[发明专利]一种钛基掺聚偏二氟乙烯二氧化铅阳极及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明属于电化学电极制备技术领域，具体涉及一种钛基掺聚偏二氟乙烯二氧化铅阳极及其制备和应用。

背景技术

PbO₂具有价格便宜，导电性好，析氧电位高，矿化能力强等特点，其性能优于传统的石墨电极和单质金属电极，因此PbO₂常被用作阳极电化学氧化有机污染物。

目前的二氧化铅电极制备方法，通常在钛基体表面处理后，涂覆中间层(α-PbO₂、铂、锡锑等)，电沉积二氧化铅等基本过程，制备得到二氧化铅阳极材料。但该法制备的PbO₂涂层存在内部应力，容易剥落而使耐久性下降，寿命降低，在电解有机污染物的过程中电极性质不稳定。鉴于此，有必要对现有的二氧化铅阳极材料的制备方法进行改进。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种钛基掺聚偏二氟乙烯二氧化铅阳极的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法得到的钛基掺聚偏二氟乙烯二氧化铅阳极。

本发明的再一目的在于提供上述制备方法得到的钛基掺聚偏二氟乙烯二氧化铅阳极的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种钛基掺聚偏二氟乙烯二氧化铅阳极的制备方法，包括以下步骤：

(1)通过打磨、碱洗、酸洗和清洗，对钛基体进行表面处理；

(2)将等量的含Sn、Sb元素的溶胶-凝胶涂覆液分别涂覆于步骤(1)表面处理后的钛基体正反两面，于120～150℃干燥5～15min，使溶剂挥发，再于450～550℃煅烧5～15min；重复上述涂覆-干燥-煅烧15～20次，得到Ti/SnO₂-Sb₂O₅；

(3)将电沉积液加入到电沉积反应器中，控制水浴温度50～60℃，搅拌速度1000～1500r/min；然后以步骤(2)制备的Ti/SnO₂-Sb₂O₅为阳极，将同样面积的两块钛基体分别放置于阳极两侧作为阴极，进行电沉积反应，得到所述钛基掺聚偏二氟乙烯二氧化铅阳极。

优选的，步骤(1)中所述打磨、碱洗、酸洗和清洗的具体操作为：先用砂纸打磨钛板(钛基体)至出现银白色金属光泽；然后将打磨后的钛板置于5％(质量)NaOH溶液中碱洗，碱洗在90℃水浴中进行；再将碱洗后的钛板置于10％(质量)盐酸溶液中酸洗，酸洗在98℃水浴中进行；最后用超纯水清洗酸洗后钛板。

优选的，步骤(2)中所述的含Sn、Sb元素的溶胶-凝胶涂覆液由如下方法制备得到：将柠檬酸和乙二醇按140g:30mL的比例混合，搅拌溶解后将溶液加热至90℃，然后加入SnCl₄·5H₂O和SbCl₃固体并保温30min，得到所述溶胶-凝胶涂覆液；其中乙二醇、SnCl₄和SbCl₃的比值为30mL:9g:1g。

优选的，步骤(2)中通过移液枪将等量的溶胶-凝胶涂覆液分别涂覆于步骤(1)表面处理后的钛基体双表面。

优选的，步骤(3)中所述电沉积具体操作为：先在高电流密度175mA/cm²条件下电沉积20min后，于低电流密度87.5mA/cm²条件下电沉积40min，之后将阳极取出并用超纯水冲洗干净，晾干即得到所述钛基掺聚偏二氟乙烯二氧化铅阳极。

优选的，步骤(3)所述电沉积液通过如下制备方法得到：将60g硝酸铅、0.03mol硝酸和0.15g氟化钠溶于300mL超纯水中，搅拌均匀得到超纯水溶液；将2g聚偏二氟乙烯溶于100mL的N-甲基吡咯烷酮中，搅拌均匀后与超纯水溶液混合均匀，得到所述电沉积液。

由于聚偏二氟乙烯(PVDF)是一种疏水性较强的物质，较难溶于水，因此采用NMP作为PVDF在水相中的助溶剂，有利于二氧化铅和PVDF在Ti/SnO₂-Sb₂O₅上均匀沉积。