一種具有高析氧過電位的鈦基陽電極及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電化學(xué)氧化處理工業(yè)廢水的陽電極領(lǐng)域，涉及一種具有高析氧過電位的鈦基陽電極及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，工業(yè)有機(jī)廢水污染問題日益嚴(yán)重，直接威脅著我國人民的身體健康，尤其是水中含有的有毒有害有機(jī)物，如酚類、苯類、多環(huán)芳烴類等，都具有致癌，致畸危害的有機(jī)物。電化學(xué)催化氧化處理有機(jī)廢水因能夠有效地降解高濃度、微生物難降解的有毒有害有機(jī)物且不產(chǎn)生二次污染而被認(rèn)為是最有前途的下一代有機(jī)廢水處理工藝。陽電極的種類決定了電化學(xué)催化氧化處理有機(jī)廢水工藝，包括有機(jī)物的降解效率和有機(jī)物副產(chǎn)物的形成等。目前，絕大多數(shù)氧化陽電極材料都是金屬氧化物。這些金屬氧化物的析氧過電位很低。低的析氧過電位不利于擬制析氧副反應(yīng)的產(chǎn)生，限制了電化學(xué)法氧化降解有機(jī)物的種類，不利于電化學(xué)催化氧化處理有機(jī)廢水工業(yè)的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有用于電化學(xué)催化氧化的陽電極的析氧過電位低這一問題，提供一種具有高析氧過電位的鈦基陽電極及其制備方法。該電極是在鈦基體上沉積一層Cu摻雜SnO2薄膜而制備得到的陽電極。通過對SnO2的陽電極進(jìn)行Cu元素?fù)诫s，對SnO2物理化學(xué)性質(zhì)改良修飾，從而得到具有高析氧過電位的陽電極。
[0004]本發(fā)明具有高析氧過電位的鈦基陽電極由外到內(nèi)分別是Cu摻雜SnO2層和鈦基體。
[0005]所述的鈦基體是一切規(guī)格的鈦金屬，如鈦箔、鈦板、鈦網(wǎng)及鈦合金等；
所述的鈦基體可以是任意幾何形狀，如方型，圓柱型等；
所述的Cu摻雜SnO2薄膜是一切形態(tài)的薄膜，如非晶態(tài)、多晶態(tài)、單晶態(tài)等；
所述的Cu摻雜SnO2薄膜的厚度在Ιμπι以上；
所述的Cu摻雜SnO2薄膜的Cu摻雜濃度在1%至30%范圍內(nèi)(Cu與Sn的原子比例)。
[0006]本發(fā)明的另一個目的是提供上述具有高析氧過電位的鈦基陽電極的制備方法，該方法包括以下步驟:將鈦基體作為Cu摻雜SnO2薄膜的支撐材料;對鈦基體表面的油漬等有機(jī)污染物及二氧化鈦膜進(jìn)行去除；配制含Sn、Cu的前驅(qū)體溶液;將含有Sn、Cu前驅(qū)體溶液涂敷在鈦基體表面;對涂有前驅(qū)體溶液的鈦基體進(jìn)行加熱形成鈦基Cu摻SnO2陽電極。
[0007]所述鈦基體表面有機(jī)物的去除，采用有機(jī)溶劑或者堿液進(jìn)行去除，如酒精，NaOH等;
所述鈦基體表面二氧化鈦膜的去除，采用酸對鈦基體腐蝕進(jìn)行去除，如鹽酸，草酸等；所述含Sn、Cu前驅(qū)液的配制是將含有Sn、Cu化合物溶于溶劑中。溶劑可以是水，有機(jī)溶劑，酸等一切可溶含有Sn、Cu化合物的溶液；
所述Sn、Cu前驅(qū)體溶液涂敷可以是浸漬涂敷、刷涂、噴霧涂敷等一切涂敷工藝；
所述鈦基體加熱是將鈦基體放置在加熱裝置上，該加熱裝置可以是電熱板，馬沸爐等； 所述鈦基體加熱溫度在350-700°C范圍內(nèi)，優(yōu)選550°C。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供了一種具有高析氧過電位的鈦基陽電極及其制備方法，利用Cu摻雜元素對SnO2薄膜的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行改良，很大程度上提高鈦基陽電極的析氧過電位，可實(shí)現(xiàn)析氧過電位超過2.6V(vs NHE)的陽電極。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明具有高析氧過電位的鈦基陽電極的結(jié)構(gòu)示意圖，其中I為Cu摻雜SnO2薄膜，2為鈦基體；
圖2為本發(fā)明鈦基Cu摻雜SnO2陽電極的掃描電鏡圖片；
圖3為本發(fā)明鈦基Cu摻雜SnO2陽電極的表征析氧過電位的循環(huán)伏安曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0011]本發(fā)明所公開的具有高析氧過電位的鈦基陽電極。電極由外到內(nèi)分別是Cu摻雜SnO2層和鈦基體。
[0012]實(shí)施例1:
本實(shí)施例包括以下步驟:
步驟(I)、如附圖1所示，選擇厚度為0.5mm，面積為9cm2鈦板的作為鈦基體，通過噴砂工藝對鈦板表面進(jìn)行制絨處理，沙粒的大小為300目。采用將噴砂后的鈦板放入到酒精溶液中進(jìn)行超聲清洗10分鐘，然后將清洗后的鈦板用10%的草酸腐蝕30分鐘，之后將腐蝕好的鈦板用去離子水沖洗，最后利用氮?dú)鈱⑩伆宕蹈伞?br>[0013]步驟(2)、稱量8.0g的SnCl4.5H20并將其放入到50mL的酒精中，利用磁力攪拌器進(jìn)行充分?jǐn)嚢璧玫角宄壕坏娜芤骸?br>[0014]步驟(3)、稱量0.20g的CuNO3并將其放入步驟2所得到的溶液中，利用磁力攪拌器進(jìn)行充分?jǐn)嚢璧玫角宄壕坏娜芤骸?br>[0015]步驟(4)、將步驟I所得到的鈦板放置在加熱板上加熱，直到鈦板的溫度為550°C。
[0016]步驟(5)、量取適量的前驅(qū)體溶液放入到霧化器中，利用空氣壓縮機(jī)提供空氣氣體，以100L/H的流量進(jìn)入到霧化器中將前驅(qū)溶液霧滴攜帶出，噴涂到步驟4所得到的溫度為550°C的鈦板上，噴頭與鈦板之間的高度為2cm，持續(xù)噴涂直到得到所需厚度的均勻Cu摻雜SnO2薄膜，最終得到鈦基Cu摻雜SnO2陽電極，其表面形貌如附圖2所示。
[0017]步驟(6)、利用電化學(xué)工作站，采用循環(huán)伏安法對鈦基Cu摻雜SnO2陽電極進(jìn)行析氧過電位進(jìn)行測試，測試條件為:電壓掃描速率為100mV/S，溶液為0.5i^^H2S04，鈦基Cu摻雜SnO2陽電極的面積為lcm2，面積為Icm2的Pt電極為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，所得到循環(huán)伏安曲線如附圖3所示。
[0018]實(shí)施例2:
本實(shí)施例包括以下步驟:
步驟(I )、如附圖1所示，選擇厚度為0.5mm，面積為9cm2鈦網(wǎng)的作為鈦基體，通過噴砂工藝對鈦板表面進(jìn)行制絨處理，沙粒的大小為300目。將噴砂后的鈦板放入到酒精溶液中進(jìn)行超聲清洗10分鐘，然后將清洗后的鈦網(wǎng)用18%的鹽酸腐蝕30分鐘，之后將腐蝕好的鈦網(wǎng)用去離子水沖洗，最后利用氮?dú)鈱⑩伆宕蹈伞?br>[0019]步驟(2)、稱量8.0g的SnCl4.5H20，并將其放入到50mL的酒精中，利用磁力攪拌器進(jìn)行充分?jǐn)嚢璧玫角宄壕坏娜芤骸?br>[0020]步驟(3)、稱量0.1g的CuNO3并將其放入步驟2所得到的溶液中，利用磁力攪拌器進(jìn)行充分?jǐn)嚢璧玫角宄壕坏娜芤骸?br>[0021]步驟(4)、將步驟I所得到的鈦網(wǎng)放入到步驟2和步驟3所得到的前驅(qū)溶液中，浸漬2分鐘，取出放入到100C的干燥箱內(nèi)干燥1分鐘。
[0022]步驟(5)、將步驟4所得到的鈦網(wǎng)放入到溫度為550°C的馬沸爐中進(jìn)行退火10分鐘，得到Cu摻雜SnO2薄膜。
[0023]步驟(6)、將退火后得到的鈦網(wǎng)重復(fù)步驟1-5，直到Cu摻雜SnO2薄膜的厚度足夠厚為止，最終得到鈦基Cu摻雜SnO2陽電極。
[0024]實(shí)施例3:
本實(shí)施例包括以下步驟:
步驟(I)、如附圖1所示，選擇厚度為1_，面積為9cm2鈦板的作為鈦基體，通過噴砂工藝對鈦板表面進(jìn)行制絨處理，沙粒的大小為300目。采用將噴砂后的鈦板放入到酒精溶液中進(jìn)行超聲清洗10分鐘，然后將清洗后的鈦板用10%的草酸腐蝕30分鐘，之后將腐蝕好的鈦板用去離子水沖洗，最后利用氮?dú)鈱⑩伆宕蹈伞?br>[0025]步驟(2)、稱量7.0g的SnCl2.2H20并將其放入到50mL的酒精中，利用磁力攪拌器進(jìn)行充分?jǐn)嚢璧玫角宄壕坏娜芤骸?br>[0026]步驟(3)、稱量0.0Sg的CuNO3并將其放入步驟2所得到的溶液中，利用磁力攪拌器進(jìn)行充分?jǐn)嚢璧玫角宄壕坏娜芤骸?br>[0027]步驟(4)、用毛刷沾取步驟3所得到的前驅(qū)溶液，然后均勻的在步驟I所得到的鈦板表面刷涂前驅(qū)溶液，之后放入到100°c的干燥箱內(nèi)干燥10分鐘。
[0028]步驟(5)、將步驟4所得到的鈦板放入到溫度為550°C的馬沸爐中進(jìn)行退火10分鐘，在鈦板表面形成Cu摻雜SnO2薄膜。
[0029]步驟(6)、將退火后得到的鈦板重復(fù)步驟1-5，直到Cu摻雜SnO2薄膜的厚度足夠厚為止，最終得到鈦基Cu摻雜SnO2陽電極。
[0030]本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。上述實(shí)施例并非是對于本發(fā)明的限制，本發(fā)明并非僅限于上述實(shí)施例，只要符合本發(fā)明要求，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有高析氧過電位的鈦基陽電極，其特征在于在鈦基體上沉積一層Cu摻雜Sn〇2薄膜;所述的鈦基陽電極由外到內(nèi)分別是Cu摻雜SnO2層和鈦基體。2.—種具有高析氧過電位的鈦基陽電極的制備方法，其特征在于該方法如下:將鈦基體作為Cu摻雜SnO2薄膜的支撐材料;對鈦基體表面的油漬等有機(jī)污染物及二氧化鈦膜進(jìn)行去除;配制含Sn、Cu的前驅(qū)體溶液;將含有Sn、Cu前驅(qū)體溶液涂敷在鈦基體表面;對涂有前驅(qū)體溶液的鈦基體進(jìn)行加熱形成鈦基Cu摻SnO2陽電極。3.如權(quán)利要求1所述的一種具有高析氧過電位的鈦基陽電極或如權(quán)利要求2所述的一種具有高析氧過電位的鈦基陽電極的制備方法，其特征在于鈦基體是任意規(guī)格的鈦金屬，如鈦箔、鈦板、鈦網(wǎng)及鈦合金等。4.如權(quán)利要求1所述的一種具有高析氧過電位的鈦基陽電極或如權(quán)利要求2所述的一種具有高析氧過電位的鈦基陽電極的制備方法，其特征在于鈦基體可以是任意幾何形狀。5.如權(quán)利要求1所述的一種具有高析氧過電位的鈦基陽電極或如權(quán)利要求2所述的一種具有高析氧過電位的鈦基陽電極的制備方法，其特征在于鈦基體加熱溫度在350-700°C范圍內(nèi)，優(yōu)選550°C。6.如權(quán)利要求1所述的一種具有高析氧過電位的鈦基陽電極或如權(quán)利要求2所述的一種具有高析氧過電位的鈦基陽電極的制備方法，其特征在于Cu摻雜Sn02薄膜是一切形態(tài)的薄膜。7.如權(quán)利要求1所述的一種具有高析氧過電位的鈦基陽電極或如權(quán)利要求2所述的一種具有高析氧過電位的鈦基陽電極的制備方法，其特征在于Cu摻雜Sn02薄膜的厚度在Iym以上。8.如權(quán)利要求1所述的一種具有高析氧過電位的鈦基陽電極或如權(quán)利要求2所述的一種具有高析氧過電位的鈦基陽電極的制備方法，其特征在于Cu摻雜Sn02薄膜的Cu摻雜濃度在1%至30%范圍內(nèi)(Cu與Sn的原子比例)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有高析氧過電位的鈦基陽電極及其制備方法。該電極由外到內(nèi)分別是Cu摻雜SnO2薄膜層和鈦基體。制備方法是通過將含有Sn、Cu的前驅(qū)溶液涂敷在經(jīng)過去污和去TiO2處理的具有任意幾何形狀的鈦基體上，進(jìn)行高溫退火形成鈦基Cu摻雜SnO2陽電極。Cu元素?fù)诫s改變了SnO2薄膜的物理化學(xué)性能，使得該陽電極的析氧過電位超過了2.6V(vs？NHE)。
【IPC分類】C02F101/30, C02F1/72, C02F1/461
【公開號】CN105502595
【申請?zhí)枴緾N201610092830
【發(fā)明人】周檢
【申請人】周檢
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2016年2月19日