粒子电共沉积制备碳纳米管改性二氧化锰电极的方法和应用技术

本申请公开了粒子电共沉积制备碳纳米管改性二氧化锰电极的方法和应用。该碳纳米管改性的二氧化锰电极由内向外依次包括基体、锡锑金属氧化物底层和改性的二氧化锰活性层；其中，在所述改性二氧化锰活性层中，包括经碳纳米管改性的二氧化锰。本发明专利技术所提供的碳纳米管改性的二氧化锰电极，其中氧化物底层，能够有效避免基底其钝化，一定程度上增加了电极的使用寿命；碳纳米管引入二氧化锰活性层，显著提高电极的比表面积、吸附性能、稳定性，增加了电极的寿命，同时增加了电极表面的活性位点，提高电极的降解有机废水的能力。高电极的降解有机废水的能力。

【技术实现步骤摘要】
粒子电共沉积制备碳纳米管改性二氧化锰电极的方法和应用


[0001]本申请涉及粒子电共沉积制备碳纳米管改性二氧化锰电极的方法和应用，属于电化学


技术介绍

[0002]近年来，随着环保法的日益严重及人民环保意识的不断增强，水环境污染问题受到了越来越多的关注。相比于吸附等水处理手段，高级氧化技术具有高效、快捷、方便、绿色、无污染等优点，这也使得其在众多废水处理技术中脱颖而出。其中，电催化氧化技术作为高级氧化技术的一种，它可以原位电产生高反应活性的羟基自由基，且反应过程中无需添加化学药剂，安全高效，已成为水处理技术的研究热点。该技术的核心在于阳极材料，近几年来，许多学者致力于研发高催化活性且稳定的电极材料的研发。其中，二氧化锰电极由于其具有导电性好、氧化能力强、析氧电位高、制备方法简单等优点受到了广泛关注，但是二氧化锰电极也会存在一些问题，如较小的比表面积等严重地限制了其降解效率及电流效率。
[0003]碳纳米管具有高比面积且导电性好的优点，因此，近年来许多学者致力将其致力于电极催化活性的改性上面。例如Xiaoyue Duan等人（Xiaoyue Duan, Jiarun Li, Wei Liu, et al）通过碳纳米管对二氧化铅电极改性，获得的电极具有更大的活性表面积及更优异的4
‑
氯酚降解能力；Fengping Hu等人（Hu F, Cui X, Chen W. Pulse Electro
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codeposition of Ti/SiO2‑
Sb2O4‑r/>CNT Electrode for Phenol Oxidation [J]. Electrochemical and Solid
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State Letters, 2010,13(9): F20）将碳纳米管成功地负载到二氧化铅电极上制备出高寿命的碳纳米管改性二氧化铅电极，其电极寿命是未掺杂碳纳米管的8.8倍；专利CN105110425A提供了一种碳纳米管改性的二氧化铅电极的制备方法，该电极具有独特的电催化性能、巨大的比表面积、较长的使用寿命等优点；专利CN103508517A提供了一种碳纳米管修饰的钛基含氟二氧化铅电极及其制备方法，该方法具有催化活性高、电极的使用寿命长、操作简单方便等优点。
[0004]因此，通过碳纳米管对电极进行改性能够很好的增加其降解有机物的能力和使用寿命。

技术实现思路

[0005]根据本申请的一个方面，提供了一种碳纳米管改性的二氧化锰电极，该二氧化锰电极的比表面积大、电催化氧化活性高、使用寿命长。
[0006]一种碳纳米管改性的二氧化锰电极，所述二氧化锰电极由内向外依次包括基体、金属氧化物底层和改性二氧化锰活性层；其中，在所述改性二氧化锰活性层中，包括经碳纳米管改性的二氧化锰，即碳纳米管以掺杂的方式进入二氧化锰活性层中。
[0007]具体地，本申请中基体可以为钛基体、不锈钢基体中的任一种。
[0008]所述基体可以为板状或者网状。
[0009]可选地，在所述改性二氧化锰活性层中，所述碳纳米管的含量为0.1wt%~3wt%。
[0010]根据本申请的另一方面，还提供了一种碳纳米管改性的二氧化锰电极的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：S100、获得改性所需碳纳米管；S200、在基体表面上制备金属氧化物底层；S300、在所述金属氧化物底层上制备改性二氧化锰活性层，得到所述二氧化锰电极。
[0011]可选地，在进行S100之前还包括对基体进行预处理。
[0012]对基板的预处理包括：将基体放入含有酮和碱的溶液中，超声，之后在高温条件下在酸溶液中刻蚀，清洗，放入酸保存液中保存，待用。对基板进行预处理，可以具有增加电沉积面积，增大基底与活性层的结合力的效果。
[0013]下面以钛基体为例，介绍基体的处理方式：钛基体的预处理，钛基体可以为钛板或钛网，将加工好的钛基体，依次用不同目数的砂纸打磨，用去离子水洗净；将打磨好的钛基体放入丙酮和0.5 mol
·
L
−
1 NaOH (v/v=1:2~1:4)溶液中超声处理5min~20min，再置于去离子水中超声5min~20min；之后将钛基体置于80
º
C~90
º
C的10~15%（质量分数）草酸刻蚀液中刻蚀0.5h~1h，然后用大量的去离子水清洗刻蚀之后的镍基体，再放入0.1%~2%（质量分数）的草酸保存液中保存待用。
[0014]可选地，在步骤S100中，在基体表面上制备锡锑金属氧化物底层。
[0015]下面介绍具体的金属氧化物底层的制备方法：将锡锑元素盐类化合物溶于浓盐酸和异丙醇混合溶液中制成涂覆液，将涂覆液均匀涂覆于处理后的钛基体表面上，在烘箱内100
º
C~150
º
C烘干5 min~10min，再将烘干的镍基体置于马弗炉中550
º
C~750
º
C焙烧50 min~10min，如此重复8次~14次，最后一次在马弗炉中的焙烧时间为2h~8h，自然冷却至室温。
[0016]本申请中的碳纳米管可以购买或者制备。
[0017]下面介绍碳纳米管的制备方法，以金属镍以及活性炭为例：将2.0g~4.0g活性炭粉末于10mL~15mL硝酸镍水溶液中超声条件下搅拌1h~2h。
[0018]可选地，将上述样品放入60
º
C~90
º
C和
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0.2MPa~
‑
0.1 MPa 的真空烘箱中5h~10 h烘干。
[0019]可选地，将烘干后获得的粉末与6g~10g三聚氰胺研磨，直到没有明显的白色颗粒。
[0020]将充分混合的粉末在N2环境下于400
º
C~500
º
C焙烧1h~2h，以获得还原的Ni纳米颗粒，然后在800
º
C~1000
º
C下进一步焙烧，以获得碳纳米管初生结构。
[0021]将初生碳纳米管进行酸洗0.5mol/L~1.0mol/L硝酸酸洗4h~6h，以去除纳米管上的表面钴纳米颗粒。
[0022]在150 mL1.0mol/L~2.0mol/L硝酸溶液中100
º
C ~140
º
C，0.5 MPa（N2）的条件下处理样品4h~8h以进一步去除残留的表面钴纳米颗粒或团簇。
[0023]紧接着将催化剂用去离子水洗涤至pH=7。将样品在60
º
C和
‑
0.1 MPa下干燥4h~8h以获得碳纳米管结构。
[0024]可选地，在所述步骤S300中，在含有碳纳米管和锰源的镀液中，在酸性条件下，进行电沉积，得到所述含碳纳米管的改性二氧化锰活性层。
[0025]可选地，所述锰源包括硝酸锰、硫酸锰，醋酸锰，氯化锰、磷酸锰中的至少一种。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.粒子电共沉积制备碳纳米管改性二氧化锰电极的方法和应用，其特征在于，所述二氧化锰电极由内向外依次包括基体、金属氧化物底层和改性二氧化锰活性层；其中，在所述改性二氧化锰活性层中，包括经碳纳米管改性的二氧化锰。2.根据权利要求1所述的二氧化锰电极，其特征在于，在所述改性二氧化锰活性层中，所述碳纳米管的含量为0.1wt%~3wt%。3.一种碳纳米管改性的二氧化锰电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：S100、获得改性所需碳纳米管；S200、在基体表面上制备锡锑金属氧化物底层；S300、在所述金属氧化物底层上制备改性二氧化锰活性层，得到所述二氧化锰电极。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S100中，所选碳源包括焦油炭、活性炭、马铃薯薯渣、碳椰壳炭中的至少一种。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S100中，所选碳纳米管活性金属包括Fe、Ni、Co中的至少一种。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S200中，所选基体包括钛基体、不锈钢基体中的至少一种。7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S300中，将含有碳纳米管...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱惠婷，杨方宗，杨杭福，
申请(专利权)人：杨方宗，
类型：发明
国别省市：