電極的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及的是一種具有高催化活性的三維大孔結(jié)構(gòu)電極的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著現(xiàn)代科技與工業(yè)迅猛發(fā)展，生態(tài)環(huán)境造成了極大破壞。其中，水環(huán)境的污染和危害程度已經(jīng)成為亟待解決的全球性問題。每年都有許多染料廢水排放到環(huán)境中，其種類和排放量也在日益增長(zhǎng)。這類廢水降解緩慢、種類復(fù)雜、含量高、可生化性差的特點(diǎn)，一直是水處理領(lǐng)域的難點(diǎn)。
[0003]在電催化氧化中陽(yáng)極材料處于核心地位，其性質(zhì)對(duì)電化學(xué)反應(yīng)影響很大，不僅影響著電氧化反應(yīng)的過(guò)程，還影響其降解效果。而二氧化鉛電極具有良好的導(dǎo)電性、較高的電催化性能和較長(zhǎng)的使用壽命等優(yōu)點(diǎn)而引起國(guó)內(nèi)外研究者們的濃厚興趣，其在污染物電催化降解領(lǐng)域具有很好的發(fā)展前景。目前研究者們提高二氧化鉛電極電催化降解性能的方法主要通過(guò)摻雜Bi3+、Co2\ Ce4+等金屬離子或者復(fù)合T1 2、ZrO2等納米顆粒。通過(guò)上述方法制得的二氧化鉛電極均為二維平面結(jié)構(gòu)，污染物分子只能與電極外表面接觸，電極有效電催化活性面積仍然較小，對(duì)電催化性能的提升作用有限。而三維大孔結(jié)構(gòu)具有較大的傳輸通道，有利于污染物分子進(jìn)入孔道內(nèi)，有效擴(kuò)大電極的電催化面積，目前已經(jīng)成為二氧化鉛電極研究的一個(gè)全新方向。
[0004]目前的三維結(jié)構(gòu)的二氧化鉛電極報(bào)道中，主要是采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)模板法，(Fabricat1n and enhanced electrocatalytic activity of 3D highlyorderedmacroporousPb02electrode for recalcitrantpoIlutant incinerat1n.ShouningChai，Guohua Zhao, Yujing Wang, Ya-nan Zhang, Yanbin ffanga, Yefei Jinj XiaofengHuang.1SSN:0926-3373)此方法制備出的三維結(jié)構(gòu)孔徑較小，因此活性催化面積較小。其次這種模板法制備步驟比較復(fù)雜，需要在得到的Ti/Sn02-Sb205電極基礎(chǔ)上，覆蓋上聚乙烯吡咯烷酮(PVP)在這個(gè)基礎(chǔ)上再進(jìn)行沉積二氧化鉛過(guò)程，沉積步驟完成后還需將聚乙烯吡咯燒酮(PVP)用丙酮等溶劑脫去。還有國(guó)外相關(guān)課題組(Oxygen Bubble Templated AnodicDeposit1n of Porous PbO2.NicolaComisso, Sandro Cattarin, Paolo Guerriero, LucaMattarozzi, Marco Musiani, Enrico Verlat0.1SSN: 1388-2481)，使用了恒電流法制備了三維大孔結(jié)構(gòu)的二氧化鉛電極，但該方法制備的二氧化鉛電極孔徑較小，貫通結(jié)構(gòu)不明顯即催化活性面積小不利于催化反應(yīng)的進(jìn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)摻雜離子或復(fù)合顆粒等二維平面結(jié)構(gòu)PbO2電極存在的有效電催化活性面積小、催化活性低以及用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等為模板制備三維大孔結(jié)構(gòu)PbO2電極制備工藝復(fù)雜、成本較高的不足，提供一種具有高催化活性的三維大孔結(jié)構(gòu)Pb02電極的制備方法，該方法采用恒電位法制備PbO2電極，使析氧反應(yīng)與二氧化鉛的電沉積過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，利用析出的氧氣泡作為動(dòng)態(tài)模板，通過(guò)對(duì)電位和沉積時(shí)間的控制，保證了所得電極的三維結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，并保證電極不發(fā)生脫落情況，確保了電極的壽命，制得的三維PbO2電極具有連續(xù)貫通的大孔結(jié)構(gòu)。該電極用于水處理領(lǐng)域，效果良好。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0007]—種具有高催化活性的三維大孔結(jié)構(gòu)PbO2電極的制備方法，包括以下步驟:
[0008](I)將預(yù)處理后的Ti板作為基體，向其涂覆混合溶液后，在100°C下烘干10-30min ;然后重復(fù)涂覆一烘干的步驟，最終涂覆量為每平方厘米的Ti涂覆1-100克混合溶液，再使用箱式電阻爐在300-700°C下熱氧化30-180min，得到Ti/Sn02_Sb205電極；
[0009]所述的混合溶液由SnCl2.2H20、SbCl3、正丁醇和濃鹽酸混合而成，其質(zhì)量比為SnCl2.2H20:SbCl3:正丁醇:濃鹽酸=(9-1): (1-9): (20-50): (5-10)；
[0010](2)將上步得到的Ti/Sn02-Sb205電極用于電沉積三維大孔結(jié)構(gòu)PbO^極鍍層:鍍液組成為0.1-0.5mol/L Pb (NO3) 2，0_lg/L NaF，使用HN(Vl#pH調(diào)至0_5，其余為水；電鍍時(shí)，以鉛板為陰極，Ti/Sn02-Sb205電極為陽(yáng)極進(jìn)行電沉積，工藝參數(shù):恒電位3.0-8.0V，室溫下沉積時(shí)間為1000s-8000s，最后得到具有三維大孔結(jié)構(gòu)的PbO2電極。
[0011]所述的預(yù)處理是將Ti基體裁剪好后進(jìn)行拋光打磨，隨后用10-20%的NaOH熱堿液脫脂、水洗后，再用10-50%的草酸水溶液在80°C下刻蝕l_2h，最后去離子水沖洗干凈。
[0012]所述的步驟⑵中的NaF的濃度優(yōu)選為0.05?lg/L。
[0013]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明提供的是一種具有高催化活性的三維大孔結(jié)構(gòu)的PbO2電極的制備方法。該方法使用的Ti基體價(jià)格低廉，使用涂覆法制備的中間層操作方法簡(jiǎn)便，易于制備。在該中間層的基礎(chǔ)上，采用控制電位法，使析氧反應(yīng)與二氧化鉛的電沉積過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，利用析出的氧氣泡作為動(dòng)態(tài)模板，制得的三維Pb02i極具有連續(xù)貫通的大孔結(jié)構(gòu)，極大的提高了比表面積，有利于污染物分子進(jìn)入孔道內(nèi)，有效地?cái)U(kuò)大了電催化反應(yīng)面積，從而提高了電催化活性和催化效率。
[0014]二氧化鉛電極作為不溶性陽(yáng)極在水處理領(lǐng)域有很好的發(fā)展前景，本發(fā)明制備的三維大孔結(jié)構(gòu)PbO2電極與普通平面結(jié)構(gòu)的純二氧化鉛電極相比，極大的提高了電催化活性面積，可使電極性能大幅度提高。在水處理領(lǐng)域，有機(jī)廢水是較難降解的幾種廢水之一，因此本發(fā)明采用三維大孔結(jié)構(gòu)PbO2電極作為陽(yáng)極，鉛板作為陰極，直流電源供電，使用亞甲基藍(lán)有機(jī)染料作為目標(biāo)污染物，模擬工業(yè)廢水環(huán)境，對(duì)亞甲基藍(lán)有機(jī)染料進(jìn)行電催化降解，作為實(shí)驗(yàn)組；使用普通平面結(jié)構(gòu)的純二氧化鉛電極作為陽(yáng)極，其余條件不變，對(duì)亞甲基藍(lán)有機(jī)染料進(jìn)行電催化降解，作為對(duì)照組。亞甲基藍(lán)溶液的體積為10ml，濃度為50mg/L，電流密度20mA/cm2。電解90min后，三維大孔結(jié)構(gòu)Pb02i極電催化降解亞甲基藍(lán)有機(jī)染料的去除率可達(dá)94.2%，而普通平面結(jié)構(gòu)的純二氧化鉛電極電催化降解亞甲基藍(lán)有機(jī)染料的去除率僅為64.3 %，與普通平面結(jié)構(gòu)的純二氧化鉛電極相比三維大孔結(jié)構(gòu)PbO2電極的電催化性能提高了近50%，這主要是因?yàn)槿S大孔結(jié)構(gòu)PbO2電極具有較大的電催化活性面積。其對(duì)比結(jié)果圖見附圖2。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是實(shí)施例1制得的三維大孔結(jié)構(gòu)PbO2電極的局部SEM圖。
[0016]圖2是實(shí)施例1制得的三維大孔結(jié)構(gòu)PbO2電極與恒電流法制得的普通PbO 2電極電催化降解亞甲基藍(lán)的去除效果。
[0017]圖3是實(shí)施例2制得的三維大孔結(jié)構(gòu)PbO2電極的局部SEM圖。
[0018]圖4是實(shí)施例3制得的三維大孔結(jié)構(gòu)PbO2電極的局部SEM圖。
[0019]圖5是實(shí)施例4制得的普通PbO2電極的局部SEM圖。
[0020]圖6是實(shí)施例5制得的普通PbO2電極的局部SEM圖。
[0021]圖7是實(shí)施例6制得的普通PbO2電極的局部SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述:
[0023]實(shí)施例1
[0024]1.三維大孔結(jié)構(gòu)PbO2電極的制備
[0025](I) Ti基體的預(yù)處理。首先將Ti板(純度為TA2級(jí)別)裁剪為2cm*5cm，進(jìn)行拋光打磨處理，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaOH熱堿液脫脂、水洗后，再用質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的草酸水溶液在80°C下刻蝕2h，用去離子水沖洗干凈備用。預(yù)處理的目的是除去Ti板上的油污以及氧化膜。
[0026](2)涂覆 SnO2-Sb2O5中間層。將 SnCl 2.2H20 9g，SbCl3Ig,正丁醇 20g 和 1g 濃鹽酸組成的混合溶液(上述藥品均為分析純級(jí)別，濃鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3