含亚氧化钛中间层的涂层电极及其制备方法与应用以及电化学水处理设备技术

本发明专利技术涉及电化学技术领域，提供了一种含亚氧化钛中间层的涂层电极及其制备方法与应用以及电化学水处理设备。含亚氧化钛中间层的涂层电极，包括电极基体、亚氧化钛中间层以及含氧化锡活性层，亚氧化钛中间层设置于电极基体的一侧表面，含氧化锡活性层设置于亚氧化钛中间层远离电极基体的一侧表面。含亚氧化钛中间层的涂层电极的制备方法，包括在电极基体上依次设置亚氧化钛中间层和含氧化锡活性层。通过上述制备方法制得的含亚氧化钛中间层的涂层电极，成本低，使用寿命长，催化活性好，该电极可应用于电化学领域中，特别是电化学水处理设备中。电化学水处理设备，包括如上述的含亚氧化钛中间层的涂层电极。

Coated electrode with titania interlayer and its preparation method and application as well as electrochemical water treatment equipment

【技术实现步骤摘要】
含亚氧化钛中间层的涂层电极及其制备方法与应用以及电化学水处理设备
本专利技术涉及电化学
，具体而言，涉及含亚氧化钛中间层的涂层电极及其制备方法与应用以及电化学水处理设备。
技术介绍
涂层电极是电催化污水处理技术的关键环节，目前产业上通常使用贵金属氧化物或者氧化铅等作为电极的活性层材料，但是贵金属的成本使得涂层电极的价格居高不下，另外氧化铅涂层中的铅离子会溶解造成水体的二次污染。近年来锡涂层电极以其成本低廉、高析氧电位等优点受到越来越多的关注，但是稳定性差的缺点严重制约了其产业化的应用。如果能将锡涂层电极的稳定性提高，将会有利于电催化污水处理技术的进一步推广。鉴于此，特提出本申请。
技术实现思路
本专利技术提供了含亚氧化钛中间层的涂层电极及其制备方法，旨在改善含锡涂层稳定性差的问题。本专利技术是这样实现的：第一方面，本专利技术实施例提供一种含亚氧化钛中间层的涂层电极，包括电极基体、亚氧化钛中间层以及含氧化锡活性层，亚氧化钛中间层设置于电极基体的一侧表面，含氧化锡活性层设置于亚氧化钛中间层远离电极基体的一侧表面。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，电极基体为钛基体。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，亚氧化钛中间层的厚度为1～100μm。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，亚氧化钛为七氧化四钛或七氧化四钛和五氧化三钛的混合物，其中七氧化四钛的含量在60wt％以上。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，制备含亚氧化钛中间层的亚氧化钛的粉体的粒径为<1μm。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，含氧化锡活性层还含有镍和锑。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，含氧化锡活性层为氧化镍、氧化锑及氧化锡的复合涂层。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，含氧化锡活性层为含有氧化锡的活性层。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，含氧化锡活性层为氧化镍、氧化锑及氧化锡的复合涂层。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，含氧化锡活性层中镍、锑和锡的摩尔比为1～10:1～10:100。第一方面，本专利技术实施例提供一种如上述的含亚氧化钛中间层的涂层电极的制备方法，包括：在电极基体上依次设置亚氧化钛中间层和含氧化锡活性层。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，在电极基体上设置亚氧化钛中间层和含氧化锡活性层之前还包括：将电极基体进行预处理以清洁其表面。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，预处理依次包括：去氧化层、除油以及刻蚀。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，去氧化层是将电极基体采用砂纸进行打磨或采用喷砂处理；更优选地，打磨采用40～800目的砂纸。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，除油是将去除氧化层后的电极基体置于碱液中，于80～95℃下加热1～3h；更优选地，碱液为氢氧化钠溶液；进一步优选地，氢氧化钠溶液的浓度为20～40wt％。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，刻蚀是将除油后的电极基体置于酸液中，于80～95℃下加热，直至其表面呈麻灰色；更优选地，加热方式为水浴加热；更优选地，酸液为草酸溶液或者盐酸溶液；进一步优选地，草酸溶液的浓度为10～40wt％；进一步优选地，盐酸溶液浓度为5050vol％；更进一步优选地，加热时间为1～3h。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，采用涂覆的方式将氧化钛中间层和含氧化锡活性层依次设置于电极基体上，涂覆方式包括刷涂法、喷雾热解法、电沉积法、浸渍提拉法或蒸镀法。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，在电极基体上设置亚氧化钛中间层是：将亚氧化钛浆料涂覆在电极基体上，然后进行退火。亚氧化钛浆料为亚氧化钛粉末与第一有机溶剂的混合物。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，亚氧化钛浆料中亚氧化钛和第一有机溶剂的用量为1～20g:50ml。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，第一有机溶剂为钛酸丁酯和正丁醇的混合溶剂；更优选地，钛酸丁酯与正丁醇体积比为1:1。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，退火温度为350～600℃，退火环境为真空或惰性气体气氛下；更优选地，涂覆，然后退火这一整个过程循环至少一次，每次退火时间为5～15min。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，设置含氧化锡活性层是：在亚氧化钛中间层上涂覆含锡前驱液，然后进行退火。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，含锡前驱液是镍源、锑源、锡源以及第二有机溶剂的混合溶液；更优选地，第二有机溶剂为乙醇。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，退火温度为450～600℃，退火环境为有氧气氛下；进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，涂覆，然后退火这一整个过程重复5～15次，最后一次退火的时间为30～90min，其余次退火的时间为5～15min。第三方面，在本专利技术实施例提供一种电化学水处理设备，包括如上述的含亚氧化钛中间层的涂层电极或者上述的制备方法制得的含亚氧化钛中间层的涂层电极。上述的含亚氧化钛中间层的涂层电极或者上述的制备方法制得的含亚氧化钛中间层的涂层电极在电化学领域的应用。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过上述设计得到的含亚氧化钛中间层的涂层电极，其成本低，析氧电位高，由于在含氧化锡活性层和电极基体之间设置有亚氧化钛中间层，可阻止氧空位向基体迁移，提高电极的稳定性。本专利技术通过上述设计得到的含亚氧化钛中间层的涂层电极的制备方法，工艺简单，可制得稳定性好的适用于污水处理的涂层电极。本专利技术通过上述设计得到的电化学水处理设备，由于包括本专利技术提供的含亚氧化钛中间层的涂层电极，因此该设备的成本低，使用寿命长，水处理效果好。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例提供一种含亚氧化钛中间层的涂层电极及其制备方法与应用以及电化学水处理设备进行具体说明。本专利技术实施例提供的一种含亚氧化钛中间层的涂层电极，包括：电极基体、亚氧化钛中间层以及含氧化锡活性层。亚氧化钛中间层设置于电极基体的一侧表面，含氧化锡活性层设置于亚氧化钛中间层远离电极基体的一侧表面。亚氧化钛具有的高导电性、高电化学稳定性及耐腐蚀性等优点。在基体与活性层之间加入亚氧化钛可以增强涂层的结合力，同时亚氧化钛中间层可以延缓阳极表面氧气分子向钛基体迁移，从而减慢钛基体的钝化速度，延长电极的使用寿命。亚氧化钛在通电过程中保持孔形状和孔率，还可以提高电极有效面积和活性物的生成率。镍锑锡活性层与其他氧化物涂层相比，除了表面可以生成羟基自由基，同时还可以产生具有催化活性的臭氧，这在水处理过程中能加快有机污染物的分解，提高电极的催化效率。进一步地，电极基体选用钛材质制成，即钛基体，钛基体在电解水中综合性能较佳。具体地，钛基体为钛板、钛网或钛棒等，其具体形状或尺寸可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含亚氧化钛中间层的涂层电极，其特征在于，包括电极基体、亚氧化钛中间层以及含氧化锡活性层，所述亚氧化钛中间层设置于所述电极基体的一侧表面，所述含氧化锡活性层设置于所述亚氧化钛中间层远离所述电极基体的一侧表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种含亚氧化钛中间层的涂层电极，其特征在于，包括电极基体、亚氧化钛中间层以及含氧化锡活性层，所述亚氧化钛中间层设置于所述电极基体的一侧表面，所述含氧化锡活性层设置于所述亚氧化钛中间层远离所述电极基体的一侧表面。


2.根据权利要求1所述的含亚氧化钛中间层的涂层电极，其特征在于，所述电极基体为钛基体。


3.根据权利要求1所述的含亚氧化钛中间层的涂层电极，其特征在于，所述亚氧化钛中间层的厚度为1～100μm；
优选地，所述亚氧化钛为七氧化四钛或七氧化四钛和五氧化三钛的混合物，其中七氧化四钛的含量在60wt％以上；
优选地，制备所述含亚氧化钛中间层的亚氧化钛的粉体的粒径为<1μm。


4.根据权利要求1～3任一项所述的含亚氧化钛中间层的涂层电极，其特征在于，所述含氧化锡活性层还含有镍和锑；
优选地，所述含氧化锡活性层为氧化镍、氧化锑及氧化锡的复合涂层；
更优选地，含氧化锡活性层中镍、锑和锡的摩尔比为1～10:1～10:100。


5.一种如权利要求1-4任一项所述的含亚氧化钛中间层的涂层电极的制备方法，其特征在于，包括：
在所述电极基体上依次设置亚氧化钛中间层和含氧化锡活性层。


6.根据权利要求5所述的含亚氧化钛中间层的涂层电极的制备方法，其特征在于，在所述电极基体上设置所述亚氧化钛中间层和所述含氧化锡活性层之前还包括：
将所述电极基体进行预处理以清洁其表面；
优选地，预处理依次包括：去氧化层、除油以及刻蚀；
优选地，去氧化层是将所述电极基体采用砂纸进行打磨或采用喷砂处理；更优选地，打磨采用40～800目的砂纸；
优选地，除油是将去除氧化层后的电极基体置于碱液中，于80～95℃下加热1～3h；更优选地，所述碱液为氢氧化钠溶液；进一步优选地，所述氢氧化钠溶液的浓度为20～40wt％；
优选地，刻蚀是将除油后的电极基体置于酸液中，于80～95℃下加热，直至其表面呈麻灰色；更优选地，加热方式为水浴加...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵彩茹，张建华，蒋玉思，程华月，
申请(专利权)人：广东省稀有金属研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44