一种高效电催化高级氧化技术电极材料制造技术

本发明专利技术涉及一套电催化强氧化剂材料，其中包括一种通过在钛基材上复合纳米氧化物粒子及催化金属纳米粒子的纳米功能阳极材料，及一种以钛或不锈钢为基材，在其表面引入过渡金属纳米粒子的纳米功能阴极材料。通过电催化高级氧化技术，水体在电催化强氧化剂材料的催化作用下，可生成具有强氧化性的羟基自由基及氧自由基；若水中存在氯离子，还可次氯酸。在多种强氧化剂的共同作用下，可杀灭水体中的藻类细胞及各种有害细菌，同时可降解水中的氨氮及水溶性有机物，达到净化水体的目的。电催化强氧化剂材料依据电催化高级氧化原理，在应用时无需添加任何化学药剂，不存在二次污染，而且安全高效，能耗低。

An efficient electrocatalytic oxidation technology for advanced electrode materials

The invention relates to a catalytic oxidizer material, including a titanium substrate composite nano oxide particles and catalytic metal nanoparticles and nano anode materials through a titanium or stainless steel substrate, the nano cathode materials of transition metal nanoparticles into its surface. Through AEOP, water in the catalysis of electrocatalytic strong oxidizer materials, can generate strong oxidizing hydroxyl radical and oxygen free radicals; if a chloride ion exists in water, but also hypochlorous acid. Under the combined action of a variety of strong oxidants, algae cells and various harmful bacteria in the water can be killed, and ammonia nitrogen and water-soluble organic compounds in the water can be degraded to achieve the purpose of purifying the water body. According to the principle of electro catalytic high oxidation, the electrocatalytic strong oxidant material does not need to be added any chemical agent when applied, and has no two pollution, and is safe, efficient and low energy consumption.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高效电催化高级氧化技术电极材料，其中包括一种通过在钛基材上复合 纳米氧化物粒子及催化金属纳米粒子的纳米功能阳极材料，及一种以钛或不锈钢为基材，在 其表面引入过渡金属纳米粒子的纳米功能阴极材料。这套电催化高级氧化技术电极材料可组 装成水处理装置，广泛应用于各种水体的杀菌消毒，杀灭水体中的有害藻类细胞，以及工业、 生活污水中氨氮和有害有机物的去除。电催化高级氧化技术电极材料在应用时无需添加任何 化学药剂，不存在二次污染，而且安全高效，能耗低。
技术介绍
电催化氧化法是一种新兴的技术，根据电催化高级氧化技术的原理，阳极在电场的作用 下，水体中的物质可以转变为具有强氧化能力的物质，对于水分子和Off，可产生羟基自由基或氧自由基并络合于极板上(Cat。OH)或Cat-O):Cat + H20 — Cat ('OH) + H+ + e..........................................................(1)Cat + OH— — Cat (*OH) + e................................................................(2)Cat ('OH) — Cat-O + H+ + e...............................................................(3)如果水体中有cr存在，在阳极上可以发生下列反应2Cr 一 Cl2 + 2e.............................................................................(4)生成的Cl2可以进一步和水分子反应Cl2 + H20 — HCIO + CI- +2H+.............................................................(5)阳极上产生的Cat(， OH)、 Cat-0和HCIO具有很强的氧化性能，可与细菌、病毒反应， 使其丧失生物活性，达到杀死细菌病毒的目的；对于水体中藻类菌类，这些强氧化性物质对 其发生氧化作用，破坏其酶系统，导致细胞失活，从而达到杀灭和抑制的目的；对于水体中 的有机污染物，Cat(.OH)能使其发生"电化学燃烧"，Cat-O发生"电化学转化"，而HCIO也是 一种氧化剂，具有将有机物氧化为羧酸、二氧化碳、水的能力，在Cat(OH)、 Cat-O和HCIO 的共同作用下，有机物被彻底转化为二氧化碳，不会产生有毒的有机副产物；水体中的氨态 氮，可以通过下列反应去除2丽3 + 6 Cat(.OH) — N2t + 6H20 + 6Cat..............................................(6)HCIO + NH4+ — NH2C1 + H20 +H+..................................................... (7)3NH2C1 + HCIO — NHC12 + H20.......................................................... (8)2NHC12 + H20 — N2T + HCIO + 3H+ + 3C1-.......................................... (9)选择优质电极材料是电催化氧化的重要一环。阳极材料的发展大体经历了 3个阶段(1) 石墨电极阶段，盐水电解是最早的水溶液电解工业，早期主要使用铂电极、天然碳素电极和 天然石墨电极。此类电极对氯的析出具有良好的电催化性能，耐久性好，并具有抑制氧气析 出的能力，缺点是在氯碱环境下的耐蚀性不理想，强度低，电阻人，电能消耗大，电极消耗 时.容易造成生产的不稳定；(2)铂族金属及铅合金电极阶段，虽然此类电极与石墨相比性能 有较大提高，但同样存在着铂电极价格昂贵、铅电极重量大，氧析出过电位大，电化学催化 性能低，易变形且导电差，能耗大等缺点，尤其是在非硫酸体系中铅溶解不能使用，需要进 一步改进；(3)钛基涂层阳极，钛具有稳定的氧化物层保护，使阳极电流不能通过。钛基体 电极与钨相比，具有价格便宜，加工方便，电化学稳定性好等优势。相对于阳极，阴极材料的研究比较少。氧在阴极还原可以生成11202，常见的几种阴极材 料是石墨、网状多孔碳电极、气体扩散电极和碳-聚四氟乙烯充氧阴极。在电场作用下，阴极可发生下列反应 酸性条件下02 + 2H+ + 2e- — H202...................................................................(10)碱性条件下02 + H20 + 2e- — H(V + OH-...........................................................(11)H02- + H20 — H202 + OH-...............................................................(12)
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一套高效电催化高级氧化技术电极材料， 这套材料可组装成水处理装置，将水体里的水分子转变为具有强氧化性的羟基自由基及氧自由基，若水体中存在氯离子，亦可生成具有氧化性的次氯酸。该材料不仅可应用于各种水体 的杀菌消毒，杀灭水体中的有害藻类细胞，以及工业、生活污水中氨氮和有害有机物的去除。 高效电催化高级氧化技术电极材料依据电催化化高级氧化原理，在应用时无需添加任何化学 药剂，不存在二次污染，而且安全高效，能耗低。本专利技术的技术构思为纳米功能阳极材料使用钛或钛合金作为基材，在其上面涂覆使用 溶胶一凝胶法制备的纳米氧化物粒子；同时引入纳米分散的具有催化性能的铂族金属及稀土 元素。纳米功能阴极材料使用钛或不锈钢作为基材，上面涂覆溶胶一凝胶法制备的纳米氧化 物粒子以提高性能及表面积。基材及所涂覆纳米粒子在烧结温度下形成紧密化学键结合，将大大提高材料的稳定性，且铂族金属或稀土元素掺杂层与纳米氧化物层经烧结可形成固溶体。 在电催化高级氧化技术作用下，两种材料将发挥协同作用，大大提高其处理能力及效果，实 现对水体中的藻类、病毒、细菌、氨氮及有机物的去除。 本专利技术的技术方案如下电催化高级氧化技术电极材料，其中包括功能阳极材料，其基材为钛或钛合金，基材上 涂覆纳米氧化物粒子，掺杂铂族金属或稀土元素纳米粒子。同时包括功能阴极材料，基材为 钛或不锈钢，基材上涂覆纳米氧化物粒子。其特征在于两种材料的基材及所涂覆纳米粒子 在烧结温度下形成紧密化学键结合；而功能阳极材料的贵金属或稀土元素掺杂层与纳米氧化 物粒子层经过高温烧结反应可形成完整的固溶体；两种材料在电场作用下可产生协同作用。所述的功能阴阳极材料的形状是一样的，可以是板状、网状、多孔结构或其他任何形状， 以发挥其协同作用，并在顶端有连接电源的部分。所述的阳极功能材料，其基材为钛或钛合金，而阴本文档来自技高网...

【技术保护点】
电催化高级氧化技术电极材料，其中包括功能阳极材料，其基材为钛或钛合金，基材上涂覆纳米氧化物粒子，掺杂铂族金属或稀土元素纳米粒子。同时包括功能阴极材料，基材为钛或不锈钢，基材上涂覆纳米氧化物粒子。其特征在于：两种材料的基材及所涂覆纳米粒子在烧结温度下形成紧密化学键结合；而功能阳极材料的贵金属或稀土元素掺杂层与纳米氧化物粒子层经过高温烧结反应可形成完整的固溶体；两种材料在电场作用下可产生协同作用。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张学东，史启媛，
申请(专利权)人：张学东，史启媛，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]