含有聚吡咯层的铈掺杂二氧化铅电极及其制备方法、应用技术

本申请公开了一种含有聚吡咯层的铈掺杂二氧化铅电极，包括钛网基体、沉积在钛网基体上的锡锑氧化物层、沉积在锡锑氧化物层上的聚吡咯层以及沉积在聚吡咯层上的铈掺杂二氧化铅活性层。该电极具有较强的降解废水中有机物的催化活性和较长的使用寿命。

Cerium doped lead dioxide electrode with polypyrrole layer and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
含有聚吡咯层的铈掺杂二氧化铅电极及其制备方法、应用
本申请涉及一种含有聚吡咯层的铈掺杂二氧化铅电极及其制备方法、应用，属于电化学

技术介绍
电催化氧化法作为一种极具有应用前景的水处理技术，具有操作简单、不消耗或消耗极少的化学试剂、不产生二次污染、能矿化难生物降解有机物的优点，已成为水处理技术的研究热点。众所周知，电催化氧化过程的的效率主要取决于电极材料的催化活性，所以许多研究者致力于研发高催化活性且稳定的电极材料用于电催化氧化降解有机物。二氧化铅电极具有成本低、制备方法简单、析氧电位较高、耐蚀性强、导电性好且氧化能力较强的特点。因此，近年来许多学者致力于二氧化铅电极催化活性及稳定性的改性上面。例如专利CN106222717提供的一种含碘的二氧化铅电极的制备方法，其制备的二氧化铅电极具有造价低、活性高、寿命长的特点，其对4-氯酚具有较好的去除效果；专利CN106868509提供了一种石墨烯修饰的含氟的二氧化铅电极制备方法，该方法制备的电极要比普通的含氟二氧化铅电极具有更高的电催化活性和寿命；文献中XuHao等人(XuHao,YuanQuansheng,ShaoDan,etal.FabricationandcharacterizationofPbO2electrodemodifiedwith[Fe(CN)6]3-anditsapplicationonelectrochemicaldegradationofalkalilignin,J.Hazard.Mater.286(2015)509–516)通过将[Fe(CN)6]3-掺杂进二氧化铅活性层显著提高了其降解碱木素的能力及使用寿命；XiaoyueDuan等人(XiaoyueDuan,FangMa,ZhongxinYuan,etal.Laurylbenzenesulfonicacidsodium-carbonnanotube-modifiedPbO2electrodeforthedegradationof4-chlorophenol,ElectrochimicaActa.76(2012)333–343)利用碳纳米管及十二烷基苯磺酸钠对二氧化铅进行改性，增加了电极的析氧电位及表面活性电荷量，相对于未改性电极而言，其表现出更好的4-氯酚降解效果和更长的使用寿命。但是二氧化铅在使用过程中仍旧存在电流效率较低、脱层导致的寿命短等问题，因此提供一种降解有机物的能力强且使用寿命长的二氧化铅电极已经成为亟待解决的技术问题。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供了一种含有聚吡咯层的铈掺杂二氧化铅电极，该电极具有较强的降解废水中有机物的催化活性、较长的使用寿命。所述含有聚吡咯层的铈掺杂二氧化铅电极，包括钛网基体、沉积在钛网基体上的锡锑氧化物层、沉积在锡锑氧化物层上的聚吡咯层以及沉积在聚吡咯层上的铈掺杂二氧化铅活性层。稀土金属铈具有独特的4f电子结构及其氧化物CeO2具有强氧化性，其掺杂有利于电子的传输及提高二氧化铅电极的电催化活性和使用寿命。聚吡咯(PPy)作为一种超疏水导电材料，具有良好的导电性和较好的疏水性，将其引入中间层可以有效防止电降解过程中产生的新生态的氧透过PbO2活性层使钛基体钝化，避免了由于脱层而出现的二氧化铅电极失活现象。本申请中的聚吡咯层可以通过电化学聚合的方式沉积在锡锑氧化物层上。本申请还提供了一种制备上述含有聚吡咯层的铈掺杂二氧化铅电极的方法，至少包括步骤：a)在钛网基体上制备锡锑氧化物层；b)制备聚吡咯层：将步骤a)中制备的含有锡锑氧化物层的钛网基体作为阳极，在含有吡咯单体的第一电解液中通过电化学聚合方法制备聚吡咯层；c)制备铈掺杂二氧化铅活性层：将步骤b)中制备的含有聚吡咯层的钛网基体作为阳极，在酸性含铅元素和铈元素的第二电解液中通过电沉积方法制备铈掺杂二氧化铅活性层。可选地，步骤a)为利用热沉积的方法在钛网基体上制备锡锑氧化物层，包括步骤：将含有锡元素和锑元素的涂敷液涂敷在钛网基体上，经焙烧，得到沉积在钛网基体上的锡锑氧化物底层。可选地，含有锡元素和锑元素的涂敷液为含有四氯化锡和三氯化锑的混合液，其中，四氯化锡和三氯化锑的质量比的范围为4：1～16：1。优选地，四氯化锡和三氯化锑的质量比为8：1。具体地，将四氯化锡和三氯化锑按照上述质量比溶于浓盐酸和异丙醇混合溶液中制成涂覆液，将涂覆液涂覆于钛网基体的表面上，放置烘箱内80℃～120℃下烘干5min～20min，再将烘干的钛网基体置于马弗炉中400℃～550℃下焙烧5min～20min，如此重复6～12次，最后一次在马弗炉中的焙烧时间为1～2小时，自然冷却至室温。优选地，热沉积锡锑氧化物层的焙烧温度为500～550℃，焙烧时间为5～10min，重复焙烧次数为8～10次，最后一次在马弗炉中的焙烧时间为1～1.5小时。可选地，在步骤a)之前还包括对钛网基体进行预处理：打磨钛网基体，超声清理打磨后的钛网基体，之后浸渍在草酸刻蚀液中刻蚀，冲洗，得到待用的钛网基体。具体地，将钛网依次用240#、600#、1200#砂纸打磨，用去离子水洗净；将打磨好的钛网放入丙酮和1mol/LNaOH(v/v＝1:1)中超声水洗10min～60min，然后将钛网置于去离子水中超声10min～60min；之后将钛网置于65℃～85℃的10％～20％(质量分数)草酸刻蚀液中刻蚀0.5h～2h，然后用大量的去离子水清洗刻蚀之后的钛网基体，再放入1％～5％(质量分数)的草酸保存液中保存，待用。可选地，步骤b)中的含有吡咯单体的第一电解液为包含吡咯单体0.05～1mol/L、对甲苯磺酸钠0.1～0.6mol/L的混合液。可选地，第一电解液中吡咯单体的含量范围的下限可以为0.05mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L，吡咯单体的含量范围的上限可以为1mol/L、0.8mol/L。第一电解液中对甲苯磺酸钠的含量范围的下限可以为0.1mol/L、0.2mol/L，对甲苯磺酸钠的含量范围的上限可以为0.6mol/L、0.5mol/L。第一电解液中各组分之间的含量配比关系，本领域技术人员可根据实际需要进行选择，只要满足上述各组分的含量范围即可，本申请不做具体限定。第一电解液的制备方法为：将对甲苯磺酸钠和吡咯单体加入到去离子水中，超声震动10min～30min至完全溶解并混合均匀，即得到含有吡咯单体的第一电解液。具体地，步骤b)制备聚吡咯层为：将步骤a)中制备的带有锡锑氧化物底层的钛网基体作为阳极，等面积的金属板作为阴极，在溶有对甲苯磺酸钠及吡咯单体的第一电解液中电聚合制备聚吡咯中间层。可选地，电极间距是1cm～4cm，电流密度是1mA/cm2～20mA/cm2，温度在20℃～45℃，聚合时间是5min～30min，电聚合结束后用去离子水将带有聚吡咯中间层的钛网洗净。优选地，电极间距是2cm～3cm，电流密度是5mA/cm2～10mA/cm2，温度在20℃～30℃，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含有聚吡咯层的铈掺杂二氧化铅电极，其特征在于，包括钛网基体、沉积在钛网基体上的锡锑氧化物层、沉积在锡锑氧化物层上的聚吡咯层以及沉积在聚吡咯层上的铈掺杂二氧化铅活性层。/n

【技术特征摘要】
1.一种含有聚吡咯层的铈掺杂二氧化铅电极，其特征在于，包括钛网基体、沉积在钛网基体上的锡锑氧化物层、沉积在锡锑氧化物层上的聚吡咯层以及沉积在聚吡咯层上的铈掺杂二氧化铅活性层。


2.一种制备权利要求1所述的含有聚吡咯层的铈掺杂二氧化铅电极的方法，其特征在于，至少包括步骤：
a)在钛网基体上制备锡锑氧化物层；
b)制备聚吡咯层：将步骤a)中制备的含有锡锑氧化物层的钛网基体作为阳极，在含有吡咯单体的第一电解液中通过电化学聚合方法制备聚吡咯层；
c)制备铈掺杂二氧化铅活性层：将步骤b)中制备的含有聚吡咯层的钛网基体作为阳极，在酸性含铅元素和铈元素的第二电解液中通过电沉积方法制备铈掺杂二氧化铅活性层。


3.根据权利要求2所述的含有聚吡咯层的铈掺杂二氧化铅电极的制备方法，其特征在于，步骤a)包括：将含有锡元素和锑元素的涂敷液涂敷在钛网基体上，经焙烧，得到沉积在钛网基体上的锡锑氧化物层；
优选地，含有锡元素和锑元素的涂敷液为含有四氯化锡和三氯化锑的混合液，其中，四氯化锡和三氯化锑的质量比为4：1～16：1。


4.根据权利要求2所述的含有聚吡咯层的铈掺杂二氧化铅电极的制备方法，其特征在于，步骤b)中的含有吡咯单体的第一电解液为包含吡咯单体0.05～1mol/L、对甲苯磺酸钠0.1～0.6mol/L的混合液。


5.根据权利要求2所述的含有聚吡咯层的铈掺杂二氧化铅电极的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙承林，谭向东，卫皇曌，靳承煜，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21