一种铁掺杂亚氧化钛电极的制备及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种铁掺杂亚氧化钛电极的制备及应用

【技术实现步骤摘要】
一种铁掺杂亚氧化钛电极的制备及应用


[0001]本专利技术涉及一种铁掺杂亚氧化钛电极的制备方法，同时也涉及将该铁掺杂亚氧化钛电极进行海水电解，以合成消毒液的应用方法
。

技术介绍

[0002]压载水是远洋航行过程中保障船舶安全平稳运行的必须组成部分
。
远洋船舶运行中，其装载的压载水中含有大量的
、
来源于沿途海域中的各种微生物和病毒，有可能导致沿途水域
、
或目的地水域带来严重的生物入侵，危害海洋生态与人类健康
。
[0003]现有船舶的压载水管理系统主要由抽水
、
过滤和消毒三个单元组成
。
其中，过滤单元可以去除相对体积较大的生物体，但是对于体积较小的细菌和病毒等尚无能为力
。
消毒单元可以采用紫外光照射设备，能去除大部分体积较小的有害细菌和病毒，但是由于紫外光本身性能的缘故，使用场景存在较多限制，耗能较高
。
因此，消毒单元还可以利用活性氯消毒液，其具有强氧化性
、
价格低廉
、
杀菌能力强等优点，是一种可行的压舱水处理试剂
。
[0004]实际上，目前消毒单元采用的活性氯消毒液，具体使用的活性氯试剂为次氯酸溶液
。
但是，如果利用它作为消毒技术，次氯酸溶液需要预先储存，其自身的体积较大
、
易分解
、
不易携带，这些缺陷使得次氯酸溶液消毒单元无法应用于远洋航行中
。/>[0005]在现有的远洋航行技术中，采用的是利用原位制备活性氯溶液的消毒技术，其相比一次性的存储次氯酸溶液更具有实际可操作性
。
原位制备次氯酸消毒液的技术，依赖于电化学的析氯反应，通过电解含有氯离子的溶液制备获得氯气，氯气进一步水解后得到次氯酸溶液作为消毒液
。
在远洋航行时，含有大量氯离子的海水是天然适用于消毒液生产的电解质原料
。
[0006]电化学析氯反应技术的核心关键是析氯电极，直接决定整个消毒单元的工作效率
。
市面上常用的析氯电极为基于贵金属钌和铱的尺寸稳定阳极
。
这种尺寸稳定阳极可以在氯碱工业中表现优异的析氯性能，但是由于其原料为贵金属资源限制，尺寸稳定阳极往往价格昂贵
。
[0007]另一方面，由于电化学析氧反应的电位竞争的物化原理，尺寸稳定阳极作为析氯电极使用的场景也有限制，只有在高浓度
NaCl(
氯离子浓度
>1mol/L)、
低
pH
值
(pH
值
<3)
的情景下才能表现出较高的析氯反应选择性，在氯碱工业中使用时预先设计原料物料的浓度和反应条件
。
[0008]遗憾的是，广阔无边的大洋中的海水，其氯离子浓度远低于在氯碱工业中使用的电解质浓度
。
另一方面，空旷水域中的海水一般可以认为其
pH
值是中性，基于贵金属钌和铱的尺寸稳定阳极极其受限于竞争性的析氧反应
。
直接利用海水作为原料物料，上述尺寸稳定阳极通常表现出较低的析氯反应选择性
。
[0009]因此，现有技术中的贵金属尺寸稳定阳极难以应用于远洋海运船舶的压舱水消毒处理体系
。
开发出可在海水中高效稳定且廉价的析氯电极，仍然是本领域技术人员研究的热门课题之一
。

技术实现思路

[0010]为解决远洋海运船舶的压载水消毒处理的难题，本专利技术所要解决的首要技术问题在于提供一种铁掺杂亚氧化钛电极的制备方法
。
[0011]本专利技术所要解决的另一技术问题在于提供一种铁掺杂亚氧化钛电极
。
[0012]本专利技术所要解决的又一技术问题在于提供一种将该铁掺杂亚氧化钛电极进行海水电解，合成消毒液的应用方法
。
[0013]为实现上述技术目的，本专利技术采用以下的技术方案：
[0014]根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种铁掺杂亚氧化钛电极的制备方法，包括以下步骤：
[0015]步骤1：取1份重量的亚氧化钛粉末，加入
0.1
‑5份重量的七水合硫酸亚铁放入球磨罐，在球磨罐内加入石英珠，密封后，球磨2小时以上；
[0016]步骤2：待球磨结束后，取出粉末，水洗五次以上去掉未反应的离子，烘干后，得到铁掺杂亚氧化钛粉末；
[0017]步骤3：将
Nafion(
全氟磺酸型聚合物
)
试剂与异丙醇配置成含有3％
Nafion
试剂的异丙醇溶液作为粉末分散剂；
[0018]步骤4：取
0.01g
的步骤2所制备的铁掺杂亚氧化钛粉末，加至
1mL
分散剂中，使用超声仪或者震荡仪使粉末在分散剂中分散均匀，将分散均匀的混合溶液喷涂
(
或滴涂
、
涂敷
)
至
2cm
×
2cm
的碳纸载体上，自然风干后即为铁掺杂亚氧化钛电极
。
[0019]优选地，在步骤1中，
0.5
‑5份重量的七水合硫酸亚铁可替换为或者
0.36
‑
3.6
份重量的硫酸铁；或者
0.29
‑
4.25
份重量的三氯化铁；或者
0.23
‑
2.275
份重量的氯化亚铁
。
[0020]优选地，步骤1：取1份重量的亚氧化钛粉末，加入为
0.015
‑1份重量的氧化铁放入球磨罐，在球磨罐内加入石英珠，密封后，球磨2小时以上；
[0021]步骤2：待球磨结束后，取出粉末，以足量的稀盐酸洗去超量未反应的氧化铁，然后水洗去除未参与的反应的离子得到铁掺杂亚氧化钛粉末；
[0022]步骤3：将
Nafion
试剂与异丙醇配置成含有3％
Nafion
试剂的异丙醇溶液作为粉末分散剂；
[0023]步骤4：取
0.01g
的步骤2所制备的铁掺杂亚氧化钛粉末，加至
1mL
分散剂中，使用超声仪或者震荡仪使粉末在分散剂中分散均匀，将分散均匀的混合溶液喷涂
(
或滴涂
、
涂敷
)
至
2cm
×
2cm
的碳纸载体上，自然风干后即为铁掺杂亚氧化钛电极
。
[0024]优选地，所述的亚氧化钛粉末为纯净的七氧化四钛，或者为含有不超过
10
％质量份数的五氧化三钛的七氧化四钛粉末
。
[0025]优选地，所述球磨
、
机械搅拌的时间为2～
24
小时
。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种铁掺杂亚氧化钛电极的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：取1份重量的亚氧化钛粉末，加入
0.1
‑5份重量的七水合硫酸亚铁放入球磨罐，在球磨罐内加入石英珠，密封后，球磨2小时以上；步骤2：待球磨结束后，取出粉末，水洗五次以上去掉未反应的离子，烘干后，得到铁掺杂亚氧化钛粉末；步骤3：将
Nafion
试剂与异丙醇配置成含有3％
Nafion
试剂的异丙醇溶液作为粉末分散剂；步骤4：取
0.01g
的步骤2所制备的铁掺杂亚氧化钛粉末，加至
1mL
分散剂中，使用超声仪或者震荡仪使粉末在分散剂中分散均匀，将分散均匀的混合溶液喷涂或滴涂
、
涂敷至
2cm
×
2cm
的碳纸载体上，自然风干后即为铁掺杂亚氧化钛电极
。2.
如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤1中，
0.5
‑5份重量的七水合硫酸亚铁可替换为或者
0.36
‑
3.6
份重量的硫酸铁；或者
0.29
‑
4.25
份重量的三氯化铁；或者
0.23
‑
2.275
份重量的氯化亚铁
。3.
一种铁掺杂亚氧化钛电极的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：取1份重量的亚氧化钛粉末，加入为
0.015
‑1份重量的氧化铁放入球磨罐，在球磨罐内加入石英珠，密封后，球磨2小时以上；步骤2：待球磨结束后，取出粉末，以足量的稀盐酸洗去超量未反应的氧化铁，然后水洗去除未参与的反应的离子得到铁掺杂亚氧化钛粉末；步骤3：将
Nafion
试剂与异丙醇配置成含有3％
Nafion
试剂的异丙醇溶液作为粉末分散剂；步骤4：取
0.01g
的步骤2所制备的铁掺杂亚氧化钛粉末，加至
1mL
分散剂中，使用超声仪或者震荡仪使粉末在分散剂中分散均匀，将分散均匀的混合溶液喷涂或滴涂
、
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵圣希，李浩，张礼知，
申请(专利权)人：华中师范大学，
类型：发明
国别省市：