一种有机污染物降解用复合氧化物涂层电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种有机污染物降解用复合氧化物涂层电极，由钛基体、钛钽氧化物中间层和锑掺杂氧化锡活性涂层构成；按总质量百分比为100％计，所述钛钽氧化物中间层组分含量为氧化钛：45.77％～85.29％；氧化钽为12.71％～54.23％；按总质量百分比为100％计，所述锑掺杂氧化锡活性涂层组分含量为氧化锡：84.08％～94.65％；氧化锑为5.35％～15.92％。本发明专利技术电极成本低，显著改善了现有氧化锡涂层电极的电催化性能和稳定性，解决了现有氧化锡涂层电极成本高、电催化降解活性和稳定性不足的技术问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种有机污染物降解用复合氧化物涂层电极及其制备方法

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[0001]本专利技术涉及一种有机污染物降解用复合氧化物涂层电极及其制备方法。

技术介绍
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[0002]氧化锡涂层电极是一种在钛基体涂覆或者电沉积氧化锡活性涂层而制成的电极。氧化锡涂层电极对有机污染物有较优的催化降解性能，可直接将有机污染物氧化为二氧化碳和水，在有机废水处理领域有良好的应用前景。目前典型的氧化锡涂层电极为锑掺杂氧化锡涂层电极(Ti/SnO2‑
Sb)。对于难降解有机污染物，锡锑氧化物涂层电极的电催化降解活性仍存在不足。目前，一般采取掺杂的方式来改善氧化锡涂层电极的电催化活性，比如在涂层中掺入碳纳米管、稀土元素、贵金属元素等。采用碳纳米管、稀土元素等方法掺杂，可一定程度上改善电极催化活性和稳定性，而贵金属元素掺杂则增加涂层成本，降低涂层电极的析氧过电位，从而降低有机污染物的降解效率。因此，低成本高催化活性氧化锡涂层电极的制备与应用研究具有较为重要的意义。

技术实现思路
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[0003]本专利技术的目的是提供一种有机污染物降解用复合氧化物涂层电极及其制备方法，解决了现有氧化锡涂层电极成本高、电催化降解活性和稳定性不足的技术问题。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：
[0005]一种有机污染物降解用复合氧化物涂层电极，由钛基体、钛钽氧化物中间层和锑掺杂氧化锡活性涂层构成；按总质量百分比为100％计，所述钛钽氧化物中间层组分含量为氧化钛：45.77％～85.29％；氧化钽为12.71％～54.23％；按总质量百分比为100％计，所述锑掺杂氧化锡活性涂层组分含量为氧化锡：84.08％～94.65％；氧化锑为5.35％～15.92％。
[0006]所述的钛钽氧化物中间层，一方面起防止钛基体钝化和提高钛基体耐蚀的作用；另一方面，钛钽氧化物中间层为其上部的锑掺杂氧化锡活性涂层提供高稳定性、高比表面的载体，可实现锑掺杂氧化锡活性成分的高度分散，增加锑掺杂氧化锡活性位点。钛钽氧化物中间层的成分为TiO2、Ta2O5。
[0007]所述的钛钽氧化物中间层的厚度为0.5～5μm。
[0008]所述的锑掺杂氧化锡活性涂层，起催化降解有机污染物的作用。
[0009]所述的锑掺杂氧化锡活性涂层，具有多孔隙、高比表面积特征，其表面粗糙度系数为3500～5000。
[0010]所述的锑掺杂氧化锡活性涂层的厚度为5～25μm。
[0011]本专利技术所述的复合氧化物涂层电极的制备方法包括以下步骤：
[0012]①
用质量分数为5％～10％的草酸溶液在85～95℃下蚀刻钛材2～3h，水洗后在110～130℃下烘干5～20min得到清洁的钛基体；
[0013]②
将钛钽涂液均匀涂覆在清洁的钛基体上，在100～120℃下固化10～15min，然后
450～500℃下热氧化分解10～15min，空冷；所述的钛钽涂液，按金属摩尔比为100％计，钛前驱体：70％～95％，钽前驱体：5％～30％；另外，在涂液中加入盐酸，其质量分数为0.1％；所用溶剂为乙醇和正丁醇；涂覆时，涂液浓度大，涂覆次数少；浓度小，涂覆次数多，操作中灵活使用；
[0014]③
重复步骤
②
1～6次，在470～500℃下，空气气氛中，热处理0.5h，制得钛钽氧化物中间涂层；
[0015]④
将锡锑涂液均匀涂覆在步骤
③
制备的钛钽氧化物中间涂层上，在100～120℃下固化10～15min，然后450～480℃下热氧化分解10～15min，空冷；所述的锡锑涂液，按金属摩尔比为100％计，锡前驱体：85％～95％，锑前驱体：5％～15％；另外，在涂液中加入盐酸，其质量分数为0.1％；所用溶剂为乙醇和正丁醇；
[0016]⑤
重复步骤
④
涂覆、固化、热氧化分解、空冷4～20次；
[0017]⑥
在480～500℃下，空气气氛中，热处理1h，制得锑掺杂氧化锡活性涂层；
[0018]⑦
在输出功率300～600W下，Ar等离子体气氛中，对锑掺杂氧化锡活性涂层表面改性处理0.5～30min，制得复合氧化物涂层电极。
[0019]所述的钛前驱体是钛金属源物质，为钛酸丁酯、三氯化钛中的一种。
[0020]所述的钽前驱体是钽金属源物质，为氯化钽、五正丁氧基钽中的一种。
[0021]所述的盐酸为金属水解抑制剂，用以保持涂液的均匀、澄清。
[0022]所述的锡前驱体是锡金属源物质，为氯化亚锡、烷氧基锡中的一种。
[0023]所述的锑前驱体是锑金属源物质，为氯化锑、烷氧基锑中的一种。
[0024]涂覆可以采用刷涂、浸涂方式。选用刷涂时，用力适度，横向和纵向刷涂交替进行，以保证涂层的均匀性。采用浸涂时，提拉速度为1～30μm/s。考虑到操作简单和制备效率，涂覆优选浸涂方式。
[0025]所述的固化是在热力的作用下去除有机溶剂，将前驱物附着在钛基体或涂层上。当温度高于120℃时，溶剂挥发过快，会影响涂层的结合力，一般选择100～120℃进行干燥固化。
[0026]热氧化分解是将金属前驱体转变为金属氧化物，沉积在基体或载体的表面形成涂层。制备钛钽氧化物过程中，当温度低于450℃时，金属前驱体氧化分解不彻底。当高于500℃时，钛材会发生明显氧化，因此理想的热分解温度为450～500℃。制备锑掺杂氧化锡涂层过程中，理想的热分解温度为450～480℃。
[0027]热处理是消除涂层中的内应力，提高涂层的稳定性。制备钛钽氧化物涂层过程中，热处理温度高于520℃时，钛材会发生严重氧化，因此理想的热处理温度为470～500℃。制备锑掺杂氧化锡涂层过程中，理想的热处理温度为480～500℃。
[0028]氩等离子体表面改性是对锑掺杂氧化锡活性涂层进行清洁，提高活性涂层的表面粗糙度，引入缺陷，产生更多的活性位点，改善涂层的电催化降解性能。为方便实施，提高处理效率，优选射流型氩等离子体处理。处理时间一般取决于锑掺杂氧化锡涂层的厚度，优选1～5min。
[0029]本专利技术的有益效果如下：
[0030]1)所述的钛钽氧化物中间层，一方面起防止钛基体钝化和提高钛基体耐蚀的作用；另一方面，钛钽氧化物中间层为其上部的锑掺杂氧化锡活性涂层提供高稳定性、高比表
面的载体，可实现锑掺杂氧化锡活性成分的高度分散，增加锑掺杂氧化锡活性位点，对难降解有机污染物有良好的电催化降解性能，在酸性溶液性有较高的稳定性。
[0031]2)本专利技术成本低，其制备方法对环境比较友好，为清洁方法，易于实现涂层成分的调控，工艺简单，适合规模化生产。
[0032]总之，本专利技术成本低，显著改善了现有氧化锡涂层电极的电催化性能和稳定性，解决了现有氧化锡涂层电极成本高、电催化降解活性和稳定性不足的技术问题。
具体实施方式：
[0033]以下是对本专利技术的进一步说明，而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机污染物降解用复合氧化物涂层电极，其特征在于，由钛基体、钛钽氧化物中间层和锑掺杂氧化锡活性涂层构成；按总质量百分比为100％计，所述钛钽氧化物中间层组分含量为氧化钛：45.77％～85.29％；氧化钽为12.71％～54.23％；按总质量百分比为100％计，所述锑掺杂氧化锡活性涂层组分含量为氧化锡：84.08％～94.65％；氧化锑为5.35％～15.92％。2.根据权利要求1所述有机污染物降解用复合氧化物涂层电极，其特征在于，所述的钛钽氧化物中间层的厚度为0.5～5μm。3.根据权利要求1所述有机污染物降解用复合氧化物涂层电极，其特征在于，所述的锑掺杂氧化锡活性涂层表面粗糙度系数为3500～5000。4.根据权利要求1所述有机污染物降解用复合氧化物涂层电极，其特征在于，所述的锑掺杂氧化锡活性涂层的厚度为5～25μm。5.权利要求1所述的复合氧化物涂层电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
①
用质量分数为5％～10％的草酸溶液在85～95℃下蚀刻钛材2～3h，水洗后在110～130℃下烘干5～20min得到清洁的钛基体；
②
将钛钽涂液均匀涂覆在清洁的钛基体上，在100～120℃下固化10～15min，然后450～500℃下热氧化分解10～15min，空冷；所述的钛钽涂液，按金属摩尔比为100％计，钛前驱体：70％～95％，钽前驱体：5％～30％，另外，在涂液中加入盐酸，其质量分数为0.1％；所用溶剂为乙醇和正丁醇；涂覆时，涂液浓度大，涂覆次数少；浓度小，涂覆次数多；
③
重复步骤
②
1～6次，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋玉思，陶进长，邵彩茹，曹洪杨，
申请(专利权)人：广东省科学院资源利用与稀土开发研究所，
类型：发明
国别省市：