一种钛基复合阳极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种钛基复合阳极，包括钛基体、致密保护中间层和活性表面层；致密保护中间层为二氧化钛层，二氧化钛层和活性表面层是原位同步生成的。本发明专利技术的制备方法包括以下步骤：1)将钛基体打磨、清洗，备用；2)将清洗后的钛基体置于表面活性剂和强氧化性金属盐的混合溶液中，调节混合溶液的pH值至4～7，加热进行反应，得到钛基复合阳极前驱体；3)将钛基复合阳极前驱体进行焙烧，即得到钛基复合阳极。本发明专利技术的钛基复合阳极中，二氧化钛层和活性表面层是原位同步生成的，只需一步就制备复合阳极，工艺步骤简单，能耗低。原位同步生成的二氧化钛层十分致密，能够抑制基体的进一步氧化，在表面生成的活性表面层催化活性较高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电化学领域，尤其涉及。
技术介绍
钛基复合阳极是以钛或钛合金为基体，涂覆Sb、Ir、Pb、Mn等活性元素的金属氧化物构成的电极，具有催化活性高，延缓基体钝化，反应的选择性较好等优点。传统的电极，如石墨阳极强度不高，铅银合金阳极会有铅溶解进入电解液等缺点。钛基复合阳极可以根据电极的不同用途和要求，对电极的涂层和结构进行有针对性的设计，以此来降低副反应的发生，提高目标产物的产率和电流效率。这种钛基复合阳极广泛用于锰电解工业，氯碱工业，污水处理等领域。钛基复合阳极的制备方法主要有热分解法、溶胶-凝胶法、磁控溅射法、电化学沉积法等方法，不同的制备方法制得涂层的结构和活性是不一样的，电化学沉积法制得的涂层致密因而其寿命较长，热分解法制得的涂层催化活性较高。而且还可以调节组成元素的比例来调节涂层的活性和结构。因此可以根据实验来确定较好的涂层组成比例、焙烧温度和一系列的电解条件来制备活性较高的钛基复合阳极。虽然钛基复合阳极的制备方法多种多样，工艺简单，涂层的催化活性高，选择性好，但是有一个致命的缺点:使用寿命较短。近年来众多研究者为了解决这一问题，提出了很多方案，做过很多实验。电极失活的主要原因是钛基体被氧化，钛基体表面生成了一层钝化膜，或者活性物质脱落或被溶解。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种寿命较长、电化学活性较好的钛基复合阳极及其制备方法和应用。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为:—种钛基复合阳极，包括钛基体、致密保护中间层和活性表面层；所述致密保护中间层为二氧化钛层，所述二氧化钛层和活性表面层是原位同步生成的。本专利技术的制备方法过程中强氧化性金属盐与钛基体表面进行反应，钛基体表面被氧化成二氧化钛，与此同时，强氧化性金属盐被还原成对应的金属氧化物。上述的钛基复合阳极，优选的，所述活性表面层为Mn02、IrO2, PbO2,仙02和PdO 2中的一种或几种金属氧化物混合层。上述的钛基复合阳极，优选的，所述钛基为金属钛板、钛合金或钛薄片。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种上述钛基复合阳极的制备方法，包括以下步骤:I)将钛基体打磨、清洗，备用；2)将步骤I)清洗后的钛基体置于表面活性剂和强氧化性金属盐的混合溶液中，调节混合溶液的PH值至4?7，加热进行反应，得到钛基复合阳极前驱体；3)将步骤2)得到的钛基复合阳极前驱体进行焙烧，即得到所述钛基复合阳极。上述的制备方法，优选的，所述步骤2)中，强氧化性金属盐包括高锰酸钾、铱酸钾、氯铅酸、高钌酸钾、氯钯酸钾中的一种或几种；表面活性剂包括十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵或聚吡咯烷酮中的一种或几种。当强氧化性金属盐为高锰酸钾时，反应过程中溶液的pH值=7。上述的制备方法，优选的，所述所述表面活性剂浓度为0.0005?0.01mol/L，强氧化性金属盐的浓度为0.01?0.06mol/Lo上述的制备方法，优选的，所述步骤2)中，加热的温度为70?130°C，反应时间为8 ?16h0上述的制备方法，优选的，所述步骤3)中，焙烧的温度为450?600°C，焙烧时间为2 ?6h0上述的制备方法，优选的，所述步骤I)中，清洗过程包括先用碱洗除油，再用酸刻蚀，最后用去离子水冲洗。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种上述的钛基复合阳极或上述制备方法制得的钛基复合阳极在电解锰、污水处理和氯碱工业中的应用。与现有技术相比，本专利技术的优点在于:I)本专利技术的钛基复合阳极中，二氧化钛层和活性表面层是原位同步生成的，只需一步就制备复合阳极，工艺步骤简单，能耗低。原位同步生成的二氧化钛层十分致密，能够抑制基体的进一步氧化，在表面生成的活性表面层催化活性较高。2)本专利技术的钛基复合阳极中，二氧化钛形成的致密中间层能够有效抑制钝化作用。3)本专利技术的钛基复合阳极的使用寿命远比普通的复合电极长。4)本专利技术的钛基复合阳极可以应用于电解锰，表面活性层为二氧化锰层时，作为电沉积二氧化锰的阳极不会引入杂质。5)本专利技术的钛基复合阳极可以应用于污水处理和氯碱工业，在污水处理中氧化分解有机物的效率较高。6)本专利技术的钛基复合阳极的制备过程对环境友好，不产生有毒气体污染环境。【附图说明】图1为本专利技术的钛基复合阳极的结构示意图。图示说明:1、钛基体；2、致密保护中间层；3、活性表面层。图2为本专利技术实施例1制备的钛基复合阳极的扫描电镜图.图3为本专利技术实施例1制备的钛基复合阳极的EDX能谱图。图4为本专利技术实施例1制备的钛基复合阳极与不含有二氧化钛致密层的钛基复合阳极的强化寿命测试比较图。图5为本专利技术实施例2制备的钛基复合阳极与不含有二氧化钛致密层的钛基复合阳极的电极氧化比较图。图6为本专利技术实施例3中性溶液体系制备的钛基复合阳极与酸性溶液体系制备的钛基复合阳极的催化活性测试比较图。图7为本专利技术实施例4制备的钛基复合阳极与两步法制备的复合阳极的强化寿命测试比较图。【具体实施方式】为了便于理解本专利技术，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本专利技术作更全面、细致地描述，但本专利技术的保护范围并不限于以下具体的实施例。除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本专利技术的保护范围。除有特别说明，本专利技术中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。实施例1:—种本专利技术的钛基复合阳极，如图1所示，包括钛基体1、致密保护中间层2和活性表面层3 ;其中致密保护中间层2为二氧化钛层，钛基体I为厚度为1.2mm的金属钛板，活性表面层3为IrOJl ;二氧化钛层和IrO 2层是原位同步生成的。本实施例的钛基复合阳极的制备方法，包括以下步骤:I)将厚度为1.2mm的金属钛板切割成5cmX5cm的规格，然后用砂纸打磨，在煮沸的5wt% NaOH溶液中除油清洗lh，然后在沸腾的15被％草酸溶液中刻蚀lh，最后用去离子水冲洗干净，得到表面洁净的金属钛板。2)将步骤I)得到的表面洁净的金属钛板放入水热反应釜中，同时在反应釜中加入0.004mol聚卩比略烧酮、4g铱酸钾配成80ml的溶液，加入硫酸调节溶液的pH至5，加热至90°C反应12h，得到钛基复合阳极前驱体。3)将步骤2)得到的钛基复合阳极前驱体置于马弗炉中升温至500°C并保持2h，即可得到钛基复合阳极。如图2、图3所示，分别为本实施例的钛基复合阳极的扫描电镜图和EDX能谱图，从图2中可以看出，在钛板表面有一层小的颗粒物，图3的检测结果为MnO2,同时钛板表面也被氧化生成了二氧化钛。将本实施例的钛基复合阳极在电解锰中的应用:作为对比，在相同条件下制备了不含有二氧化钛致密层的钛基复合阳极，对两种电极进行了强化寿命测试，得到了如图4的所示结果，a表示不含有二氧当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛基复合阳极，其特征在于，包括钛基体、致密保护中间层和活性表面层；所述致密保护中间层为二氧化钛层，所述二氧化钛层和活性表面层是原位同步生成的。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭华军，陈鑫，王志兴，李新海，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43