[发明专利]一种含有中间层的纳米结构DSA电催化电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电催化电极的制备方法。

背景技术

目前，DSA电极主要应用于硫酸、氯碱工业，其功能是析氧和析氯，而在废水处理方面，寿命较长的DSA电极，如Ti/RuO₂、Ti/IrO₂电极，其析氧过电位较低，对有机物催化降解能力差，电极的电催化性能不能满足废水处理的实际需要；电催化性能很好的DSA电极，如Ti/SnO₂、Ti/PbO₂电极，由于寿命较短，同样不能满足实际需要，并且电极表面涂层不致密、易脱落。DSA电催化电极制备方法工艺复杂，原料混合不均匀，影响最终产品质量。

“专利号为ZL200610010182.6，名称为一种纳米结构形稳阳极的制备方法”的专利中公开了纳米结构形稳阳极的制备方法，虽然解决了电极表面涂层不致密的问题，但是依然存在涂层易脱落，电极涂层组分溶解，以及在使用过程中涂层与基体间形成了不导电的TiO2氧化物层，导致电极的钝化、失活等问题，造成电极稳定性差、寿命短。因此，亟待制备同时具有长寿命和高催化性能的电极。

发明内容

本发明目的是为了解决现有DSA电催化电极存在稳定性差、寿命短的问题，而提供一种含有中间层的纳米结构DSA电催化电极的制备方法。

一种含有中间层的纳米结构DSA电催化电极的制备方法，按以下步骤实现：

一、配制0.01～5mol/L金属元素的氯化物或硝酸盐的醇溶液，以浸渍法或涂刷法在经过预处理的钛基体上涂膜，在60～150℃下干燥，此过程重复进行1～10次，然后在300～600℃下热处理5～30min，此过程重复进行1～15次，再在300～600℃下热处理0.5～2h，得到具有纳米金属氧化物中间涂层的钛基体；

二、配制0.01～2mol/L半导体材料氯化物或硝酸盐的水溶液，然后加入稀土元素的硝酸盐或氯化物的水溶液、SbCl₃的水溶液和络合剂，搅拌至络合剂全部溶解，再滴加到0.01～2mol/L的沉淀剂中，得到白色沉淀；

三、白色沉淀静置分层后过滤，并洗涤1～5次，然后在室温至150℃下干燥0.5～2h，得到淡黄色沉淀，再置于蒸馏水中，在50～90℃水浴下加入胶溶剂直至淡黄色沉淀全部溶解，然后加入分子量为200～6000的聚乙二醇，得到粘度为1×10^-3～50×10^-3Pa·S的溶胶；

四、将具有纳米金属氧化物中间涂层的钛基体浸渍在步骤三所得溶胶中，取出后在60～150℃下干燥后得到凝胶，此过程反复进行1～10次，然后采用梯度升温法进行热处理，再自然降温，即完成含有中间层的纳米结构DSA电催化电极的制备。

本发明中增加的纳米金属氧化物中间涂层，选择的是具有较高析氧过电位的材料，进行电化学反应时析氧困难，同时致密中间层的存在又阻挡了活性氧向基体的扩散和渗透，使基体与活性层之间不导电的TiO₂膜形成的速度减慢，延缓了钛基体的钝化。此外，中间层与钛基体和纳米结构涂层形成稳定的连续固溶体，使电极具有很好的结合力，可显著增强电极使用寿命，增强电极的稳定性和电催化性能，还可耐气体侵蚀，不使活性涂层过早剥落。

本发明提供一种含有中间层的纳米结构DSA电催化电极的制备方法，工艺简单、操作简便；具有较高的氧析出电位；电解时通过产生羟基自由基实现对有机物的广谱、无选择性氧化降解；纳米结构涂层由稀土掺杂半导体材料构成，并增大了电极的比表面积，实现对有机物的高效降解，与非纳米结构的同类电极相比较，处理等量有机物，完全降解需要的时间减少了17％，可见电极电催化性能得到大幅度提高；由于金属氧化物中间层的存在，使电极具有较好的稳定性，与同类电极相比，有了大幅度提高，可连续使用1年以上；涂层表面致密、不易脱落，寿命长，可满足废水处理的实际需要。

附图说明

图1是实施例中Ti/SnO₂电极的表面形貌图；

图2是实施例中Ti/Ru/Ce-SnO₂电极的表面形貌图；

图3是实施例中Ti/Ru/Ce-SnO₂电极与Ti/SnO₂电极的在稳定性实验中槽电压的变化情况图，其中●表示Ti/SnO₂电极，■表示Ti/Ru/Ce-SnO₂电极。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。