本發(fā)明涉及電極領(lǐng)域，具體涉及一種透氣電極及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著地球上水資源的不斷被污染和水資源的不斷缺乏，消毒水處理顯得越來(lái)越重要?，F(xiàn)制次氯酸鈉消毒與其他消毒技術(shù)相比，優(yōu)勢(shì)明顯。但目前市場(chǎng)上的次氯酸鈉發(fā)生器存在電耗和鹽耗太高、電極使用壽命短等問(wèn)題，嚴(yán)重制約其大規(guī)模應(yīng)用，影響次氯酸鈉發(fā)生器性能并制約其應(yīng)用的關(guān)鍵之處在于電極材料。
專利[一種鈦陽(yáng)極的制備方法]公開(kāi)了一種鈦陽(yáng)極的制備方法，其先在鈦基體表面沉積一層惰性薄膜，然后再涂敷活性氧化物涂層。該方法雖然提高了鈦基體與涂層的粘結(jié)力，但惰性薄膜導(dǎo)電性差、抗氧滲透能力差，導(dǎo)致電極的電流效率降低、耐腐蝕性差，使得次氯酸鈉發(fā)生器的電耗和鹽耗增加，電極使用壽命短，不利于節(jié)能降耗。
專利[催化劑涂層及其使用和制備方法]公開(kāi)了一種采用電沉積法制備氯酸鈉的電極涂層，雖然電沉積法制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，但該專利中采用鈦板或鈦管作為承載金屬氧化物的基體，顯得比表面積小，導(dǎo)致電極電解效率低，次氯酸鈉發(fā)生器運(yùn)行成本高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是為了提供一種次氯酸鈉的發(fā)生效率更高的透氣電極的制備方法。
本發(fā)明的目的采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種透氣電極的制備方法，包括以下步驟：
1)制多孔鈦基體：制備孔隙度為30-45％、孔徑5-20μm、厚度為0.5-2mm的多孔鈦板，作為鈦基體；
2)鈦基體的表面處理；
3)前驅(qū)體沉積：將鈦基體置于含氯化鈦、氯化釕、氯化銥的ph為1-5的乙醇水溶液中沉積；
4)電解：以鉑電極為工作電極，以甘汞電極為參比電極，以步驟3)處理后的鈦基體為陰極，進(jìn)行電解，其中，工作電極與陰極間距為15-20mm，電沉積參數(shù)為：沉積浴溫度為1-8℃，陰極電流密度為15-30ma/cm2，電沉積時(shí)間為20-60min；
5)燒結(jié)：將步驟4)處理后的鈦基體置于高溫爐，升溫速率為5℃/min，升溫至450-470℃進(jìn)行燒結(jié)，得到透氣電極。
作為優(yōu)選，步驟1)中，鈦基體的孔隙度為43％、孔徑為17μm、厚度為1mm。
作為優(yōu)選，步驟2)中，表面處理的具體操作如下：將鈦基體置于5-20wt％naoh溶液中震動(dòng)，除去表面油污，再浸泡于15-25wt％草酸溶液中煮沸1-2h，除去表面氧化物。
作為優(yōu)選，所述naoh溶液的濃度為10wt％，草酸溶液的濃度為20wt％。
作為優(yōu)選，步驟3)中，乙醇與水的體積比為5-15:1；采用hcl調(diào)節(jié)ph。
作為優(yōu)選，步驟3)中，氯化銥的濃度為7-13mm/l，鈦釕銥的摩爾比為(5-7)：(1.4-1.8)：1。
作為優(yōu)選，步驟4)中，工作電極與陰極間距為17mm，電沉積參數(shù)為：沉積浴溫度為4℃，陰極電流密度為29ma/cm2，電沉積時(shí)間為46min。
作為優(yōu)選，步驟5)中，升溫速率為5℃/min，升溫至460℃燒結(jié)70min。
本發(fā)明的另一目的在于提供上述的方法制備的透氣電極。
相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明采用電化學(xué)沉積法在透氣多孔鈦基體沉積一層ruo2-iro2-tio2金屬氧化物，該制備方法相對(duì)于傳統(tǒng)的反復(fù)涂敷燒結(jié)的制備方法具有工藝簡(jiǎn)單，而且氧化物涂層更加致密，電極壽命更高。本發(fā)明制備的透氣電極的有效比表面積提高了數(shù)十倍，從而使電從而使得電解效率顯著提高，naclo產(chǎn)率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的電極，且鹽耗和電耗低，節(jié)能減排。
具體實(shí)施方式
下面，結(jié)合具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述：
實(shí)施例1
一種透氣電極的制備方法，包括以下步驟：
1)制多孔鈦基體：采用真空燒結(jié)法制備孔隙度為35％、孔徑7μm、厚度為1mm的多孔鈦板，作為鈦基體；
2)鈦基體的表面處理：將鈦基體置于10wt％的naoh溶液中震動(dòng)30min，沖洗干燥后，置于20wt％的草酸溶液中煮沸2h取出后沖洗干凈待用；
3)前驅(qū)體沉積：將步驟2)處理后的鈦基體置于含氯化鈦、氯化釕、氯化銥的ph為3的乙醇水溶液中沉積；其中乙醇水溶液中，乙醇與水的體積比為25:3；氯化鈦的濃度為54mm/l、氯化釕的濃度為14mm/l、氯化銥的濃度為8mm/l；
4)電解：以鉑電極為工作電極，以甘汞電極為參比電極，以步驟3)處理后的鈦基體為陰極，進(jìn)行電解，其中，工作電極與陰極間距為17mm，電沉積參數(shù)為：沉積浴溫度為2℃，陰極電流密度為17ma/cm2，電沉積時(shí)間為23min；
5)燒結(jié)：將步驟4)處理后的鈦基體置于高溫爐，升溫速率為5℃/min，升溫至460℃燒結(jié)70min，得到透氣電極。
實(shí)施例2
一種透氣電極的制備方法，包括以下步驟：
1)制多孔鈦基體：采用真空燒結(jié)法制備孔隙度為38％、孔徑11μm、厚度為1mm的多孔鈦板，作為鈦基體；
2)鈦基體的表面處理：將鈦基體置于10wt％的naoh溶液中震動(dòng)30min，沖洗干燥后，置于20wt％的草酸溶液中煮沸2h取出后沖洗干凈待用；
3)前驅(qū)體沉積：將步驟2)處理后的鈦基體置于含氯化鈦、氯化釕、氯化銥的ph為2的乙醇水溶液中沉積；其中乙醇水溶液中，乙醇與水的體積比為10:1；氯化鈦的濃度為57mm/l、氯化釕的濃度為16mm/l、氯化銥的濃度為9mm/l；
其中乙醇水溶液的配置方法如下：取110ml無(wú)水乙醇和11ml水進(jìn)行混合，加入計(jì)量的氯化鈦、氯化釕、氯化銥后采用hcl調(diào)節(jié)ph至2；
4)電解：以鉑電極為工作電極，以甘汞電極為參比電極，以步驟3)處理后的鈦基體為陰極，進(jìn)行電解，其中，工作電極與陰極間距為17mm，電沉積參數(shù)為：沉積浴溫度為3℃，陰極電流密度為22ma/cm2，電沉積時(shí)間為31min；
5)燒結(jié)：將步驟4)處理后的鈦基體置于高溫爐，升溫速率為5℃/min，升溫至460℃燒結(jié)70min，得到透氣電極。
實(shí)施例3
一種透氣電極的制備方法，包括以下步驟：
1)制多孔鈦基體：采用真空燒結(jié)法制備孔隙度為40％、孔徑13μm、厚度為1mm的多孔鈦板，作為鈦基體；
2)鈦基體的表面處理：將鈦基體置于10wt％的naoh溶液中震動(dòng)30min，沖洗干燥后，置于20wt％的草酸溶液中煮沸2h，沖洗干凈，待用；
3)前驅(qū)體沉積：將步驟2)處理后的鈦基體置于含氯化鈦、氯化釕、氯化銥的ph為3的乙醇水溶液中沉積；其中乙醇水溶液中，乙醇與水的體積比為10:1；氯化鈦的濃度為64mm/l、氯化釕的濃度為18mm/l、氯化銥的濃度為11mm/l；
其中乙醇水溶液的配置方法如下：取110ml無(wú)水乙醇和11ml水進(jìn)行混合，加入計(jì)量的氯化鈦、氯化釕、氯化銥后采用hcl調(diào)節(jié)ph至3；
4)電解：以鉑電極為工作電極，以甘汞電極為參比電極，以步驟3)處理后的鈦基體為陰極，進(jìn)行電解，其中，工作電極與陰極間距為17mm，電沉積參數(shù)為：沉積浴溫度為4℃，陰極電流密度為26ma/cm2，電沉積時(shí)間為39min；
5)燒結(jié)：將步驟4)處理后的鈦基體置于高溫爐，升溫速率為5℃/min，升溫至460℃燒結(jié)70min，得到透氣電極。
實(shí)施例4
一種透氣電極的制備方法，包括以下步驟：
1)制多孔鈦基體：采用真空燒結(jié)法制備孔隙度為40％、孔徑15μm、厚度為1mm的多孔鈦板，作為鈦基體；
2)鈦基體的表面處理：將鈦基體置于10wt％的naoh溶液中震動(dòng)30min，沖洗干燥后，置于20wt％的草酸溶液中煮沸2h，沖洗干凈待用；
3)前驅(qū)體沉積：將步驟2)處理后的鈦基體置于含氯化鈦、氯化釕、氯化銥的ph為3的乙醇水溶液中沉積；其中乙醇水溶液中，乙醇與水的體積比為10:1；氯化鈦的濃度為64mm/l、氯化釕的濃度為18mm/l、氯化銥的濃度為11mm/l；
其中乙醇水溶液的配置方法如下：取110ml無(wú)水乙醇和11ml水進(jìn)行混合，加入計(jì)量的氯化鈦、氯化釕、氯化銥后采用hcl調(diào)節(jié)ph至3；
4)電解：以鉑電極為工作電極，以甘汞電極為參比電極，以步驟3)處理后的鈦基體為陰極，進(jìn)行電解，其中，工作電極與陰極間距為17mm，電沉積參數(shù)為：沉積浴溫度為4℃，陰極電流密度為26ma/cm2，電沉積時(shí)間為39min；
5)燒結(jié)：將步驟4)處理后的鈦基體置于高溫爐，升溫速率為5℃/min，升溫至460℃燒結(jié)70min，得到透氣電極。
實(shí)施例5
一種透氣電極的制備方法，包括以下步驟：
1)制多孔鈦基體：采用真空燒結(jié)法制備孔隙度為43％、孔徑17μm、厚度為1mm的多孔鈦板，作為鈦基體；
2)鈦基體的表面處理：將鈦基體置于10wt％的naoh溶液中震動(dòng)30min，沖洗干燥后，置于20wt％的草酸溶液中煮沸1-2h，沖洗干燥；
3)前驅(qū)體沉積：將步驟2)處理后的鈦基體置于含氯化鈦、氯化釕、氯化銥的ph為4的乙醇水溶液中沉積；其中乙醇水溶液中，乙醇與水的體積比為10:1；氯化鈦的濃度為66mm/l、氯化釕的濃度為19mm/l、氯化銥的濃度為13mm/l；
其中乙醇水溶液的配置方法如下：取110ml無(wú)水乙醇和11ml水進(jìn)行混合，加入計(jì)量的氯化鈦、氯化釕、氯化銥后采用hcl調(diào)節(jié)ph至4；
4)電解：以鉑電極為工作電極，以甘汞電極為參比電極，以步驟3)處理后的鈦基體為陰極，進(jìn)行電解，其中，工作電極與陰極間距為17mm，電沉積參數(shù)為：沉積浴溫度為4℃，陰極電流密度為29ma/cm2，電沉積時(shí)間為46min；
5)燒結(jié)：將步驟4)處理后的鈦基體置于高溫爐，升溫速率為5℃/min，升溫至460℃燒結(jié)70min，得到透氣電極。
對(duì)比例
以鈦板作為鈦基體，按照金屬離子摩爾比ru：ir：ti＝20:20:60將三氯化釕、氯銥酸、三氯化鈦溶于正丁醇中，然后涂敷在鈦基體上進(jìn)行熱解。烘干后于450℃燒結(jié)10min，重復(fù)15次，最后一次燒結(jié)60min。
檢測(cè)試驗(yàn)
1.電極參數(shù)測(cè)試
對(duì)實(shí)施例1-5和對(duì)比例得到的電極進(jìn)行電極涂層厚度、析氯電位、析氧電位和強(qiáng)化壽命測(cè)試，其結(jié)果如表1所示。
表1電極參數(shù)測(cè)試結(jié)果
從表1中，由實(shí)施例1-5與對(duì)比例的比較可知，采用本發(fā)明提供的方法制備的透氣電極，其析氯電位遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)方法制備的電極，且析氧電位高，強(qiáng)化壽命長(zhǎng)?？紫堵室欢〞r(shí)，孔徑越小，比表面積越大，但孔徑太小會(huì)限制涂層厚度和電解液的流動(dòng)。因此，存在一個(gè)最佳的孔徑大小和涂層厚度使得電極綜合性能最佳。當(dāng)孔徑15μm，沉積浴溫度為4℃，陰極電流密度為26ma/cm2，電沉積時(shí)間為39min時(shí)制備的透氣電極性能最佳。
2.電極電解評(píng)估
將實(shí)施例1-5以及對(duì)比例得到的電極在次氯酸鈉試驗(yàn)電解槽系統(tǒng)中作為陽(yáng)極被評(píng)估。在試驗(yàn)電解槽系統(tǒng)中，儲(chǔ)鹽水室裝有鹽水電解液，電解液借助蠕動(dòng)泵不斷進(jìn)入電解槽，其流速是用流量計(jì)測(cè)量的并且是通過(guò)調(diào)節(jié)電解槽的流量閥實(shí)施控制的。電解槽有電極，陽(yáng)極面積是100cm2，陰極是用純鈦制成，工作電極與陰極間距是3mm，來(lái)自直流穩(wěn)流電源的外加電壓5v，電流控制為15a。
試驗(yàn)系統(tǒng)是在下述條件下連續(xù)操作的：
溫度：25℃
電流密度：1.5ka/m2
工作電極與陰極間距：3mm
鹽水濃度：3％
鹽水流速：6l/h
分別用碘量滴定法測(cè)量naclo的濃度，記錄電解液溫度和電解槽電壓；分別對(duì)實(shí)施例1-5以及對(duì)比例得到的電極的電流效率、電耗和鹽耗進(jìn)行計(jì)算；其結(jié)果如表2所示。
從表2中，由實(shí)施例1-5與對(duì)比例的比較可知，采用本發(fā)明提供的方法制備的透氣電極，naclo產(chǎn)率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的電極，且鹽耗和電耗低?？紫堵室欢〞r(shí)，孔徑越小，比表面積越大，但孔徑太小會(huì)限制涂層厚度和電解液的流動(dòng)。因此，存在一個(gè)最佳的孔徑大小和涂層厚度使得電極綜合性能最佳。實(shí)施例4制備的透氣電極在電解過(guò)程中電解效率最高、電耗和鹽耗最低。
對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各種相應(yīng)的改變以及形變，而所有的這些改變以及形變都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。