[发明专利]一种二氧化锰电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电催化氧化水处理技术领域，具体涉及一种二氧化锰电极的制备方法。

背景技术

有机污染物，尤其是芳香族有机物是工业废水的主要成份。传统的废水处理方法无法有效的去除这些有毒、高危、难降解有机物。高级氧化技术（AOP）具有操作简单、反应条件温和、处理废水无需很多化学药品、后处理简单等优点，在难生物降解废水的处理方面表现出了高效的降解能力，日渐成为水污染控制领域中的一个研究热点。高级氧化技术中尤其以电催化氧化技术备受关注，由于电催化氧化技术引入羟基自由基，对有机污染物具有较完全的氧化降解能力，特别是电催化氧化方法可以使非生化降解的有机物转化为可生化降解的有机物(如芳香类物质开环氧化为脂肪酸)，或使有毒有害的有机物转化为低毒无害的物质，提高可生化性，因此电化学氧化技术在难生化降解有机物的预处理方面有良好的应用前景。

目前电催化氧化技术中应用较多的是钛基SnO₂电极或钛基PbO₂电极，而二氧化锰电极目前报道的较少。二氧化锰作为一种重要的无机功能材料，是一种常温下非常稳定的黑色或棕色粉末状固体，在催化和电池电极材料等领域已得到广泛应用。锰氧化物所具有的氧化还原性为其降解有机污染物提供了热力学依据，它在反应中所起的催化作用使其降解有机污染物在动力学上成为可能。陈野等应用阳极电沉积法制备了钛基二氧化锰( Ti/MnO₂) 电极，以苯酚为目标有机物，评价了该电极电催化氧化性能，降解7h去除率达49.6%（参见：陈野，赵文丽，温青. 阳极电沉积Ti/MnO₂电极及其苯酚降解的电催化性能. 电化学，2011，17（2）：199-202）。

另外泡沫镍具有多孔的三维网状结构，比表面积大，孔率达97%，而且强度和韧性也较好。而采用泡沫镍基体制备二氧化锰电极，并将其用于难生物降解有机污染物的研究尚未见报道。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种二氧化锰电极的制备方法。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种二氧化锰电极的制备方法，包括以下步骤：以泡沫镍为阴极、金属钛板为阳极，在硝酸锰溶液中进行电化学还原反应，得到镍基体；以所述镍基体为阳极、金属钛板为阴极，以氢氧化钾溶液为电解液进行电化学氧化反应，得到二氧化锰电极；所述硝酸锰溶液的pH值为1～5。

上述技术方案中，电化学还原反应的温度为20～90℃；时间为1小时；电流密度为10～70mA/cm²。

上述技术方案中，硝酸锰溶液的密度为1.1～1.5g/cm³；pH值优选为2～4。体系pH过低，极板容易腐蚀；pH过高，泡沫镍微孔中不易生成Mn(OH)₂。

优选的技术方案中，将镍基体水洗干燥后进行电化学氧化反应。

上述技术方案中，调节硝酸锰溶液pH值的试剂为硝酸。硝酸的浓度没有特别限定。

上述技术方案中，电化学氧化反应的温度为室温；时间为4小时；电流密度为70mA/cm²。

上述技术方案中，电化学氧化反应中，氢氧化钾溶液的浓度为0.5mol/L。

本发明通过电化学还原反应在泡沫镍的微孔中沉积Mn(OH)₂，得到镍基体；通过电化学氧化反应使镍基体中的Mn(OH)₂转变为MnO₂，得到二氧化锰电极。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1．本发明将二氧化锰负载在泡沫镍基体上，得到三维网状结构的二氧化锰电极，具有高比表面积、高孔率，二氧化锰填充量大，催化活性点多，催化活性大。

2．本发明公开的制备方法可清除掉与电极表面结合不牢的浮粉，使活性物质的结晶微细化，晶格缺陷和真实表面积增大，进一步增加电极催化活性。

3. 本发明公开的制备方法反应条件温和、反应操作过程简单可控，得到的产物二氧化锰电极催化效率高，对邻甲基苯酚的去除率在降解3小时后最高达到92.2%，远高于现有技术中降解7小时达到49.6%的降解率；而且该电极降解苯酚的槽压较低，且基本稳定在3.6-3.7V左右，适合于工业化应用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例一