Ti/SnO2电极及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种Ti/SnO2电极及制备方法和应用，其中，制备方法包括步骤：溶胶-凝胶液的制备：将柠檬酸和醇类加热后混匀，得到酸醇溶液；将卤化锡固体粉末投加到酸醇溶液中，加热搅拌，得溶胶-凝胶液；涂层电极的制备：将钛基材浸入溶胶-凝胶中提拉涂敷，取出后烘干，再高温烧结，并在钛基材上反复进行提拉涂敷、烘干和高温烧结多次。本发明专利技术所提供的Ti/SnO2电极的制备方法，简单易行，高效稳定，无需按现有报导在SnO2中再掺杂锑、铈、锰等其他金属离子，较Ti/SnO2-Sb等电极也具备明显更长的电极寿命。

【技术实现步骤摘要】
Ti/SnO2电极及制备方法和应用
本专利技术涉及有机废水治理
，尤其涉及一种Ti/SnO2电极及制备方法和应用，Ti/SnO2电极可用于电氧化降解废水中全氟有机污染物。
技术介绍
全氟辛酸(PFOA)是目前所合成使用的全氟化合物的主要类型，因其化学性质极其稳定，具有疏水疏油特性，而被广泛地用作表面活性剂、泡沫剂、润滑剂、防护涂层、杀虫剂以及合成药物、氟橡胶、树脂的中间体等。但随着其广泛使用，近年来在全球生态环境中和人体动物体内检测到它的存在，对生态环境和人体健康的危害也逐渐被认识，该类有机物已成为近年来环境有机污染物研究的热点，属新型持久性有机污染物。另外，美国环保署(EPA)的PFOAStewardship计划规定美国2015年PFOA须零排放。在控制技术方面，由于其高稳定性和较强毒性，常规降解方法(如化学氧化、生物降解等)难以奏效，寻求条件温和、高效低耗的全氟羧酸类物质降解方法已成为环境
研究的新热点。目前对于PFOA等全氟有机污染物的治理技术研究较少，主要有超声热解、紫外光解、等离子氧化降解等高能场作用污染水体，通过外源性能量输入破坏全氟化合物的稳定结构，促使碳-氟键断裂脱氟，甚至最终矿化，但是这些方法能耗高，技术复杂，成本昂贵，过程繁琐。另外，也有研究在水热反应条件下利用强氧化性试剂进行废水中PFOA的氧化降解，如过硫酸盐或臭氧，但氧化耗时长，需反应几天时间，且脱氟效率低。因此，寻找低成本、操作简便、高效稳定的方法和工艺是亟待开发的环境技术之一。目前，电化学氧化技术也被用于PFOA等全氟羧酸的降解，其通过制备对析氧反应化学惰性从而具备高析氧电位的阳极，抑制析氧副反应的同时具备高氧化电位，从而在电极表面直接夺取全氟羧酸分子中相对较易氧化的羧酸端的电子；而析氧中间产物羟基自由基(·OH)在该类阳极上是弱的物理吸附作用，其可辅助促进全氟羧酸的脱羧脱氟过程，从而实现全氟羧酸的断键降解甚至矿化。常用的电极类型包括钛基二氧化锡掺锑电极、钛基二氧化铅电极、掺硼金刚石电极。二氧化铅电极在使用过程中存在阳极溶出的问题，而Pb2+是重金属离子，具有较强的神经毒性；金刚石电极尽管氧化性能好，寿命长，但制作成本高昂。因此，Ti/SnO2电极因其无毒性和较低成本，是目前报导较多的氧化降解有机污染物的阳极材料；然而，纯SnO2导电性很差，作为半导体的禁带宽度达到3.5eV以上，通常采用掺Sb的方法提高其导电性。近年来，Ti/SnO2-Sb电极进行PFOA降解的报导主要都是采用氯化锡和氯化锑作为前驱体经凝胶-溶胶法混合后在Ti电极上多次涂覆后高温烧结而成，还有报导在此复合电极的基础上再掺杂PbO2、MnO2或Ce3+等改善电极性能，提高其使用寿命。然而持续的多元掺杂将增加制备工艺的复杂性和制备成本。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种Ti/SnO2电极及制备方法和应用，Ti/SnO2电极可用于电氧化去除废水中全氟有机污染物，Ti/SnO2电极的制备方法简便，所述制备方法是仅通过氟化锡作为前驱体制备溶胶-凝胶在钛基材上涂覆高温烧结，制备出的Ti/SnO2电极就已具备电氧化降解PFOA性能，无须按照掺Sb常规工艺就可使不导电的SnO2具备电氧化性能，由此解决现有的电氧化降解全氟有机污染物的Ti/SnO2-Sb类电极制备工艺复杂，电极寿命不长，需多元掺杂导致成本高等问题。本专利技术的技术方案如下：一种Ti/SnO2电极的制备方法，其中，包括以下步骤：溶胶-凝胶液的制备：将柠檬酸和醇类加热后混匀，得到酸醇溶液；将卤化锡固体粉末投加到酸醇溶液中，加热搅拌，得溶胶-凝胶液；涂层电极的制备：将钛基材浸入溶胶-凝胶中提拉涂敷，取出后烘干，再高温烧结，并在钛基材上反复进行提拉涂敷、烘干和高温烧结多次。其中，醇类:柠檬酸:卤化锡的摩尔比为140～160:20～30:7～15。所述的Ti/SnO2电极的制备方法，其中，溶胶-凝胶液的制备步骤具体为：将柠檬酸和醇类加热至50～80℃后混合，搅拌直至柠檬酸完全溶解；不停搅拌酸醇溶液并加热至85～98℃，将卤化锡固体粉末加入到酸醇溶液中，并在90～98℃条件下搅拌10～40min。所述的Ti/SnO2电极的制备方法，其中，涂层电极的制备过程中，烘干的温度为120℃～160℃，烘干的时间为5～15min；高温烧结的温度为450℃～550℃，高温烧结的时间为5～15min。所述的Ti/SnO2电极的制备方法，其中，涂层电极的制备过程中，在最后一次高温烧结后还包括以下步骤：保持在450℃～550℃环境中烧结1～2h。所述的Ti/SnO2电极的制备方法，其中，包括以下步骤：对钛基材的预处理：将钛基材经砂纸打磨、碱液除油和草酸除氧化膜。所述的Ti/SnO2电极的制备方法，其中，对钛基材的预处理具体为：先用砂纸对钛基材表面进行打磨；放入NaOH溶液中碱洗除油；放入超声波清洗器中用蒸馏水清洗；放入热草酸溶液中除表面氧化膜；处理过的钛基材用蒸馏水冲洗后，放入超声波清洗器中用蒸馏水清洗，再置于1～3％的草酸溶液中保存备用。所述的Ti/SnO2电极的制备方法，其中，钛基材为钛板材、网材或棒材；所述醇类为乙二醇、乙醇或二乙二醇；所述卤化锡为氟化锡、氯化锡、溴化锡或碘化锡。一种Ti/SnO2电极，其特征在于，所述Ti/SnO2电极采用如上所述的Ti/SnO2电极的制备方法制备得到。一种如上所述的Ti/SnO2电极的应用，其中，将所述Ti/SnO2电极用于电氧化降解水相中的PFOA，具体包括以下步骤：以所述Ti/SnO2电极设为阳极，以钛基材为阴极，添加支持电解质，采用恒电流模式，电氧化降解水相中的PFOA。所述的Ti/SnO2电极的应用，其中，电流密度范围设置为5mA/cm2～25mA/cm2；所述支持电解质为NaClO4、NaCl、NaNO3、或Na2SO4。有益效果：本专利技术所提供的Ti/SnO2电极及其制备方法，简单低耗，高效稳定，无需按现有报导在SnO2中再掺杂锑、铈、锰等其他金属离子，较Ti/SnO2-Sb等电极也具备明显更长的电极寿命，而且Ti/SnO2电极可用于电氧化处理全氟有机污染物。本专利技术方法仅以卤化锡为前驱体制备未掺杂其他金属氧化物的Ti基SnO2涂层电极，电解作用下即可高效降解PFOA等典型全氟有机污染物，针对mg/L级的污染浓度，其电氧化分解效率在30min可达99％以上，其中特别是以氟化锡为前驱体制备的Ti/SnO2电极使用寿命长，电极性能稳定，可实现氟化工行业相关废水的有效净化。附图说明图1为本专利技术实施例中不同锡盐前驱体制备的钛基涂层电极对PFOA电氧化降解效果图。图2为本专利技术实施例中所制备的不同钛基SnO2涂层电极加速寿命测试所获得的阳极寿命。具体实施方式本专利技术提供一种Ti/SnO2电极及制备方法和应用，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术所提供的Ti/SnO2电极的制备方法，包括以下步骤：S1、对钛基材的预处理：将纯钛基材经砂纸打磨、碱液除油和草酸除氧化膜后，作为电极基材；S2、溶胶-凝胶液的制备：柠檬酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ti/SnO2电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：溶胶‑凝胶液的制备：将柠檬酸和醇类加热后混匀，得到酸醇溶液；将卤化锡固体粉末投加到酸醇溶液中，加热搅拌，得溶胶‑凝胶液；涂层电极的制备：将钛基材浸入溶胶‑凝胶中提拉涂敷，取出后烘干，再高温烧结，并在钛基材上反复进行提拉涂敷、烘干和高温烧结多次。其中，醇类:柠檬酸:卤化锡的摩尔比为140～160:20～30:7～15。

【技术特征摘要】
1.一种用于降解全氟有机物的Ti/SnO2电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：溶胶-凝胶液的制备：将柠檬酸和醇类加热后混匀，得到酸醇溶液；将卤化锡固体粉末投加到酸醇溶液中，加热搅拌，得溶胶-凝胶液；涂层电极的制备：将钛基材浸入溶胶-凝胶中提拉涂敷，取出后烘干，再高温烧结，并在钛基材上反复进行提拉涂敷、烘干和高温烧结20次以上；其中，醇类:柠檬酸:卤化锡的摩尔比为140～160:20～30:7～15；溶胶-凝胶液的制备步骤具体为：将柠檬酸和醇类加热至50～80℃后混合，搅拌直至柠檬酸完全溶解；不停搅拌酸醇溶液并加热至85～98℃，将卤化锡固体粉末加入到酸醇溶液中，并在90～98℃条件下搅拌10～40min。2.根据权利要求1所述的Ti/SnO2电极的制备方法，其特征在于，涂层电极的制备过程中，烘干的温度为120℃～160℃，烘干的时间为5～15min；高温烧结的温度为450℃～550℃，高温烧结的时间为5～15min。3.根据权利要求2所述的Ti/SnO2电极的制备方法，其特征在于，涂层电极的制备过程中，在最后一次高温烧结后还包括以下步骤：保持在450℃～550℃环境中烧结1～2h。4.根据权利要求1所述的Ti/SnO2电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：对钛基材的预...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨波，蒋超金，余刚，邓述波，刘剑洪，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44