[发明专利]一种稀土元素掺杂钛基二氧化锰电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料领域和废水处理技术领域，具体涉及一种稀土元素铈掺杂钛基二氧化锰电催化电极及其制备方法。

背景技术

电化学技术以其特有的电催化功能、良好的处理效果和较好的兼容性，在水处理领域呈现出良好的应用前景。在电化学技术的诸多环节中电极的开发是一个关键，如何开发岀成本低、毒性小、对环境友好、电催化活性高的水处理电极是科技研究人员所关注的重点。

目前使用的DSA（钛基金属氧化物电极）电极主要有钌系、铱系、锡系、铅系、锰系等，Ti/RuO₂电极和Ti/irO₂电极属于贵金属电极、Ti/SnO₂电极的稳定性不太理想、Ti/PbO₂电极中铅可能溶出造成二次污染，BDD（硼掺杂金刚石电极）成本太高并且容易受到污染等；Ti/MnO₂电极对染料、酚类物质、内分泌干扰物等具有较强的氧化能力，还可以用来处理含重金属离子废水，因此在环境领域有较强的应用前景。但Ti/MnO₂电极的导电性、稳定性和催化活性还不够理想，中间层的加入和稀土元素掺杂二氧化锰涂层的作用正是针对这个问题而进行的。

发明内容

本发明目的之一提供了一种成本低、毒性小，对环境友好，电催化活性较高的稀土铈掺杂钛基二氧化锰电极。

本发明目的之二是提供一种上述稀土铈掺杂钛基二氧化锰电极的制备方法。

本发明的技术方案

一种稀土元素掺杂钛基二氧化锰电极，其结构由内层钛基体1、锡锑氧化物中间层2和稀土元素掺杂二氧化锰表面涂层3构成，如图1所示。

所述的内层钛基体即为纯钛板，钛板厚度3mm;

所述的锡锑氧化物中间层中锡锑氧化物分别为SnO₂和Sb₂O₅所组成的混合物，混合物中锡和锑元素的摩尔比为3.7：1；所述的锡锑氧化物中间层的厚度约为30μm;

所述的稀土元素掺杂二氧化锰表面涂层的厚度约为100μm；

所述的稀土元素掺杂二氧化锰表面涂层中稀土元素与二氧化锰的摩尔比为1：25～50，所述的稀土元素为铈（Ce）。

上述的一种稀土元素掺杂钛基二氧化锰电极的制备方法，即热分解法，主要分为三个步骤，即内层钛基体的前处理、中间层的制备和表面涂层的制备。具体包括如下步骤：

（1）钛基体的前处理

纯钛板作为基体，使用前，钛板经过由粗到细的金相砂纸依次打磨后，除油处理，再用酸浸泡除去氧化膜，然后对其酸蚀处理，形成麻面的钛基体；

即使用200#，600#，1200#，1500#的金相砂纸对钛基体的表面依次进行打磨至光滑平整后，使用饱和氢氧化钠溶液煮沸30min进行除油处理，再用1:1硝酸+硫酸浸泡2h，然后在10%草酸溶液中侵蚀约25min，待红褐色物质出现，形成麻面钛基体，最后用去离子水清洗后，浸泡在无水乙醇中备用；

（2）锡锑氧化物中间层的制备

称取SnCl₄·5H₂O 0.85g，SbCl₃ 0.15g，量取浓盐酸1ml，正丁醇4ml配制成中间层涂液，用毛刷将此涂液均匀地刷在步骤（1）经过前处理的钛基体表面上，烘干后在500℃下烧结10min，此过程重复涂覆6次，最后在550℃下烧结30min，最终得到含锡锑氧化物中间层电极，锡锑氧化物中间层厚度约为30μm；

（3）稀土元素掺杂二氧化锰表面涂层的制备

配制含硝酸锰和硝酸铈的表面层涂液，用毛刷将此涂液均匀地涂覆在步骤（2）已制备好含锡锑氧化物中间层电极表面，90℃下干燥10min，之后在200℃下热分解5min，此过程重复涂覆30次，350℃下的烧结时间为20min，最终得到本发明的稀土元素掺杂钛基二氧化锰电极；

步骤（3）所述表面层涂液中铈元素与二氧化锰的摩尔比为1：25～50。

本发明的稀土元素掺杂钛基二氧化锰电极可用于对印染废水进行处理。其对印染废水进行处理的工作原理是：在电解产生的ClO^-的攻击下，亚甲基蓝分子由于电化学氧化作用产生了断键，稠环共轭结构遭到破坏，由大分子物质转变为CO₂(或低分子有机物)和水，使溶液脱色。

本发明的有益效果