[发明专利]一种三维有序多孔二氧化铅膜电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电催化电极制备技术领域，具体涉及了一种三维有序多孔二氧化铅膜电极的制备方法及其在难降解有机物处理中的应用。

背景技术

电化学氧化法以其高效性、环境友好等独特的优点，在处理难降解有机废水领域引起了广泛的关注。但是，传统的电化学体系中，由于传质速度和时空效率的限制，存在处理效率低，能耗高等缺陷，且这些问题在传统电化学体系中难以解决。近年来，研究发现具有三维多孔膜电极的过滤式反应器可以显著增强传质以及促进电子转移(S.T.Lohner,D.Becker,K.-M.Mangold,A.Tiehm,Sequential(2011).Reductive and Oxidative Biodegradation of Chloroethenes Stimulated in a Coupled Bioelectro-Process.Environmental Science&Technology,45,6491-6497.)。

已经有很多阳极材料作为三维多孔膜电极被成功应用于过滤模式电化学体系并在水处理中取得良好效果，比如CNTs、Ti₄O₇、RuO₂和SnO₂(J.Yang,J.Wang,J.Jia,(2009).Improvement of Electrochemical Wastewater Treatment through Mass Transfer in a Seepage Carbon Nanotube Electrode Reactor,Environmental Science&Technology,43,3796-3802.)。但是，这些常用的阳极材料仍存在很多缺陷，比如，CNTs价格昂贵且抗污染性差，Ti₄O₇制备复杂、危险性高，RuO₂析氧点位低，SnO₂导电性差、寿命短。相较于前面几中阳极材料，PbO₂有着突出机械强度和电子性能。但是，电沉积获得的PbO₂电极具有紧密且平整的晶体表面形态，这种PbO₂活性层会堵塞多孔基体，使在过滤模式下液体通量通量低，并且电极的活性面积小。因此，开发新型的制备工艺，使制得的PbO₂膜电极能在过滤模式下应用于有机废水的处理中，具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有电化学氧化技术中电极电催化效率低，能耗高的不足，本发明提供了一种电催化效率高、能耗低、具有电催化-过滤协同作用的新型三维有序多孔PbO₂膜电极。

本发明的技术方案为：一种三维有序多孔PbO₂膜电极，有多孔钛基体，掺锑二氧化锡中间层和三维有序多孔PbO₂活性层组成。

所述的三维有序多孔二氧化铅膜电极通过如下方法制得：首先在多孔钛基体上制备出掺锑二氧化锡中间层，再以聚苯乙烯小球单分散液作为模板剂，经过自然沉降组装在中间层上，然后通过电沉积法在模板剂间隙制备二氧化铅活性层，最后溶解模板剂制得三维有序多孔二氧化铅膜电极。

本发明还提供了上述膜电极的制备方法，一种三维有序多孔PbO₂膜电极的制备方法，具体步骤如下：

步骤1，将多孔钛板表面打磨光滑、清洗干净、在适当酸溶液中进行刻蚀，刻蚀时间为20～60min，温度为80～100℃，然后取出钛板，冲洗干净得到多孔钛基体；

步骤2，将多孔钛基体在柠檬酸、溶剂、五水合四氯化锡和三氯化锑的混合溶液中进行浸渍刷涂，柠檬酸、乙二醇、五水合四氯化锡和三氯化锑的摩尔比为120～150:25～45:7～10:1，干燥，重复此步骤，450-500℃焙烧制得具有掺锑二氧化锡中间层的多孔电极；

步骤3，将具有掺锑二氧化锡中间层的多孔电极浸泡在直径为0.5～5μm的聚苯乙烯小球单分散液中，单分散液的浓度为10～25％，经过自然沉降后在40～60℃烘干，制得组装有聚苯乙烯小球的多孔电极上；