一種水處理用電催化電極中層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種水處理用電催化電極中層的制備方法，以該電極中層制備的氧化鉛電極具有結(jié)合力強(qiáng)，穩(wěn)定性高、電極壽命長的特點(diǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，我國工業(yè)廢水年排放量達(dá)200多億噸，工業(yè)廢水成分的復(fù)雜性和國家不斷提高的排放標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致大量建成的化工、石化、農(nóng)藥和焦化等工業(yè)廢水處理裝置面臨提標(biāo)壓力。目前的污水處理技術(shù)主要包括物理處理法、化學(xué)處理法和生物處理法，這些處理方法有著各自的優(yōu)越性，同時也存在著一些不足之處。特別是對于那些有毒難降解的有機(jī)污染物，這些方法大部分都不合適。如何及時有效的處理廢水中的此類污染物已成為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。
[0003]電化學(xué)水處理技術(shù)具有操作方便、便于安置、工藝靈活、處理徹底等優(yōu)勢，在工業(yè)廢水深度處理中得到了良好的應(yīng)用。電催化高級氧化技術(shù)對污染物的降解無選擇性，能對工業(yè)廢水中不同類型的有毒有機(jī)物實(shí)現(xiàn)高效催化分解和深度凈化，在化工、石化、農(nóng)藥和焦化等工業(yè)廢水深度處理中顯示出較大的應(yīng)用潛力。但在工程化過程中，存在電催化電極壽命短、能量效率低、系統(tǒng)化程度不高等問題，限制了其大規(guī)模推廣應(yīng)用。在電催化水處理技術(shù)中，電極材料處于核心地位，是實(shí)現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)及提高電解效率的關(guān)鍵因素。電極材料的性能、穩(wěn)定性及生產(chǎn)成本等因素限制了電化學(xué)高級氧化法在工業(yè)廢水治理中的廣泛應(yīng)用。
[0004]氧化鉛電極在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用已有70多年，作為一類“非活性”電極材料，在應(yīng)用時具有析氧過電位高、耐腐蝕、價格低廉等獨(dú)特優(yōu)勢。然而，由于傳統(tǒng)氧化鉛固有的內(nèi)部畸變，存在沉積層內(nèi)應(yīng)力大、鍍層不穩(wěn)定、壽命短等缺陷，限制了該材料在廢水治理中的工業(yè)應(yīng)用。最初的鈦基氧化鉛陽極是在鈦基體上直接電沉積氧化鉛制備的，當(dāng)陽極極化后，基體與鍍層的界面處生成導(dǎo)電性差的氧化鈦，使得鍍層容易脫落，從而導(dǎo)致陽極失效。因此，二氧化鉛陽極存在鍍層質(zhì)量差、與基體結(jié)合不牢固、陽極壽命短等缺點(diǎn)。
[0005]為提高鍍層與鈦基體的結(jié)合力，延長陽極的壽命，研究人員開發(fā)了含中間層的鈦基二氧化鉛陽極。如專利CN201110044764.7公開了一種鈦基體上采用熱分解法制備含鉭中間層的方法，含鉭中間層對鈦基體有更好的保護(hù)，延緩鈦基體鈍化，提高氧化物電極的穩(wěn)定性，延長使用壽命；專利CN201110195199.4則公開了一種在鈦板主體的表面涂敷有3?7層錫銻氧化物作為電極的中間層的方法，該方法可提高電極的析氧電位，延長使用壽命，有效提高電催化氧化反應(yīng)體系的電流效率和電極使用壽命；專利CN201310153286.2公開了一種含冷噴涂鉭中間層的金屬氧化物陽極的制備方法，該涂層制備工藝簡單，原理可靠，制備的電極工作電流密度高，耐擊穿電位高，穩(wěn)定性好，使用壽命長；李海寶等(碩士論文，蘭州理工大學(xué)，2013年)報道了一種Eu3+摻雜錫銻中間層Ti/氧化鉛電極的制備方法，發(fā)現(xiàn)通過添加中間層對電極進(jìn)行的進(jìn)一步改進(jìn)，可以使電極在電化學(xué)性能、催化性能、電化學(xué)壽命上都有明顯的提高，達(dá)到了電極改性的目的；孔海申等(第六屆全國環(huán)境化學(xué)大會暨環(huán)境科學(xué)儀器與分析儀器展覽會，2011年)以提高二氧化鉛電極穩(wěn)定性和活性為目的，分別在鈦基體與二氧化鉛活性層之間引入三種固溶度良好的二元金屬氧化物，發(fā)現(xiàn)這些涂層具有較高的穩(wěn)定化性能，能顯著延長電極的使用壽命。
[0006]然而，目前的中間層制備技術(shù)中存在一定的問題。如，為了獲得實(shí)際的使用效果，往往需要多次“涂刷-干燥-燒結(jié)”，只有涂層達(dá)到一定的厚度才能滿足實(shí)際的使用壽命要求，因而貴金屬用量大，成本高；另一方面，現(xiàn)有的涂層多為金屬氧化物半導(dǎo)體或者多種金屬氧化物的固溶體，電導(dǎo)率較低，在實(shí)際使用過程中因電流熱效應(yīng)導(dǎo)致涂層過熱，不利于保持電解過程中的體系溫度恒定；此外，涂層的電導(dǎo)率過高，會導(dǎo)致大量的電能轉(zhuǎn)化為熱量損失掉，降低了電催化過程的能量效率，限制了實(shí)際使用的經(jīng)濟(jì)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有電極中間層制備技術(shù)存在的不足，涉及一種以超音速火焰噴涂法制備釔鋇銅氧-氧化錫電極中間層的方法，該方法制備的電極材料具有較低的背景電流和較寬的電化學(xué)窗口，顯著提高了電極涂層間的結(jié)合力，延長了電極使用壽命，并降低了電催化過程的單位能耗。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一技術(shù)方案，以超音速火焰噴涂法制備釔鋇銅氧-氧化錫電極中間層的方法，其特征在于，包括如下制備步驟:
[0009]I)以1: 4: 6的質(zhì)量比分別稱取氧化釔、碳酸鋇和氧化銅，充分混合后置于球磨機(jī)內(nèi)，選取直徑為1mm的不銹鋼磨球，控制球粉比為15: 1，球磨速度為250rpm，球磨時間為12h，分散成直徑小于20nm的顆粒粉末，并置于馬弗爐中，在氬氣保護(hù)下控制焙燒溫度900°C 焙燒 3h ；
[0010]2)將焙燒后的納米顆粒加入質(zhì)量濃度為I %的檸檬酸水溶液中，形成納米顆粒質(zhì)量濃度為20%的懸濁液，并添加質(zhì)量濃度為1.5%的聚乙烯醇(聚合度50)，2.5%的聚乙二醇(聚合度200)為粘結(jié)劑和分散劑，并將其與等體積的質(zhì)量濃度為25%的四氯化錫鹽酸水溶液(pH2.0)混勻配置成漿液；
[0011]3)將該漿液置于噴霧干燥機(jī)內(nèi)，控制噴射壓力2Mpa，在熱氣流中噴霧造粒后收集顆粒，置于馬弗爐中，在空氣氣氛中，在950°C下焙燒3h，制成團(tuán)聚顆粒；
[0012]4)選取厚度1mm，長寬均為10mm的純鈦板，首先以質(zhì)量濃度為10%的氫氧化鈉溶液對鈦基體進(jìn)行除油處理，而后以200目的細(xì)砂紙對其連續(xù)打磨20min，浸泡于質(zhì)量濃度為15%的草酸溶液中12h ;
[0013]5)取出鈦基板，自然晾干后，控制氧氣和空氣流量為20000L/h，丙烷流量4000L/h，送粉速率45g/min，噴涂距離為25cm，利用超音速火焰噴涂設(shè)備在鈦基體表面形成釔鋇銅氧-氧化錫中間層。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果:
[0015]I)工藝過程簡單，便于推廣；
[0016]2)過程安全可靠，無毒害及二次污染；
[0017]3)制備的