8g/L的硫酸铝作为添加剂，混合并不断搅拌，得到混合溶液I；(3)掺钌钛电极的制备：将预处理后的钛电极浸入含钌盐溶液的电解槽中，在电解槽内加入10mL混合溶液I，在三电极体系中电镀完成后将电极取出并放置于真空干燥箱内，冷却至室温。在惰性气氛下300℃退火后得到掺钌钛电极。测试方法采用X射线衍射仪对制备的电极金属负载状态进行检测，结果如图2。并用于3%氯化钠溶液电解计算有效氯和电流效率。并且具有较高的结晶度。经计算，此条件下制备的钌掺杂钛电极的有效氯和电流效率分别是250.2g/L和60.1%。实施例3本实施例所述金属钌掺杂的钛电极的制备，具体包括如下方法：(1)钛电极片预处理：(i)将钛电极片用砂纸打磨平整，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属钌掺杂的钛电极及其制备方法，其特征在于，它包括如下步骤:（a）钛电极片预处理：(i) 将钛电极片用砂纸打磨平整，磨去电极表面氧化膜；(ii) 再通过超声波清洗器洗净并去除钛电极表面有机物，清洗完成后用去离子水冲洗电极备用；(iii) 将电极片放入氢氟酸、硝酸、双氧水的混合体系中，经弱蚀处理后，用去离子水对电极表面进行清洗，以备预镀使用；（b）添加剂配制：取氯化铵、氨基磺酸、硫酸铝作为添加剂，混合并不断搅拌，得到混合溶液I；（c）掺钌钛电极的制备：将预处理后的钛电极浸入含钌盐溶液的电解槽中，在电解槽内加入混合溶液I，在三电极体系中电镀完成后将电极取出并放置于真空干燥箱内，冷却至室温后，在惰性气氛下退火后得到掺钌钛电极。

【技术特征摘要】
1.一种金属钌掺杂的钛电极及其制备方法，其特征在于，它包括如下步骤:（a）钛电极片预处理：(i)将钛电极片用砂纸打磨平整，磨去电极表面氧化膜；(ii)再通过超声波清洗器洗净并去除钛电极表面有机物，清洗完成后用去离子水冲洗电极备用；(iii)将电极片放入氢氟酸、硝酸、双氧水的混合体系中，经弱蚀处理后，用去离子水对电极表面进行清洗，以备预镀使用；（b）添加剂配制：取氯化铵、氨基磺酸、硫酸铝作为添加剂，混合并不断搅拌，得到混合溶液I；（c）掺钌钛电极的制备：将预处理后的钛电极浸入含钌盐溶液的电解槽中，在电解槽内加入混合溶液I，在三电极体系中电镀完成后将电极取出并放置于真空干燥箱内，冷却至室温后，在惰性气氛下退火后得到掺钌钛电极。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，氢氟酸-硝酸-双氧水的混合比例为1:1:1；弱蚀处理时间为5~20s。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：任杰，刘忆玲，冯莉，
申请(专利权)人：任杰，
类型：发明
国别省市：安徽,34