專利名稱：板狀金屬氧化物電極的復極式電沉積方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電化學方法制備金屬氧化物電極技術領域，具體地指一種板狀金屬氧化物電極的復極式電沉積方法。
背景技術：
高濃度有毒性難生化降解的有機物廢水，一直是我國污水治理的重點和難點。采用電化學高級氧化技術治理這些難降解的污水，已經成為廢水處理領域的熱門研究。電化學高級氧化水處理技術的關鍵有三點一是電極，二是電解槽結構，三是電源配置，其中技術的核心是電極。用作電極的材料主要有金屬材料、碳素材料、金屬氧化物材料和非金屬化合物材料等。
在金屬材料電極領域，目前，常用的是單極式板狀金屬氧化物電極，包括正極金屬氧化物電極和負極金屬氧化物電極，將正極電極和負極電極交叉放置在電解槽中，用隔膜將陽極和陰極隔開。當直流電通過電解槽時，在陽極與溶液界面處發(fā)生氧化反應，在陰極與溶液界面處發(fā)生還原反應，以制取所需產品。采用單級式板狀金屬氧化物電極的電解槽具有電流大，變電整流工程造價高，系統(tǒng)復雜，可行性差的缺陷。為了改進電解槽的性能，復極式板狀金屬氧化物電極已處在研究階段，和單級式板狀金屬氧化物電極不同，其電極為一面為正極另一面為負極。將復極式板狀金屬氧化物電極置于電解槽中使用時，僅需將多個電極正極朝向相同的方向排列，無需隔膜將電極隔開。復極式板狀金屬氧化物電解槽能實現(xiàn)低電流，高電壓，系統(tǒng)簡單，可控性好。單級式和復極式板狀金屬氧化物電極不同，所以在制備時，兩者的電沉積方法也不相同?，F(xiàn)行單極式電沉積大都是對電極的兩面都進行同樣的處理，比如電極兩面同樣進行燒結，或電極兩面進行同樣的電沉積。對電極兩面同時進行同一種材料的電沉積即是單極式電沉積。單極式電沉積制得的電極，電極的兩面是同一種材料；而復極式電沉積制得的電極，電極的兩面可以是同一種材料，也可以不是同一種材料。上述表明，復極式板狀金屬氧化物電極只能進行單面電沉積，而金屬板單面電沉積不可避免地要產生應力變形，而且金屬板面積越大產生的應力變形越大，使所制備的電極由平面變成凹面。很明顯，呈凹面的電極勢必影響電解槽的極板間距，繼而影響電化學的電流分布、電流效率；另外，由于應力較大或應力集中，還會使電沉積層起泡、開裂甚至脫落，以至使板狀金屬氧化物電極失效。因此，以金屬板為基材，在解決了基體金屬板的應力變形問題之后，需要一種適宜的電沉積方法，以制備復極式板狀金屬氧化物電極。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于填補現(xiàn)有技術的空白，提供一種能夠快速、高效且簡便的板狀金屬氧化物電極的復極式電沉積方法，通過該方法獲得的復極式板狀金屬氧化物電極板面平整，電催化性能優(yōu)良，并消除了制作過程中產生的變形應力。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的板狀金屬氧化物電極的復極式電沉積方法，包括以下步驟(I)準備待制作成電極的金屬板，金屬板的一面已加工成若干個凸出小平面，且小平面分布在金屬板的同一表面上；(2)將步驟(I)得到的金屬板清洗干凈后進行涂層燒結過渡層；(3)將經過燒結過渡層的數(shù)片金屬板垂直地安裝進復極式電沉積槽之中，使金屬板的板面互相平行、同心且金屬板面上具有凸出小平面的一面朝向復極式電沉積槽的電源的正極，開啟電源，使電沉積藥液在復極式電沉積槽中流動，對金屬板面上具有凸出小平面的一面進行金屬氧化物電沉積；(4)金屬氧化物電沉積結束后，清洗金屬板得到復極式板狀金屬氧化物電極?？蛇x地，所述金屬板為單組分金屬板或多組分合金板。優(yōu)選地，所述步驟(3)中的數(shù)片金屬板為3 100片金屬板。優(yōu)選地，所述復極式電沉積槽采用的電源為直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源。優(yōu)選地，所述電沉積藥液的配方如下硝酸鉛110 150g/L、硝酸銅15 25g/L、硝酸猛30 50g/L、氟化鈉I. O I. 5g/L、硝酸秘O. 5 I. Ommol/L、硝酸3ml/L,稀土兀素鑭、鋪、釹、銪各I 10mmol/L。復極式電沉積和單極式電沉積的主要區(qū)別在于第一，復極式電沉積制得的電極，電極的兩面不是同一種材料，具有不同的性能和功能；單極式電沉積制得的電極，電極的兩面是同一種材料，只能具有相同的性能和功能。第二，進行復極式電沉積時電極板在復極式電沉積槽中按復極式電路排列和連接，只有槽兩端的兩塊電極需要導線連接，其他的電極都不需要導線連接、耗材少、操作簡單；進行單極式電沉積時電極板在電沉積槽中按單極式電路排列和連接，每塊電極都需要導線連接，耗材多、操作復雜。第三，復極式電沉積電路可以實現(xiàn)低電流高電壓，而單極式電沉積電路大都是高電流低電壓。高電流低電壓電源的制造成本與低電流高電壓電源相比，前者的制造成本比后者要出高許多，電流越大，前者的制造成本會比后者成倍的高出。即是復極式電沉積電源的制造成本要比單極式電沉積電源的低得多，亦即是復極式電路電源的制造成本要比單極式電路電源的制造成本低得多。
本發(fā)明的有益效果通過板狀金屬氧化物電極的復極式電沉積方法可以高效且快速地進行金屬板的單面電沉積，本方法所制得的復極式板狀金屬氧化物電極表面平整，電催化沉積層均勻，不起泡、無空洞、無裂紋、無脫落，牢牢地附著在金屬板表面，具有優(yōu)良的電催化性能，適用于復極式電催化水處理裝置，其使用壽命可以達到I 5年。
具體實施例方式以下結合具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。實施例I采用已經加工有凸出小平面的金屬鈦板為基材，將金屬鈦板清洗干凈后進行涂層燒結過渡層。準備復極式電沉積循環(huán)裝置和電沉積藥液，復極式電沉積槽采用直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源；電沉積藥液配方如下硝酸鉛128g/L、硝酸銅20g/L、硝酸錳47g/L、氟化鈉I. 5g/L、硝酸秘O. 9mmol/L、硝酸3ml/L,稀土兀素鑭、鋪、釹、銪各6mmol/L。將經過燒結過渡層的金屬鈦板10片安裝進復極式電沉積循環(huán)裝置的復極式電沉積槽之中，使10片金屬鈦板垂直放置，且板面同心并且互相平行，進而使金屬鈦板上加工有凸出小平面的一面朝向同一個方向，再將電源的正、負極導線分別連接在兩端的第I片和第10片金屬鈦板上，進而使金屬鈦板上加工有凸出小平面的一面朝向電源的正扱。將已經配制好的電沉積藥液加進復極式電沉積循環(huán)裝置的低位儲槽，將溫度升到符合要求，啟動循環(huán)泵將藥液打進復極式電沉積槽，進而使藥液在復極式電沉積循環(huán)裝置里循環(huán)流動，如此電沉積到150min，斷開電沉積電流，停循環(huán)泵?；厥詹⒓袕蜆O式電沉積循環(huán)裝置里余留的電沉積藥液，供下次配制電沉積藥液 時使用。用溫水將金屬鈦板電極清洗干凈，得到復極式板狀金屬氧化物電極，該電極適用于復極式電催化水處理裝置，其使用壽命可以達到5年。實施例2采用已經加工有凸出小平面的不銹鋼板為基材，將不銹鋼板清洗干凈后進行涂層燒結過渡層。準備復極式電沉積循環(huán)裝置和電沉積藥液，復極式電沉積槽采用直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源；電沉積藥液配方如下硝酸鉛126g/L、硝酸銅15g/L、硝酸錳45g/L、氟化鈉I. lg/L、硝酸秘O. 6mmol/L、硝酸3ml/L,稀土兀素鑭、鋪、釹、銪各4mmol/L。將經過燒結過渡層的不銹鋼板50片安裝進復極式電沉積循環(huán)裝置的復極式電沉積槽之中，使50片不銹鋼板板面互相平行并垂直放置，且板面同心并且互相平行，進而使不銹鋼板上加工有凸出小平面的一面朝向同一個方向，再將電源的正、負極導線分別連接在兩端的第I片和第50片不銹鋼板上，進而使不銹鋼板上加工有凸出小平面的一面朝向電源的正極。將已經配制好的電沉積藥液加進復極式電沉積循環(huán)裝置的低位儲槽，將溫度升到符合要求，啟動循環(huán)泵將藥液打進復極式電沉積槽，進而使藥液在復極式電沉積循環(huán)裝置里循環(huán)流動，如此電沉積到120min，斷開電沉積電流，停循環(huán)泵?；厥詹⒓袕蜆O式電沉積循環(huán)裝置里余留的電沉積藥液，供下次配制電沉積藥液時使用。用溫水將不銹鋼板清洗干凈，得到復極式板狀金屬氧化物電極，該電極適用于復極式電催化水處理裝置，其使用壽命可以達到3年。本發(fā)明實施例中制得的板狀金屬氧化物電極，同一塊電極上其陽極面沉積上具有催化氧化功能的金屬氧化物材料；其陰極面沉積上具有催化活性功能的多金屬材料。經檢測，與普通金屬氧化物電極相比，本發(fā)明制得的板狀金屬氧化物電極析氧電位升高、穩(wěn)定性提聞使用壽命大幅度延長(見下表)
~ ~ 工作壽命(小吋)~陽極析氧電位[O ]_(工作電流 lOOOmA/cm2)(V)
—已有電極__4000 (小時)左右__2. I_
本發(fā)明電極[ >10000 (小時) [2.8 :
權利要求
1.一種板狀金屬氧化物電極的復極式電沉積方法，其特征在于包括以下步驟 (1)準備待制作成電極的金屬板，金屬板的一面已加工成若干個凸出小平面，且小平面分布在金屬板的同一表面上； (2)將步驟(I)得到的金屬板清洗干凈后進行涂層燒結過渡層； (3)將經過燒結過渡層的數(shù)片金屬板垂直地安裝進復極式電沉積槽之中，使金屬板的板面互相平行、同心且金屬板面上具有凸出小平面的一面朝向復極式電沉積槽的電源的正極，開啟電源，使電沉積藥液在復極式電沉積槽中流動，對金屬板面上具有凸出小平面的一面進行金屬氧化物電沉積； (4)金屬氧化物電沉積結束后，清洗金屬板得到復極式板狀金屬氧化物電極。
2.根據(jù)權利要求I所述的板狀金屬氧化物電極的復極式電沉積方法，其特征在于所述金屬板為單組分金屬板或多組分合金板。
3.根據(jù)權利要求I所述的板狀金屬氧化物電極的復極式電沉積方法，其特征在于所述步驟(3)中的數(shù)片金屬板為3 100片金屬板。
4.根據(jù)權利要求I所述的板狀金屬氧化物電極的復極式電沉積方法，其特征在于所述復極式電沉積槽采用的電源為直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源。
5.根據(jù)權利要求I所述的板狀金屬氧化物電極的復極式電沉積方法，其特征在于所述電沉積藥液的配方如下硝酸鉛110 150g/L、硝酸銅15 25g/L、硝酸猛30 50g/L、氟化鈉I. O I. 5g/L、硝酸秘O. 5 I. Ommol/L、硝酸3ml/L,稀土兀素:鑭、鋪、釹、銪各I 10mmol /I, η
全文摘要
本發(fā)明公開了一種板狀金屬氧化物電極的復極式電沉積方法，包括準備一面加工有若干個凸出小平面的金屬板，將金屬板清洗干凈后，再進行涂層燒結過渡層；再將數(shù)片金屬板垂直安裝進復極式電沉積槽之中，使金屬板的板面互相平行且具有凸出小平面的一面朝向電源的正極，開啟電源，進行電沉積。通過板狀金屬氧化物電極的復極式電沉積方法可以高效且快速地進行金屬板的單面電沉積，本方法所制得的復極式板狀金屬氧化物電極表面平整，電催化層沉積均勻，不起泡、無空洞、無裂紋、無脫落，牢牢地附著在金屬板表面，具有優(yōu)良的電催化性能，適用于復極式電催化水處理裝置，其使用壽命可以達到1～5年。
文檔編號C25D7/06GK102677118SQ20121013454
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月3日 優(yōu)先權日2012年5月3日
發(fā)明者張懷松, 涂曉波, 程木森, 袁兵 申請人:武漢威蒙環(huán)?？萍加邢薰?br>