[发明专利]一种长寿命多孔钛基二氧化铅电极材料的制备及应用

说明书

一种长寿命多孔钛基二氧化铅电极材料的制备方法，以多孔钛为基底材料，先将多孔钛碱蚀在其表面形成一层K₂Ti₄O₉；然后通过离子交换反应将K₂Ti₄O₉层转化为Pb_xTi₄O₉层；接着通过高温氧化煅烧过程将Pb_xTi₄O₉转化为钛/铅复合氧化物纳米线，形成Pb‑TiO_xNWs中间层；最后在Ti/Pb‑TiO_xNWs表面通过阳极氧化电沉积法得到Ti/Pb‑TiO_xNWs/PbO₂涂层电极材料，该电极材料可应用于生物难降解有机废水的电化学氧化处理。本发明在多孔钛基底表面原位生成了钛/铅复合氧化物纳米线中间层，一方面，利用Pb‑TiO_xNWs的三维网状空间结构和复合金属氧化物化学结构，提高了PbO₂涂层与中间层的结合力；另一方面，利用钛/铅复合氧化物中间层的稳定性阻挡了电解液对钛基的侵蚀，减缓了钛基钝化进程，从而显著延长了钛基PbO₂涂层电极的强化寿命。

技术领域

本发明属于新型电极材料技术领域，特别涉及一种长寿命多孔钛基二氧化铅电极材料的制备及应用。

背景技术

电化学氧化过程去除工业废水中有毒和难降解有机物的关键是具有电催化活性的电极材料。高稳定性、高活性、低成本是人们期望电极材料所具备的性质。PbO₂由于具有良好的导电和耐蚀性、较高的析氧过电位、较低的成本以及强的氧化能力，是研究和应用历史最久、也是最为广泛的氧化去除有机物的阳极材料之一，具有广阔的应用前景。PbO₂电极一般采用不活泼的Ti基材作为支撑，通过电化学沉积的方法获得PbO₂活性膜涂层材料，称为Ti基PbO₂形稳阳极(DSA)。该电极成本低廉、制备容易、利于实现自动化控制。在过去的几十年发展历程中，PbO₂形稳阳极已被广泛用于处理各种有机废水，并取得了很好的应用效果。

然而，由于电解液对电极的腐蚀以及电极本身涂层与基底结合力不强，钛基PbO₂阳极在水溶液电解领域的应用过程中会出现主要由钛基钝化引起的电极寿命不够高的问题。为此，研究者通过在钛基与PbO₂活性涂层之间增设中间层的方法来提高其稳定性，其中，α-PbO₂、MnO₂中间层的研究和应用较多，但是仍然不能满足实际应用对长寿命PbO₂电极的迫切需求。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种长寿命多孔钛基二氧化铅电极材料的制备及应用，选择适当孔径的多孔钛做为基底材料，先将多孔钛进行碱蚀，然后通过离子交换和煅烧过程在多孔钛表面原位生成钛/铅复合氧化物纳米线(Pb-TiO_xNWs)中间层；最后在Ti/Pb-TiO_xNWs表面通过阳极氧化电沉积法得到Ti/Pb-TiO_xNWs/PbO₂涂层电极材料。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种长寿命多孔钛基二氧化铅电极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将多孔钛置于KOH溶液中浸泡进行碱蚀，在其表面形成一层K₂Ti₄O₉；

(2)将步骤(1)得到的Ti/K₂Ti₄O₉置于Pb(NO₃)₂溶液中浸泡进行离子交换，形成Ti/Pb_xTi₄O₉；