[发明专利]一种钛基复合阳极及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及电化学领域，尤其涉及一种复合阳极及其制备方法和应用。

背景技术

钛基复合阳极是以钛或钛合金为基体，涂覆Sb、Ir、Sn、Mn等活性元素的金属氧化物构成的电极，具有催化活性高，延缓基体钝化，反应的选择性较好等优点。传统的电极，如石墨阳极强度不高，铅银合金阳极会有铅溶解进入电解液等缺点。钛基复合阳极可以根据电极的不同用途和要求，对电极的涂层和结构进行有针对性的设计，以此来降低副反应的发生，提高目标产物的产率和电流效率。这种钛基复合阳极广泛用于锰电解工业，氯碱工业，污水处理等领域。

钛基复合阳极的制备方法主要有热分解法、溶胶-凝胶法、磁控溅射法、电化学沉积法等方法，不同的制备方法制得涂层的结构和活性是不一样的，电化学沉积法制得的涂层致密因而其寿命较长，热分解法制得的涂层催化活性较高。而且还可以调节组成元素的比例来调节涂层的活性和结构。因此可以根据实验来确定较好的涂层组成比例、焙烧温度和一系列的电解条件来制备活性较高的钛基复合阳极。

虽然钛基复合阳极的制备方法多种多样，工艺简单，涂层的催化活性高，选择性好，但是有一个致命的缺点：使用寿命较短。近年来众多研究者为了解决这一问题，提出了很多方案，做过很多实验。电极失活的主要原因是钛基体被氧化，钛基体表面生成了一层钝化膜，或者活性物质脱落或被溶解。史艳华等用Sn、Sb的氧化物作为中间层，增强活性层和基体的结合力，并延缓氧对基体的钝化作用(Effect of SbO_x +SnO₂ Intermediate Layer on the Properties of Ti-based MnO₂ Anode[J].Acta Phys. Chim. Sin.,2007,23(10):1553-1559.)，但是也发现制备的中间层与活性层都不够致密，延缓氧对基体钝化的作用效果仍然不够理想。增加中间层的含量会降低析氧电位，这对钛基复合阳极的应用是不利的，例如在处理污水过程中，析氧电位低不利于有机物被阳极氧化而利于析出氧气，从而降低了电流效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种使用寿命长，电催化活性好的钛基复合阳极及其制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种钛基复合阳极，该钛基复合阳极包括钛基体、双致密保护中间层、活性表面层；所述双致密保护中间层分为两层，第一层是二氧化钛纳米管，第二层是锡锑氧化物致密层；所述锡锑氧化物致密层上又覆有蜂窝状锡锑氧化物层。

上述的钛基复合阳极，优选的，所述钛基体是金属钛板、钛合金或钛薄片；所述活性表面层是MnO₂、IrO₂、Ta₂O₅、RuO₂中的一种或几种混合金属氧化物。

作为一个总的发明构思，本发明还提供了一种上述的钛基复合阳极的制备方法，包括以下步骤：

（1）将钛基体打磨、碱洗或酸洗，得到表面洁净的钛基体；

（2）双致密保护中间层的制备：

二氧化钛纳米管的制备：将经过上述处理的钛基体作为阳极，石墨电极作为阴极，在含有NaF的醇类电解液中进行电解，然后将钛基体进行焙烧，得到含二氧化钛纳米管的电极；

锡锑氧化物致密层的制备：将柠檬酸和乙二醇混合，加热反应，然后加入锡盐与锑盐，加热反应，制备得到聚合物前驱体溶液，将上述聚合物前驱体溶液涂覆在上述电极表面，焙烧，此过程重复10~15次，得含所述锡锑氧化物致密层的电极；

（3）蜂窝状锡锑氧化物层：将上述电极浸润在聚甲基丙烯酸甲酯液体中，烘干，得到表面覆有聚甲基丙烯酸甲酯胶状结晶模板的电极；

添加苯酚-甲醛聚合物前驱体溶液于含锡盐和锑盐的乙醇溶液中，搅拌均匀后，添加聚丙二醇与环氧乙烷的加聚物，搅拌均匀，得到目标液，将上述电极浸入上述目标液中，烘干后焙烧，即可制得含蜂窝状锡锑氧化物层的电极；

（4）活性表面层的制备：将锰、铱、钽或钌盐溶液中的一种或几种涂敷在上述电极的表面，焙烧，此过程重复10~15次；然后涂覆含有纤维的锰、铱、钽或钌盐溶液中的一种或几种，焙烧，此过程重复4~8次，即得到所述钛基复合阳极。