高寿命、高催化活性二氧化铅电极制造技术

高寿命、高催化活性二氧化铅电极，以SnO2‑Sb2O3作为底层，以α‑PbO2作为中间层，并以β‑PbO2作为表面活性层而制备。本发明专利技术所得到的二氧化铅致密均匀，颗粒较小，具有较大的比表面积。同时，表面活性层附着力强，不易脱落；表面光滑牢固，可耐酸碱腐蚀，具有良好的催化活性及使用寿命。此外，本发明专利技术工艺条件简单，成本低廉，所得产品性能稳定，适合工业化生产，可广泛应用于通过电催化氧化技术处理污水的领域，具有深远市场前景。

【技术实现步骤摘要】
高寿命、高催化活性二氧化铅电极
本专利技术涉及一种二氧化铅电极，这种电极可用作电催化污水处理的阳极。
技术介绍
污水处理问题，一直以来都是研究的热点。随着工业技术的发展，工业排放的污染废水量也与日俱增，这使得本就比较短缺的水资源变得更加紧张。而这些污染物中大多数都是有机污染物，当其排到水中时，会对生态环境产生破坏。在众多污水处理技术中，电催化氧化法对设备要求低、处理速度快、操作简便、清洁无污染且易于大规模应用，是一种环境友好型技术。近年来一直受到广泛关注，是未来污水处理领域的一个重要发展方向。阳级电极材料的性质对电催化氧化法的效率有关键的影响。钛基形稳电极是在钛基底上通过热沉积或者电沉积的方式制备具有催化活性的金属氧化物，具有良好的催化活性，并且耐腐蚀、制备简单，化学稳定性好，在电化学氧化技术中应用较为广泛。二氧化铅电极的制备简单、成本低廉并且其具有良好的导电性，使得其在电催化氧化领域具有良好的应用前景。PbO2电极虽然具有众多优势，但是也面临一些问题。比如PbO2镀层内部具有较大的内应力，在电解过程中所产生的新生态氧极易透过表面层扩散到基底上，从而会使得基底钝化，镀层脱落，降低电极的电化学稳定性及使用寿命。因此在保证电极催化活性的同时使其具有较高的使用寿命便具有至关重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种二氧化铅电极的制备方法，其能有效提高电极使用寿命而不降低催化活性。根据本专利技术的二氧化铅电极的制备方法包括：提供钛基底并进行抛光和除油清洗处理后置于无水乙醇中备用；取出钛基底吹干后，使用涂覆液在钛基底上刷涂底层，其中涂覆液组成为：3～25mL正丁醇、0.1～8mL浓盐酸、0.5～10g五水四氯化锡以及0.1～8g三氯化锑；重复刷涂底层5-10次，每次刷涂之后均烘干，最后在450-500℃的条件下焙烧2-4h；通过电沉积的方法在底层上制备α-PbO2中间层，其中电流密度为5mA/cm2～65mA/cm2,，总电沉积时间为1～2h，电沉积温度为30～80℃，电极间距为2cm，电沉积液组成为0.1～1mol/L的PbO和1～10mol/L的NaOH；以及继续通过电沉积的方法在α-PbO2中间层上制备β-PbO2表面活性层，其中电流密度为20mA/cm2～85mA/cm2，总电沉积时间为1～2h，电沉积温度为25～100℃，电极间距为2cm，电沉积液组成为0.1～1mol/LPb(NO3)2、0.05～2mol/LHBO3、0.5～2g/LNaF、10～100mg/L氧化石墨烯(GO)以及10～100mg/L纳米SiC。本专利技术以硝酸铅、硼酸、氟化钠、石墨烯、纳米碳化硅作为表面活性层电沉积液成分，以SnO2-Sb2O3作为底层，以α-PbO2作为中间层，通过特定方法制备出均匀致密的二氧化铅电极。中间层和表面活性层电沉积时所用的阴极可以选自石墨片、铜片、钛片、不锈钢片和铂片，阳极可以为钛片或者钛网。阴、阳电极板可以选用不同或同种材质。所用阴阳电极板的尺寸优选为1×4cm2。钛基底的除油清洗可以包括：分别在丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗5-15min。根据本专利技术的一个优选实施例，涂覆液中四氯化锡和三氯化锑的质量比为10:1。这种底层具有优异的结合特性，可以再通过α-PbO2中间层提高与表面活性层之间的结合力，缓和电沉积畸变的产生。本专利技术还提供了根据上述方法所制备的二氧化铅电极。这种二氧化铅电极可以在电催化污水处理中用作阳极。在本专利技术的优选实施例中，氧化石墨烯的掺入量为20～60mg/L，纳米碳化硅的掺入量为10～50mg/L。掺入纳米碳化硅和氧化石墨烯的目的是促使二者发生协同作用，在补全二氧化铅内部空缺、控制二氧化铅形貌、保证催化活性的同时，提高二氧化铅的电极寿命。本专利技术既提高了二氧化铅电极寿命，同时又不降低电极催化活性。另外，本专利技术还通过添加纳米碳化硅、氧化石墨烯两种物质，控制二者的混合比例，达到控制二氧化铅形貌的目的。所得到的二氧化铅致密均匀，颗粒较小，具有较大的比表面积。同时，表面活性层附着力强，不易脱落。表面光滑牢固，可耐酸碱腐蚀，具有良好的催化活性及使用寿命。此外，本专利技术工艺条件简单，成本低廉，所得产品性能稳定，适合工业化生产，可广泛应用于通过电催化氧化技术处理污水的领域，具有深远市场前景。附图说明图1是在钛网基底上通过涂覆热分解方法制备的底层扫描电镜图；图2是α-PbO2中间层的扫描电镜图；图3是无纳米碳化硅和氧化石墨烯掺杂的复合电极扫描电镜图；图4是同时掺杂纳米碳化硅和氧化石墨烯的复合电极扫描电镜图。具体实施方式下面通过具体实施例以及附图对本专利技术的二氧化铅电极制备方法做出进一步的详细说明，但其并不用于限制本专利技术。实施例1将钛网分别通过丙酮、乙醇、去离子水超声清洗15min，取出之后自然风干。然后通过涂覆热分解的方法在钛网表面制备Ti/SnO2-Sb底层，所用涂覆液组成为正丁醇5ml、浓盐酸3ml、四氯化锡3g、三氯化锑0.3g。待涂覆液完全溶解成均一透明状时，通过刷子蘸取涂覆液将其涂覆在钛网上。然后置于电热恒温干燥箱中在120℃条件下烘干15min，然后取出再次进行刷涂。如此反复进行8次之后，在马弗炉中500℃的条件下焙烧2h。通过电沉积的方法继续在电极表面沉积得到一层α-PbO2中间层。所用的电沉积液为0.1mol/L的PbO和4mol/L的NaOH，所用的电流密度为40mA/cm2。温度为30℃，电沉积1h。然后继续在电极表面电沉积得到β-PbO2表面活性层，所用的电沉积液为0.5mol/LPb(NO3)2、0.05mol/LHBO3、0.1g/LNaF，所用的电流密度为20mA/cm2。温度为60℃，电沉积1h，得到无掺杂的二氧化铅电极。用扫描电镜(SEM)及紫外分光光度计对电极的表面形貌及催化性能进行分析表征。如图1所示，可以看出通过涂覆热分解的方法所制备的底层均匀龟裂，可将钛基底基本覆盖。从而可以增强基底与各层之间的结合力，并且可以预防基底钝化。如图2所示，可以看出通过电沉积的方法所获得的α-PbO2中间层均匀致密，可将底层覆盖。中间层的存在可以缓和表面镀层的电积畸变，增强基底与β-PbO2表面活性层之间的结合力。如图3所示，可以看出通过电沉积的方法所获得的无掺杂的β-PbO2表面活性层颗粒不均匀，并且颗粒较大，这会降低β-PbO2的活性表面，从而影响其催化性能。同时，β-PbO2表面出现裂纹，无疑这会降低溶液进入电极内部的难度，影响它的使用寿命。在温度为50℃时，电流密度为60mA/cm2，电极面积为2cm2,使用无掺杂的二氧化铅电极对2,4-二氨基甲苯(TDA)进行催化降解实验。其中TDA的初始浓度为0.3g/L。测得TDA的降解率为76.6％。通过加速寿命实验对电极寿命进行测试。以所测试电极为阳极，以铜片为阴极，采用恒电流的方法，保持电流密度为2A/cm2，电极间距为2cm，在2mol/LH2SO4中进行寿命测试实验，以电压增至10V为电极失活标准。结果发现对于未掺杂的电极而言，其寿命为12个小时。实施例2与实施例1类似，采取同样的方法获得涂有底层和α-PbO2中间层的电极，然后在电极表面通过电化学沉积的方法获得β-PbO2表面活性层，所用的电沉积液为0.5mol/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化铅电极的制备方法，包括：提供钛基底并进行抛光和除油清洗处理后置于无水乙醇中备用；取出钛基底吹干后，使用涂覆液在钛基底上刷涂底层，其中涂覆液组成为：3～25mL正丁醇、0.1～8mL浓盐酸、0.5～10g五水四氯化锡以及0.1～8g三氯化锑；重复刷涂底层5‑10次，每次刷涂之后均烘干，最后在450‑500℃的条件下焙烧2‑4h；通过电沉积的方法在底层上制备α‑PbO2中间层，其中电流密度为5mA/cm2～65mA/cm2,，总电沉积时间为1～2h，电沉积温度为30～80℃，电极间距为2cm，电沉积液组成为0.1～1mol/L的PbO和1～10mol/L的NaOH；以及继续通过电沉积的方法在α‑PbO2中间层上制备β‑PbO2表面活性层，其中电流密度为20mA/cm2～85mA/cm2，总电沉积时间为1～2h，电沉积温度为25～100℃，电极间距为2cm，电沉积液组成为0.1～1mol/L Pb(NO3)2、0.05～2mol/L HBO3、0.5～2g/L NaF、10～100mg/L氧化石墨烯(GO)以及10～100mg/L纳米SiC。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化铅电极的制备方法，包括：提供钛基底并进行抛光和除油清洗处理后置于无水乙醇中备用；取出钛基底吹干后，使用涂覆液在钛基底上刷涂底层，其中涂覆液组成为：3～25mL正丁醇、0.1～8mL浓盐酸、0.5～10g五水四氯化锡以及0.1～8g三氯化锑；重复刷涂底层5-10次，每次刷涂之后均烘干，最后在450-500℃的条件下焙烧2-4h；通过电沉积的方法在底层上制备α-PbO2中间层，其中电流密度为5mA/cm2～65mA/cm2,，总电沉积时间为1～2h，电沉积温度为30～80℃，电极间距为2cm，电沉积液组成为0.1～1mol/L的PbO和1～10mol/L的NaOH；以及继续通过电沉积的方法在α-PbO2中间层上制备β-PbO2表面活性层，其中电流密度为20mA/cm2～8...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎学明，满帅帅，包河彬，杨海峰，曾韬，陈金，熊林利，罗晓玉，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50