電極的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及的是一種具有高催化活性的三維大孔結(jié)構(gòu)電極的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著現(xiàn)代科技與工業(yè)迅猛發(fā)展，生態(tài)環(huán)境造成了極大破壞。其中，水環(huán)境的污染和危害程度已經(jīng)成為亟待解決的全球性問題。每年都有許多染料廢水排放到環(huán)境中，其種類和排放量也在日益增長。這類廢水降解緩慢、種類復雜、含量高、可生化性差的特點，一直是水處理領(lǐng)域的難點。
[0003]在電催化氧化中陽極材料處于核心地位，其性質(zhì)對電化學反應影響很大，不僅影響著電氧化反應的過程，還影響其降解效果。而二氧化鉛電極具有良好的導電性、較高的電催化性能和較長的使用壽命等優(yōu)點而引起國內(nèi)外研究者們的濃厚興趣，其在污染物電催化降解領(lǐng)域具有很好的發(fā)展前景。目前研究者們提高二氧化鉛電極電催化降解性能的方法主要通過摻雜Bi3+、Co2\ Ce4+等金屬離子或者復合T1 2、ZrO2等納米顆粒。通過上述方法制得的二氧化鉛電極均為二維平面結(jié)構(gòu)，污染物分子只能與電極外表面接觸，電極有效電催化活性面積仍然較小，對電催化性能的提升作用有限。而三維大孔結(jié)構(gòu)具有較大的傳輸通道，有利于污染物分子進入孔道內(nèi)，有效擴大電極的電催化面積，目前已經(jīng)成為二氧化鉛電極研究的一個全新方向。
[0004]目前的三維結(jié)構(gòu)的二氧化鉛電極報道中，主要是采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)模板法，(Fabricat1n and enhanced electrocatalytic activity of 3D highlyorderedmacroporousPb02electrode for recalcitrantpoIlutant incinerat1n.ShouningChai，Guohua Zhao, Yujing Wang, Ya-nan Zhang, Yanbin ffanga, Yefei Jinj XiaofengHuang.1SSN:0926-3373)此方法制備出的三維結(jié)構(gòu)孔徑較小，因此活性催化面積較小。其次這種模板法制備步驟比較復雜，需要在得到的Ti/Sn02-Sb205電極基礎(chǔ)上，覆蓋上聚乙烯吡咯烷酮(PVP)在這個基礎(chǔ)上再進行沉積二氧化鉛過程，沉積步驟完成后還需將聚乙烯吡咯燒酮(PVP)用丙酮等溶劑脫去。還有國外相關(guān)課題組(Oxygen Bubble Templated AnodicDeposit1n of Porous PbO2.NicolaComisso, Sandro Cattarin, Paolo Guerriero, LucaMattarozzi, Marco Musiani, Enrico Verlat0.1SSN: 1388-2481)，使用了恒電流法制備了三維大孔結(jié)構(gòu)的二氧化鉛電極，但該方法制備的二氧化鉛電極孔徑較小，貫通結(jié)構(gòu)不明顯即催化活性面積小不利于催化反應的進行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對摻雜離子或復合顆粒等二維平面結(jié)構(gòu)PbO2電極存在的有效電催化活性面積小、催化活性低以及用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等為模板制備三維大孔結(jié)構(gòu)PbO2電極制備工藝復雜、成本較高的不足，提供一種具有高催化活性的三維大孔結(jié)構(gòu)Pb02電極的制備方法，該方法采用恒電位法制備PbO2電極，使析氧反應與二氧化鉛的電沉積過程同時進行，利用析出的氧氣泡作為動態(tài)模板，通過對電位和沉積時間的控制，保證了所得電極的三維結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，并保證電極不發(fā)生脫落情況，確保了電極的壽命，制得的三維PbO2電極具有連續(xù)貫通的大孔結(jié)構(gòu)。該電極用于水處理領(lǐng)域，效果良好。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0007]—種具有高催化活性的三維大孔結(jié)構(gòu)PbO2電極的制備方法，包括以下步驟:
[0008](I)將預處理后的Ti板作為基體，向其涂覆混合溶液后，在100°C下烘干10-30min ;然后重復涂覆一烘干的步驟，最終涂覆量為每平方厘米的Ti涂覆1-100克混合溶液，再使用箱式電阻爐在300-700°C下熱氧化30-180min，得到Ti/Sn02_Sb205電極；
[0009]所述的混合溶液由SnCl2.2H20、SbCl3、正丁醇和濃鹽酸混合而成，其質(zhì)量比為SnCl2.2H20:SbCl3:正丁醇:濃鹽酸=(9-1): (1-9): (20-50): (5-10)；
[0010](2)將上步得到的Ti/Sn02-Sb205電極用于電沉積三維大孔結(jié)構(gòu)PbO^極鍍層:鍍液組成為0.1-0.5mol/L Pb (NO3) 2，0_lg/L NaF，使用HN(Vl#pH調(diào)至0_5，其余為水；電鍍時，以鉛板為陰極，Ti/Sn02-Sb205電極為陽極進行電沉積，工藝參數(shù):恒電位3.0-8.0V，室溫下沉積時間為1000s-8000s，最后得到具有三維大孔結(jié)構(gòu)的PbO2電極。
[0011]所述的預處理是將Ti基體裁剪好后進行拋光打磨，隨后用10-20%的NaOH熱堿液脫脂、水洗后，再用10-50%的草酸水溶液在80°C下刻蝕l_2h，最后去離子水沖洗干凈。
[0012]所述的步驟⑵中的NaF的濃度優(yōu)選為0.05?lg/L。
[0013]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明提供的是一種具有高催化活性的三維大孔結(jié)構(gòu)的PbO2電極的制備方法。該方法使用的Ti基體價格低廉，使用涂覆法制備的中間層操作方法簡便，易于制備。在該中間層的基礎(chǔ)上，采用控制電位法，使析氧反應與二氧化鉛的電沉積過程同時進行，利用析出的氧氣泡作為動態(tài)模板，制得的三維Pb02i極具有連續(xù)貫通的大孔結(jié)構(gòu)，極大的提高了比表面積，有利于污染物分子進入孔道內(nèi)，有效地擴大了電催化反應面積，從而提高了電催化活性和催化效率。
[0014]二氧化鉛電極作為不溶性陽極在水處理領(lǐng)域有很好的發(fā)展前景，本發(fā)明制備的三維大孔結(jié)構(gòu)PbO2電極與普通平面結(jié)構(gòu)的純二氧化鉛電極相比，極大的提高了電催化活性面積，可使電極性能大幅度提高。在水處理領(lǐng)域，有機廢水是較難降解的幾種廢水之一，因此本發(fā)明采用三維大孔結(jié)構(gòu)PbO2電極作為陽極，鉛板作為陰極，直流電源供電，使用亞甲基藍有機染料作為目標污染物，模擬工業(yè)廢水環(huán)境，對亞甲基藍有機染料進行電催化降解，作為實驗組；使用普通平面結(jié)構(gòu)的純二氧化鉛電極作為陽極，其余條件不變，對亞甲基藍有機染料進行電催化降解，作為對照組。亞甲基藍溶液的體積為10ml，濃度為50mg/L，電流密度20mA/cm2。電解90min后，三維大孔結(jié)構(gòu)Pb02i極電催化降解亞甲基藍有機染料的去除率可達94.2%，而普通平面結(jié)構(gòu)的純二氧化鉛電極電催化降解亞甲基藍有機染料的去除率僅為64.3 %，與普通平面結(jié)構(gòu)的純二氧化鉛電極相比三維大孔結(jié)構(gòu)PbO2電極的電催化性能提高了近50%，這主要是因為三維大孔結(jié)構(gòu)PbO2電極具有較大的電催化活性面積。其對比結(jié)果圖見附圖2。
【附圖說明】
[0015]圖1是實施例1制得的三維大孔結(jié)構(gòu)PbO2電極的局部SEM圖。
[0016]圖2是實施例1制得的三維大孔結(jié)構(gòu)PbO2電極與恒電流法制得的普通PbO 2電極電催化降解亞甲基藍的去除效果。
[0017]圖3是實施例2制得的三維大孔結(jié)構(gòu)PbO2電極的局部SEM圖。
[0018]圖4是實施例3制得的三維大孔結(jié)構(gòu)PbO2電極的局部SEM圖。
[0019]圖5是實施例4制得的普通PbO2電極的局部SEM圖。
[0020]圖6是實施例5制得的普通PbO2電極的局部SEM圖。
[0021]圖7是實施例6制得的普通PbO2電極的局部SEM圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述:
[0023]實施例1
[0024]1.三維大孔結(jié)構(gòu)PbO2電極的制備
[0025](I) Ti基體的預處理。首先將Ti板(純度為TA2級別)裁剪為2cm*5cm，進行拋光打磨處理，用質(zhì)量分數(shù)為10%的NaOH熱堿液脫脂、水洗后，再用質(zhì)量分數(shù)10%的草酸水溶液在80°C下刻蝕2h，用去離子水沖洗干凈備用。預處理的目的是除去Ti板上的油污以及氧化膜。
[0026](2)涂覆 SnO2-Sb2O5中間層。將 SnCl 2.2H20 9g，SbCl3Ig,正丁醇 20g 和 1g 濃鹽酸組成的混合溶液(上述藥品均為分析純級別，濃鹽酸質(zhì)量分數(shù)為3