一种铈掺杂的二氧化铅电极制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种铈掺杂的二氧化铅电极制备方法及其应用，方法包括如下步骤：将钛板用砂纸打磨，然后超声清洗，在NaOH溶液中进行碱洗除油，随后浸入草酸溶液中酸蚀，取出用去离子水清洗干净，得到Ti基体；以Ti基体作为阳极，同等面积大小的钛板作为阴极，将一氧化铅溶解于NaOH溶液中作为电沉积液，制备得到α

【技术实现步骤摘要】
一种铈掺杂的二氧化铅电极制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于水处理
，特别涉及一种铈掺杂的二氧化铅电极制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]自1980年以来，电化学氧化(EO)一直被用作废水处理的有效技术，在EO过程中，电子在污染物和电极之间转移，阳极氧化降解有机污染物，在阴极上还原降解有机污染物。电化学氧化技术具有无二次污染、操作条件灵活、占地面积小、容易实现自动化、低成本和能够处理难生物降解的有毒有害有机物的优点。二氧化铅(PbO2)于1860年首次作为电极涂层进行研究，其早期应用总是受到电化学腐蚀的影响，导致Pb
2+
浸出而产生危害。在过去30年中，通过在惰性基底上电沉积制备稳定的二氧化铅层缓解了这一缺点。钛(Ti)因其成本低、可重复使用和导电性优良而在电解行业中很受欢迎。在钛上沉积活性层，如PbO2、SnO2、MnO2、IrO2和RuO2，以获得高稳定性和良好耐腐蚀性的电极，称为“形稳阳极”(DSA)，与RuO2(1.2V)和IrO2(1.05V)等传统DSA相比，PbO2涂层具有更高的氧化电位(1.9V)，这不仅减少了析氧引起的能耗，而且有利于提高电流效率。PbO2/Ti具有低成本、高稳定性和可重复使用的基质，在大规模应用中具有经济效益。在电极板材料中采用中间层加活性层有利于增强镀层与基体间的结合力，可以有效提高电极寿命，但目前缺乏此类电极板材料。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种铈掺杂的二氧化铅电极制备方法及其应用，旨在制备高效率、高稳定性、低成本的铈掺杂的二氧化铅电极，采用电沉积法制备，所得铈掺杂的二氧化铅电极由基体、中间层和活性层三部分构成；本专利技术制备的铈掺杂的二氧化铅电极适用于含盐酸四环素废水的处理。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0005]一方面，本专利技术提供了一种铈掺杂的二氧化铅电极制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0006]步骤S1，将钛(Ti)板用砂纸打磨，然后超声清洗，在NaOH溶液中进行碱洗除油，随后浸入草酸溶液中酸蚀，取出用去离子水清洗干净，得到Ti基体；
[0007]步骤S2，以步骤S1处理得到的Ti基体作为阳极，同等面积大小的钛板作为阴极，将一氧化铅溶解于NaOH溶液中作为电沉积液，制备得到沉积于所述Ti基体上的α
‑
PbO2中间层；
[0008]步骤S3，以步骤S2制备得到的有α
‑
PbO2中间层的极板作为阳极，同等面积大小的钛板作为阴极，以含有Pb(NO3)2、Cu(NO3)2、Ce(NO3)2和NaF混合溶液为电沉积液，制备得到沉积于所述α
‑
PbO2中间层上的β
‑
PbO2活性层，从而得到铈掺杂的二氧化铅电极。
[0009]作为优选，步骤S1中，在40％NaOH溶液中于85℃条件下进行碱洗除油，处理时间为0.5h。
[0010]作为优选，步骤S1中，在10％草酸溶液中于90℃条件下进行酸蚀，处理时间为2h。
[0011]作为优选，步骤S2中，将一氧化铅溶解于3.5mol/LNaOH溶液中至饱和制得中间层电沉积液。
[0012]作为优选，步骤S2中，在电流密度为10mA/cm2，于50℃条件下电沉积1.5h，制得α
‑
PbO2中间层。
[0013]作为优选，步骤S3中，配置120g/LPb(NO3)2、50g/LCu(NO3)2、10.8g/LCe(NO3)2和0.5g/LNaF制得活性层电沉积液。
[0014]作为优选，步骤S3中，在电流密度为20mA/cm2，60℃条件下电沉积2h，制得β
‑
PbO2活性层。
[0015]另一方面，本专利技术还提供了一种上述方法制备的铈掺杂的二氧化铅电极及其应用，铈掺杂的二氧化铅电极为三层夹层电极结构，包括由内至外依次设置的最里层Ti基体、α
‑
PbO2中间层、β
‑
PbO2活性层。
[0016]本专利技术还提供了一种所述铈掺杂的二氧化铅电极在降解含盐酸四环素废水中的应用，在以铈掺杂的二氧化铅电极(Ti/α
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PbO2/Ce
‑
β
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PbO2电极)为阳极，石墨板为阴极的电极体系中进行电化学氧化降解处理含盐酸四环素废水。
[0017]本专利技术具有如下有益效果：
[0018]1、本专利技术采用电沉积法制备中间层加活性层抑制Ti基体钝化，中间层采用α
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PbO2，活性层采用Ce元素添加的β
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PbO2。其中α
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PbO2表面致密，比表面积小，化学活性和稳定性较低；β
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PbO2表面疏松，比表面积大，化学催化活性和稳定性较高；Ce元素的添加可以改善电极表面结构和耐腐蚀性，降低内应力，增强附着力，同时可以显著提高复合电极的催化性能。
[0019]2、本专利技术采用Ti基体，α
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PbO2中间层，β
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PbO2活性层三层夹层电极结构，活性层可以充分发挥其优异的电化学氧化性能，中间层能够抵御晶格氧对Ti基体的侵入，防止Ti基体钝化造成电极性能恶化，同时中间层的加入更有益于活性层的沉积。
[0020]3、活性层β
‑
PbO2中铈元素的掺杂，使得二氧化铅镀层稳定，晶粒细小，提高涂层的致密性，提高电极的稳定性，同时使得复合电极的催化性能明显增强，反应中可以产生更多的羟基自由基。
[0021]4、本专利技术所提出的制备工艺简单，较好操作，所制备的Ti/α
‑
PbO2/Ce
‑
β
‑
PbO2电极具有耐酸碱性、耐高温、高氧化电位和更长的使用寿命，提升电化学水处理效果以及降低使用成本。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术实施例的一些实施例。
[0023]图1为本专利技术实施例1中制备的二氧化铅电极表面扫描电镜图；
[0024]图2为本专利技术实施例1中制备的二氧化铅电极XRD表征分析图；
[0025]图3为本专利技术实施例1例中制备的二氧化铅电极电化学测试LSV图；
[0026]图4为本专利技术实施例1中制备的二氧化铅电极电化学测试CV图；
[0027]图5为本专利技术实施例1中Ti/α
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PbO2/Ce
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β
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PbO2电极金属析出测试图；
[0028]图6为本专利技术实施例1制备铈掺杂的二氧化铅电极的结构变化示意图；
[0029]图7为本专利技术实施例2中Ti/α
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PbO2/Ce
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β
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PbO2电极对含盐酸四环素废水降解效果与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铈掺杂的二氧化铅电极制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤S1，将钛板用砂纸打磨，然后超声清洗，在NaOH溶液中进行碱洗除油，随后浸入草酸溶液中酸蚀，取出用去离子水清洗干净，得到Ti基体；步骤S2，以步骤S1处理得到的Ti基体作为阳极，同等面积大小的钛板作为阴极，将一氧化铅溶解于NaOH溶液中作为电沉积液，制备得到沉积于所述Ti基体上的α
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PbO2中间层；步骤S3，以步骤S2制备得到的有α
‑
PbO2中间层的极板作为阳极，同等面积大小的钛板作为阴极，以含有Pb(NO3)2、Cu(NO3)2、Ce(NO3)2和NaF混合溶液为电沉积液，制备得到沉积于所述α
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PbO2中间层上的β
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PbO2活性层，从而得到铈掺杂的二氧化铅电极。2.根据权利要求1所述的铈掺杂的二氧化铅电极制备方法，其特征在于，步骤S1中，在40％NaOH溶液中于85℃条件下中进行碱洗除油，处理时间为0.5h。3.根据权利要求1所述的铈掺杂的二氧化铅电极制备方法，其特征在于，步骤S1中，在10％草酸溶液中于90℃条件下进行酸蚀，处理时间为2h。4.根据权利要求1所述的铈掺杂的二氧化铅电极制备方法，其特征在于，步...

【专利技术属性】
技术研发人员：王少坡，李兆阳，刘灵婕，顾颢，毕艳孟，孟凡盛，王晨晨，刘楠楠，于静洁，邱春生，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：发明
国别省市：