[发明专利]一种新型钛基二氧化铅电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型钛基二氧化铅电极及其制备方法，并将其用于高效去除水中的有机污染物，具体是一种高吸附性能颗粒(如粉末活性炭或者壳聚糖)和一种活性金属(如铋、镍、镧、铈、铒)改性的含氟钛基二氧化铅电极，在通电的情况下可将水中的有机污染物高效氧化，属于水处理技术的应用领域。

背景技术

PbO₂具有类似金属的良好导电性，钛基PbO₂电极在水溶液中电解时具有析氧电位高，氧化能力强、耐蚀性好、导电性好、可通过大电流等特性。该电极在原料来源与价格等方面与铂电极、镀铂电极或其它贵金属电极相比较，具有突出的优点。此外，这种阳极还可以加工成各种形状，用过的或损坏的阳极可以重镀再生。因此，钛基PbO₂电极目前已经成功地应用在许多无机和有机化合物电解生产、环境污染控制等方面。目前，钛基二氧化铅电极在使用过程中存在PbO₂沉积层与基体结合不紧密、PbO₂沉积层内应力大、易剥落等问题。

近年来，许多研究人员致力于对PbO₂电极表面进行化学修饰，即在PbO₂沉积层中掺杂活性物质，以进一步改善该电极性质，有效减小内应力，提高电流效率，实现电极的功能设计。Leonardo等(Leonardo et al.，Chemosphere，2007，2035-2043.)为了提高二氧化铅电极降解染料废水的催化活性和稳定性，研究了Fe³⁺、F-掺杂的PbO₂电极性能，结果表明，掺杂Fe³⁺、F-的PbO₂电极对水中TOC去除率2小时达到了95％以上，比未掺杂的PbO₂电极提高了13％左右。Manea等(Manea et al.Rev.Chim.，2005，56：266-271.)将Co²⁺掺杂到PbO₂电极中，电极稳定性明显提高。

电化学氧化水中有机污染物作为一种环境友好技术，近年来在环境污染治理领域越来越受到人们的重视。如何制备出高效能稳定电极，提高电流效率是该领域研究的一个主要问题。为此，我们提出将活性金属(如铋、镍、镧、铈、铒)和高吸附性能颗粒(如粉末活性炭或者壳聚糖)通过共沉积方法掺杂在PbO₂沉积层中，一方面通过提高电极材料的吸附性能，提高电化学催化氧化效率；另一方面可以有效减小PbO₂沉积层的内应力，提高电极使用寿命。

发明内容

本发明的目的是：制备一种掺杂高吸附性能颗粒(如粉末活性炭或者壳聚糖)和活性金属(如铋、镍、镧、铈、铒)的含氟钛基二氧化铅电极，并利用该电极催化氧化水中的有机污染物。制得的电极具有造价低、活性高、电极寿命长等优点。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种新型钛基二氧化铅电极，以钛材料为载体，由钛基体表面由内至外依次为锡锑氧化物底层、α-PbO₂中间层、掺杂一种活性金属(如铋、镍、镧、铈、铒)和一种高吸附性能颗粒(如粉末活性炭、壳聚糖)的含氟β-PbO₂表面层。

一种新型钛基二氧化铅电极的制备方法，先将钛基体酸刻蚀后，利用四氯化锡和三氯化锑丁醇混合溶液涂覆钛基体表面，自然晾干后，在105—120℃下干燥10-30分钟，按此步骤，重复涂覆和干燥2-4次，再于500-550℃下高温分解2-4小时，自然冷却至室温，按照以上步骤，重复涂覆、干燥和高温分解至少2次；然后将其作为阳极，在溶解有PbO的氢氧化钠电镀液(A)中电沉积α-PbO₂中间层，沉积时间为0.5-1小时，沉积温度为20-50℃，电沉积的阳极电流密度为5-15mA/cm²；水洗去浮物后，将其作为阳极，在混有一种高吸附性能颗粒(如粉末活性炭或者壳聚糖)和一种活性金属(如铋、镍、镧、铈、铒)的酸性含氟铅溶液(B)中，电沉积掺杂一种活性金属(如铋、镍、镧、铈、铒)和一种具有高吸附性能颗粒(如粉末活性炭或者壳聚糖)的含氟β-PbO₂表面层，沉积时间为0.5-1小时，沉积温度为20-50℃，电沉积的阳极电流密度为5-15mA/cm²。