一种高催化稳定的电解次氯酸钠复合阴极及其制备方法技术

本发明专利技术涉及电化学相关技术领域，公开了一种高催化稳定的电解次氯酸钠复合阴极及其制备方法，自内向外依次为电极基体、中间层、抗逆层和电催化功能层，其中，所述电极基体的材质为金属钛；中间层的材质为TiO2‑

【技术实现步骤摘要】
一种高催化稳定的电解次氯酸钠复合阴极及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电化学相关
，涉及一种高催化稳定的电解次氯酸钠复合阴极及其制备方法，主要应用于水处理消毒。

技术介绍

[0002]这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
[0003]无膜法次氯酸钠发生器是将低浓度盐水电解形成次氯酸钠溶液，因其原料采购方便，操作简单安全，目前在自来水消毒、污水处理等领域得到广泛应用。主反应过程可用以下方程式来表示：阳极：2Cl
−
‑
2e =Cl2ꢀ↑
；阴极：2H2O+2e=H2↑
+2OH
−
；极间：Cl2+H2O =HCl+HClO；HClO+NaOH=NaClO+H2O；总反应：NaCl+H2O
→ꢀ
NaClO+H2↑
。
[0004]由上述反应式可知，电极是发生器的关键，是消毒剂发生的场所，电极性能决定整机性能。目前国内无膜法次氯酸钠发生器阳极均为钌铱系涂层的钛阳极，阴极多为纯钛阴极。专利技术人发现纯钛阴极具有一定的弊端：（1）一定条件下提高电流密度可降低设备贵金属使用量，降低整个设备成本。但纯钛阴极具有较高的析氢过电位，随着电流密度提高，析氢过电位增大，导致电耗增大，电解槽发热量变大，次氯酸钠分解加快。
[0005]（2）ClO
−
易往阴极扩散，在阴极发生如下副反应：ClO
− + H2O + 2e
ꢀ→ꢀ
Cl
− + 2OH
−
，导致盐的利用率低，盐耗增大。
[0006]（3）纯钛阴极会发生氢脆腐蚀，导致电极板穿孔或变薄，出现安全隐患，目前国内大部分板厚为2mm，导致设备整体重量较大，不利于加工组装。
[0007]（4）无膜法次氯酸钠发生器在运行过程中会结垢，导致电解效率降低，阴阳极倒换除垢技术因其绿色环保越来越受到重视，倒极除垢技术的关键是阴极部分，目前纯钛阴极无法应用倒极技术，也有少部分厂家使用涂层相同的阴阳极来进行倒极除垢，但因运行电流密度低，设备成本非常高。
[0008]由上述可知，阴极部分对于无膜法次氯酸钠发生器整体性能也很关键。而阴极涂层使用的过程中主要面临的问题是频繁开关机导致抗逆电流和氧化性能差，涂层易脱落等问题，导致阴极寿命不长。

技术实现思路

[0009]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种高催化稳定的电解次氯酸钠复合阴极及其制备方法。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本专利技术提供一种高催化稳定的电解次氯酸钠复合阴极，自内向外依次为电极基体、中间层、抗逆层和电催化功能层，其中，所述电极基体的材质为金属钛；中间层的材质为TiO2‑
NTs阵列；抗逆层为稀土储氢层，其中储氢层的成分为MmNi5型稀土合金粉，Mm是La、Ce、Nd中的一种、两种或三种；电催化功能层为非晶态纯氧化钌涂层。
[0011]第二方面，本专利技术提供所述高催化稳定的电解次氯酸钠复合阴极的制备方法，包括如下步骤：采用阳极氧化法在钛基底表面定向原位生成TiO2‑
NTs 阵列中间层；将稀土合金粉末按比例混合后，与粘结剂混合均匀，制成浆料；将浆料涂刷在中间层上，烘干后得到浆料层，后用激光束对浆料层进行连续扫描，使浆料层固化，然后清洗未固化的多余浆料，最终得到抗逆层；采用热氧化分解法在抗逆层表面制备非晶态纯氧化钌涂层。
[0012]上述本专利技术的一种或多种实施例取得的有益效果如下：在纯钛基材上定向原位生成TiO2‑
NTs 阵列中间层，TiO2‑
NTs 阵列具有独特的管束结构，这种特殊的结构不仅提高了电极的比表面积，同时提高了催化剂的负载量和结合性，电极稳定性极大的提高。
[0013]引入了抗逆层，该抗逆层具有储氢功能，当断电时抗逆层吸附的氢原子会消耗断电产生的反电流，避免造成电催化功能层被氧化，极大地提高了阴极部分的抗逆电流和氧化性。
[0014]非晶态纯钌电催化功能层具有较高的析氢活性，极大地降低了析氢过电位。
[0015]高催化稳定的电解次氯酸钠复合钛阴极降低析氢腐蚀，减少电极板厚度，使设备轻量化提高组装加工效率。
附图说明
[0016]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0017]图1是本专利技术高催化稳定的电解次氯酸钠复合阴极结构图；图2是本专利技术实施例1
‑
3制备得到的复合阴极的析氢过电位测试图；图3是本专利技术实施例1
‑
3制备得到的复合阴极的抗逆电流测试图。
[0018]图中，1、电极基体，2、中间层，3、抗逆层，4、电催化功能层。
具体实施方式
[0019]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0020]第一方面，本专利技术提供一种高催化稳定的电解次氯酸钠复合阴极，自内向外依次为电极基体、中间层、抗逆层和电催化功能层，其中，
所述电极基体的材质为金属钛；中间层的材质为TiO2‑
NTs 阵列；抗逆层为稀土储氢层，其中储氢层的成分为MmNi5型稀土合金粉，其中Mm是La、Ce、Nd中的一种、两种或三种；电催化功能层为非晶态纯氧化钌涂层。
[0021]在一些实施例中，电极基体中，钛金属含量95%
‑
99%，%为质量百分数。
[0022]在一些实施例中，中间层的厚度为5
‑
10μm之间。
[0023]在一些实施例中，抗逆层的厚度为5
‑
20μm之间。
[0024]在一些实施例中，电催化功能层的厚度为0.5
‑
25μm。
[0025]第二方面，本专利技术提供所述高催化稳定的电解次氯酸钠复合阴极的制备方法，包括如下步骤：采用阳极氧化法在钛基底表面定向原位生成TiO2‑
NTs 阵列中间层；将稀土合金粉末按比例混合后，与粘结剂混合均匀，制成浆料；将浆料涂刷在中间层上，烘干后得到浆料层，后用激光束对浆料层进行连续扫描，使浆料层固化，然后清洗未固化的多余浆料，最终得到抗逆层；采用热氧化分解法在抗逆层表面制备非晶态纯氧化钌涂层。
[0026]在一些实施例中，采用阳极氧化法在钛基底表面定向原位生成TiO2‑
NTs 阵列中间层，具体步骤为：（1）基材预处理：将钛基材依次经过机械打磨、除油脂、超声清洗、草酸溶液浸泡和水清洗的步骤进行预处理；（2）TiO2‑
NTs 阵列中间层制备：以预处理过的钛基材为阳极，不锈钢为阴极，在氟化铵和丙三醇的混合溶液中进行电解氧化，通过氧化电压和氧化时间进行调控，其中氧化电压为15
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高催化稳定的电解次氯酸钠复合阴极，其特征在于：自内向外依次为电极基体、中间层、抗逆层和电催化功能层，其中，所述电极基体的材质为金属钛；中间层的材质为TiO2‑
NTs 阵列；抗逆层为稀土储氢层，其中储氢层的成分为MmNi5型稀土合金粉，其中Mm是La、Ce、Nd中的一种、两种或三种；电催化功能层为非晶态纯氧化钌涂层。2.根据权利要求1所述的高催化稳定的电解次氯酸钠复合阴极，其特征在于：电极基体中，钛金属含量95%
‑
99%，%为质量百分数。3.根据权利要求1所述的高催化稳定的电解次氯酸钠复合阴极，其特征在于：中间层的厚度为5
‑
10μm之间；抗逆层的厚度为5
‑
20μm之间；电催化功能层的厚度为0.5
‑
25μm。4.权利要求1
‑
3任一所述高催化稳定的电解次氯酸钠复合阴极的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：采用阳极氧化法在钛基底表面定向原位生成TiO2‑
NTs 阵列中间层；将稀土合金粉末按比例混合后，与粘结剂混合均匀，制成浆料；将浆料涂刷在中间层上，烘干后得到浆料层，后用激光束对浆料层进行连续扫描，使浆料层固化，然后清洗未固化的多余浆料，最终得到抗逆层；采用热氧化分解法在抗逆层表面制备非晶态纯氧化钌涂层。5.根据权利要求4所述的高催化稳定的电解次氯酸钠复合阴极的制备方法，其特征在于：采用阳极氧化法在钛基底表面定向原位生成TiO2‑
NTs 阵列中间层，具体步骤为：（1）基材预处理：将钛基材依次经过机械打磨、除油脂、超声清洗、草酸溶液浸泡和水清洗的步骤进行预处理；（2）TiO2‑
NTs 阵列中间层制备：以预处理过的钛基材为阳极，不锈钢为阴极，在氟化铵和丙三醇的混合溶液中进行电解氧化，通过氧化电压和氧化时间进行调控，其中氧化电压为15
‑
25V之间，氧化时间为1
‑
5h；电解氧化完毕后进行超声清洗、干燥、退火，最终得到TiO2‑
NTs 阵列中间层。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：张延峰，金显旺，王恒志，曲莹，范振奇，王鑫，
申请(专利权)人：山东华特环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：