一种自产氧化剂的电极及其制备方法和应用技术

一种自产氧化剂的电极及其制备方法和应用，首先用Ti片通过溶胶凝胶法制得Ti/Sn

【技术实现步骤摘要】
一种自产氧化剂的电极及其制备方法和应用
[0001]

[0002]本专利技术属于环境污染处理领域，具体涉及一种自产氧化剂的电极及其制备方法和应用。
[0003]
技术介绍

[0004]随着发展中国家的快速发展，越来越多的重金属和有机化合物等污染物进入到水中。蒽通常被用作发光材料、制作染料、杀虫剂、杀菌剂、除草剂、阻凝剂等，在使用过程或排放后会存在于水体中，从而对水体造成污染。
[0005]高级氧化技术（AOPs）是处理难降解有机废水最高效方法之一，其核心是通过向废水中输入能量光能、电能、热能或氧化剂（H2O2，Na2S2O8，O3）等，经过一系列反应过程后，原位生产具有强氧化能力的羟基自由基（OH
‑
）或硫酸根自由基（SO4·
‑
）等将废水中的有机污染物氧化成CO2，H2O等其他物质。电催化高级氧化（EAOPs）在低电压的条件下能够在阳极表面发生水氧化催化反应产生具有强氧化能力的HO
‑
或直接在阳极表面通过失去电子实现污染物氧化降解，与传统AOPs相比较，EAOPs可表现出诸多的优势：无需加入外源氧化剂即可原位产生HO
‑
，常温常压下即可运行，氧化时间短，操作便捷等优点。
[0006]近些年来，由于PbO2阳极具有电催化活性好、制作工艺成熟、高稳定性和耐腐蚀性好等优点，故对PbO2阳极的研究越来越多。目前大多数通过将Ti作为基板和将掺Sb的SnO2（Sb
‑
SnO
x
）作为中间层来增加PbO2活性表层的稳定性和使用寿命，且通过掺入Ce、Bi、Fe、Cu、F等金属元素或非金属元素来改变电极的电催化活性。
[0007]针对以上改性二氧化铅电极，仅通过原为生成OH
‑
等活性氧基团来氧化有机污染物。相对于稀土金属来说，Mn具有易获得的优势，且通过研究表明，Mn的掺入能够增加体系中MnO4‑
的浓度，而MnO4‑
能够增加污染物的去除速率。但是目前鲜有用Mn掺入PbO2的改性电极报道，上述电极的改性有待进一步开发。
[0008]
技术实现思路

[0009]解决的技术问题：本专利技术的一种自产氧化剂的电极及其制备方法和应用，无需外源氧化剂，利用Ti/Sn
‑
SbO
x
/Mn
‑
PbO2阳极中Mn失去电子产生MnO4‑
和PbO2阳极表面电解水生成的
·
OH来氧化有机污染物，电极制备方法简单、操作便捷、工艺流程简单、污染物蒽的降解率高、电极耐腐蚀性好，降解效率比普通的Ti/Sn
‑
SbO
x
/PbO2电极高，120 min后蒽的降解率达到91.28%，并且较宽的pH的条件下降解效率仍能够达到70%以上。
[0010]技术方案：一种自产氧化剂的电极的制备方法，首先用Ti片通过溶胶凝胶法制得Ti/Sn
‑
SbO
x
，采用电沉积法在Ti/Sn
‑
SbO
x
表面制备α
‑
PbO2层，然后采用直流电沉积法将Mn掺入PbO2电镀到α
‑
PbO2层制得Ti/Sn
‑
SbO
x
/Mn
‑
PbO2电极。
[0011]优选的，具体步骤为：步骤1，首先将钛片依次在质量分数为20%丙酮、无水乙醇中超声清洗20 min，再放入15
‑
20wt.% HCl侵蚀10
‑
20 min，侵蚀的温度为85
‑
90 ℃，得Ti基板；步骤2，先将步骤1制得的Ti基板表面涂覆SnCl4·
4H2O与SbCl3的醇溶液，所述醇溶液中乙二醇:SnCl4·
4H2O:SbCl3的摩尔投料比为30:9:1，再将电极于130
‑
150 ℃下干燥10 min和450
‑
550 ℃下加热30 min，重复涂覆干燥并加热10轮，最后一次在500 ℃下退火2 h制得Ti/Sn
‑
SbO
x
电极；步骤3，将步骤2制得的Ti/Sn
‑
SbO
x
电极作为阳极，Ti片作为阴极，40 ℃下放入在碱性电解液中电沉积，其中碱性电解液组成为：NaOH=120
‑
150 g/L、PbO=20
‑
30 g/L、K2CrO4=5
‑
15 g/L，电沉积的电流密度为2
‑
4 mA/cm2，电沉积时间50
‑
60 min，电沉积过程始终进行搅拌，电沉积结束后用去离子水清洗，并在室温下干燥；步骤4，将步骤3所制电极作为阳极，Ti片作为阴极，放入100mL酸性电镀液中，其中电镀液组成为：Pb(NO3)2＝0.45
‑
0.55 mol/L、HNO3＝0.1
‑
0.12 mol/L、NaF＝0.03
‑
0.05 mol/L和Mn(NO3)2=2
‑
5 mM；采用直流电沉积，电沉积参数分别为电流密度15
‑
25 mA/cm2，控制温度为55
‑
60℃，沉积时间为40
‑
60min，得到Ti/Sn
‑
SbO
x
/Mn
‑
PbO2电极。
[0012]进一步优选的，具体步骤为：步骤1，首先将钛片依次在质量分数为20%丙酮、无水乙醇中超声清洗20 min，再放入18wt.% HCl侵蚀15 min，侵蚀的温度为85 ℃，得Ti基板；步骤2，先将步骤1制得的Ti基板表面涂覆SnCl4·
4H2O与SbCl3的醇溶液，所述醇溶液中乙二醇:SnCl4·
4H2O:SbCl3的摩尔投料比为30:9:1，再将电极于140 ℃下干燥10 min和500 ℃下加热30 min，重复涂覆干燥并加热10轮，最后一次在500 ℃下退火2 h制得Ti/Sn
‑
SbO
x
电极；步骤3，将步骤2制得的Ti/Sn
‑
SbO
x
电极作为阳极，Ti片作为阴极，40 ℃下放入在碱性电解液中电沉积，其中碱性电解液组成为：NaOH=140 g/L、PbO=22.32 g/L、K2CrO4=10 g/L，电沉积的电流密度为2 mA/cm2，电沉积时间60 min，电沉积过程始终进行搅拌，电沉积结束后用去离子水清洗，并在室温下干燥；步骤4，将步骤3所制电极作为阳极，Ti片作为阴极，放入100mL酸性电镀液中，其中电镀液组成为：Pb(NO3)2＝0.5 mol/L、HNO3＝0.1 mol/L、NaF＝0.04 mol/L和Mn(NO3)2=3 mM；采用直流电沉积，电沉积参数分别为电流密度20 mA/cm2，控制温度为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自产氧化剂的电极的制备方法，其特征在于，首先用Ti片通过溶胶凝胶法制得Ti/Sn
‑
SbO
x
，采用电沉积法在Ti/Sn
‑
SbO
x
表面制备α
‑
PbO2层，然后采用直流电沉积法将Mn掺入PbO2电镀到α
‑
PbO2层制得Ti/Sn
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SbO
x
/Mn
‑
PbO2电极。2.根据权利要求1所述自产氧化剂的电极的制备方法，其特征在于，具体步骤为：步骤1，首先将钛片依次在质量分数为20%丙酮、无水乙醇中超声清洗20 min，再放入15
‑
20wt.% HCl侵蚀10
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20 min，侵蚀的温度为85
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90 ℃，得Ti基板；步骤2，先将步骤1制得的Ti基板表面涂覆SnCl4·
4H2O与SbCl3的醇溶液，所述醇溶液中乙二醇:SnCl4·
4H2O:SbCl3的摩尔投料比为30:9:1，再将电极于130
‑
150 ℃下干燥10 min和450
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550 ℃下加热30 min，重复涂覆干燥并加热10轮，最后一次在500 ℃下退火2 h制得Ti/Sn
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SbO
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电极；步骤3，将步骤2制得的Ti/Sn
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SbO
x
电极作为阳极，Ti片作为阴极，40 ℃下放入在碱性电解液中电沉积，其中碱性电解液组成为：NaOH=120
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150 g/L、PbO=20
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30 g/L、K2CrO4=5
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15 g/L，电沉积的电流密度为2
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4 mA/cm2，电沉积时间50
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60 min，电沉积过程始终进行搅拌，电沉积结束后用去离子水清洗，并在室温下干燥；步骤4，将步骤3所制电极作为阳极，Ti片作为阴极，放入100mL酸性电镀液中，其中电镀液组成为：Pb(NO3)2＝0.45
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0.55 mol/L、HNO3＝0.1
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0.12 mol/L、NaF＝0.03
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0.05 mol/L和Mn(NO3)2=2
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5 mM；采用直流电沉积，电沉积参数分别为电流密度15
‑
25 mA/cm2，控制温度为55
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：周进进，仓龙，郝秀珍，高娟，
申请(专利权)人：中国科学院南京土壤研究所，
类型：发明
国别省市：