一种无基体亚氧化钛电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种无基体亚氧化钛电极及其制备方法，包括如下步骤：采用

【技术实现步骤摘要】
一种无基体亚氧化钛电极及其制备方法


[0001]本专利技术涉及水处理电极制备
，具体地，涉及一种无基体亚氧化钛电极及其制备方法
。

技术介绍

[0002]电化学水处理技术利用在电极表面发生的电化学反应，高效地去除污水中的有害物质
。
该方法具有很高的处理效率，能够有效地去除污水中的有机物等各种污染物
。
其次，该技术能够在常温常压下进行，节省了传统的高温
、
高压条件下的能源消耗
。
此外，该方法操作简单，适应性强，能够应对各种复杂的污水处理场景
。
该方法的核心之一是活性电极
(
阳极
)
，然而，在实际应用中，此技术还面临着以下挑战：
[0003]1)
电极效率与寿命：活性电极的效率受到许多因素的影响，如电流密度
、
电解液的
pH
值
、
反应时间等
。
在一些极端条件下，电极可能会失去活性或者寿命大大缩短
。
[0004]2)
活性氧的生成效率：在电化学反应中，活性氧
(
如氧离子
、
过氧化氢
、
羟基自由基等
)
的生成效率通常与对污水的处理能力呈现正相关的关系，但当前在电极表面活性氧的生成效率方面还有很大提升空间
。
[0005]3)
设备和运行成本：在大规模商业应用中，电化学污水处理设备的制造成本和运行成本相对较高
。
例如，电极材料和制备工艺所需的成本
、
进行电化学反应所需的电能成本等
。
为推动电化学技术在污水处理领域的广泛应用，需进一步研究并创新技术以解决上述挑战
。
[0006]在各类活性电极材料中，亚氧化钛材料由于其高导电性
、
优越的化学稳定性以及宽的电化学稳定电位窗口等独特性质，可满足电化学水处理中对优质电极的要求
。
在各类亚氧化钛材料中，
Ti4O7材料具有出色的电导率，可达
1500S/cm
，这约为石墨的电导率
(727S/cm)
的两倍，，由于具备诸多优异的特性，亚氧化钛电极被广泛应用于电化学污水处理技术，特别是在去除有机污染物等方面
。
[0007]目前，亚氧化钛材料在电化学水处理体系电极制备技术中存在三种主要形式：涂层电极
、
一体电极以及复合电极
。
其中涂层电极存在涂层包含物质较复杂
、
无法制备较纯的
Ti4O7电极，且涂层与基体容易脱落，电极稳定性有待改良等缺陷
。
复合电极是指利用亚氧化钛材料修饰其他种类电极，其主体是其他种类电极，无法充分体现亚氧化钛材料的优越性
。
更进一步，当试图通过引入其他元素来提高复合电极的性能时，可能会遇到一些问题
。
例如，若引入贵金属类元素，虽然可以提高电极的催化性能，但会导致成本上升，影响了电极的经济性
。
而若引入如铅
、
锡
、
锑等过渡金属元素，尽管可以改善电极的电化学性能，但会导致潜在的重金属离子释放风险，对环境产生不良影响
。
采用无基体的一体电极制备工艺可以从根本上避免上述诸多弊端，但其主流制备方法中的压制还原步骤以及水热制膜步骤，由于还原程度难以掌控，容易导致电极组分不纯，最终削弱其催化性能
。
[0008]无基体亚氧化钛电极具有以下优势：
1)
更高的化学稳定性：由于不包含其他基体材料，这类电极具有更高的化学稳定性和耐腐蚀性
(
如
TiO
x
本身具有比一些金属基更高的
耐腐蚀性
)。2)
潜在的成本优势：从原料成本考虑，其可能比使用如钌
、
铱等贵金属氧化物的
DSA
电极更经济
。3)
面向未来的拓展性：与基于贵金属的
DSA
电极相比，亚氧化钛具有光催化活性，为光电催化水中有机物的研究提供了潜在可能性
。
[0009]专利
(CN 115947614 A)
描述了一种制备
Ti4O7陶瓷电极的方法
。
通过将
Ti4O7粉体与羟丙基甲基纤维素
、PEO、
木钙
、
甘油
、
钾水玻璃和水混合
。
经过搅拌混合后，使用真空炼泥机进行练泥操作
。
然后，采用真空挤出机将混合物制成平板电极坯体并在室温下干燥
。
随后，坯体在
Ar
气氛炉中进行两阶段的热处理，冷却后得到
Ti4O7陶瓷电极
。
陶瓷的特性能够赋予电极材料较好的机械强度
。
然而这种制备电极的方法中使用了大量的添加剂，以钾水玻璃
(
完全分解温度大于
1000℃)
为代表的添加剂在热处理过程中难以分解完全，这会在一定程度上占据电极表面的有效位点，导致产生的活性氧量受到一些限制
。
[0010]专利
(CN 109110804 A)
描述了一种利用作为还原剂的石墨粉和二氧化钛颗粒之间的粒度差，实现采用碳热还原工艺制备高纯
Magn
é
li
相亚氧化钛颗粒的方法，可作为优质电极材料的原材料
。
该方法证实了通过在高温的反应体系中引入还原组分，能够使钛的氧化物转化为低价的亚氧化钛
。
[0011]目前制备工艺均存在高温下颗粒团聚
、
制备设备要求高
、
过程繁琐且不明确
、
电极品质不稳定和能耗较高等缺点，因而有必要设计一种制备成本低
、
电极品质优以及制备参数明确的无基体亚氧化钛电极以适用于电化学水处理领域
。

技术实现思路

[0012]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于在提供一种无基体亚氧化钛电极及其制备方法，该电极的活性组分均匀，并具备卓越的导电性能
、
稳定性以及污水中有机物等的降解性能
。
[0013]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0014]一种无基体亚氧化钛电极的制备方法，包括如下步骤：
[0015]采用
80
‑
100
目的亚氧化钛粉末与粘结剂混合
、
造粒
、
筛分，压制，得到压片；
[0016]将压片在还原气氛下烧结，得到无基体亚氧化钛电极
。
[0017]进一步的，亚氧化钛粉末为
Ti4O7、Ti5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种无基体亚氧化钛电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：采用
80
‑
100
目的亚氧化钛粉末与粘结剂混合
、
造粒
、
筛分，压制，得到压片；将压片在还原气氛下烧结，得到无基体亚氧化钛电极
。2.
根据权利要求1所述的无基体亚氧化钛电极的制备方法，其特征在于，亚氧化钛粉末为
Ti4O7、Ti5O9与
Ti6O
11
的混合物，并且
Ti4O7的质量含量至少为
95
％
。3.
根据权利要求1所述的无基体亚氧化钛电极的制备方法，其特征在于，粘结剂为质量浓度为1‑
15
％的聚乙烯醇缩丁醛
‑
乙醇溶液或聚乙烯醇
‑
水溶液
。4.
根据权利要求1所述的无基体亚氧化钛电极的制备方法，其特征在于，粘结剂的用量为亚氧化钛粉末与粘结剂的混合物的质量分数为
1.5
％
‑
2.5
％
。5.
根据权利要求1所述的无基体亚氧化钛电极的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐浩，郭思远，王新宇，龙志，贾亮亮，
申请(专利权)人：河南龙兴钛业科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：