[发明专利]一种碳纳米管改性三维多孔钛基体二氧化铅电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术和电化学交叉领域，涉及一种二氧化铅电极，具体来说是一种碳纳米管改性三维多孔钛基体二氧化铅电极的制备方法。

背景技术

电催化高级氧化技术具有设备简单、价格低廉、操作简便、降解效率高和环境友好等显著特点，在环境领域得到广泛地应用，尤其用于水体中有毒或者生物难降解的有机污染物的降解。限制电催化降解技术发展的主要因素是电极性能的优劣，合适的阳极材料应具备较高的析氧电位、较好的稳定性以及合理的能耗等特点，这也是电极材料目前研究的主要方向和热点。

钛基表面被覆电活性涂层的电极成为尺寸稳定性阳极，是20世纪电化学领域最重大的发明之一。自从1965年，Ti/RuO₂-TiO₂电极在意大利的Denora公司实现工业花以来，经过几十年的发展，电极的性能越来越好，种类不断增多，几乎可用于每一个可能的电化学体系和过程。目前对钛阳极的研究主要集中在优化涂层组分、改变涂层制备工艺和增加中间层等方法来提高阳极性能。要想在电化学领域获得高性能的电极材料，仅靠提高涂层性能是很难实现的，必须对电极基体自身结构进行改进。中国专利文献CN102051634A公开了以多孔钛为基体的钛电极材料及其制备方法，提出多孔钛是钛金属的一种新型制品，具有良好的导电性、耐腐蚀性、优越的生物相容性及较高的孔隙率等优点，其作为电极材料基体有利于电解质的传输与流通，提高电极催化反应速度；同时多孔钛具有发达的比表面积，有利于活性涂层的分散与均匀，使得服役的电流分布均匀，降低了电极的电流密度，提高电极的耐蚀性，延长电极的使用寿命。

碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。中国专利CN102508517A公开一种碳纳米管修饰的钛基含氟二氧化铅电极及其制备方法，将碳纳米管在表面活性剂的作用下掺杂到钛基含氟二氧化铅电极的表层中，其制得的二氧化铅电极氧化水中有机污染物活性高和电极寿命长的优点。为此我们提出利用碳纳米管优异的电化学性能和多孔钛板较高的孔隙率，来制备出电催化活性高、使用寿命长的高性能二氧化铅电极。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种碳纳米管改性三维多孔钛基体二氧化铅电极的制备方法，所述的这种碳纳米管改性三维多孔钛基体二氧化铅电极的制备方法解决了现有技术中的三维多孔钛基体二氧化铅电极催化活性不高、寿命短的技术问题。

本发明提供了一种碳纳米管改性的三维多孔钛基体二氧化铅电极，包括一个多孔钛板基体，在所述的多孔钛板基体上热沉积有一个中间层，所述的中间层由碳纳米管和锡锑氧化物组成，所述的碳纳米管和锡锑氧化物的摩尔比为7~12:1，在所述的中间层上电沉积有二氧化铅表面活性层。

本发明还提供了上述的一种碳纳米管改性的三维多孔钛基体二氧化铅电极的制备方法，包括以下步骤：

1)一个对多孔钛基预处理的步骤，首先采用机械抛光，去除电极基体表面氧化物和污垢，再用砂纸打磨边角，使之圆滑，最后用去离子水冲洗干净；其次将整个电极浸没在氢氧化钠洗液中，保持各极片处于分离状态，加热至40摄氏度~70摄氏度，恒温保持20分钟~60分钟，停止加热，冷却，用去离子水冲洗干净；然后将整个电极浸没在盐酸洗液中，在90~110℃下处理30分钟~60分钟，用去离子水冲洗表面杂质，最后在超纯水中超声清洗20分钟~60分钟后置于去离子水或异丙醇中保存；

2)一个制备碳纳米管和锡锑氧化物中间层的步骤，将碳纳米管、五水四氯化锡和三氯化锑、浓盐酸溶于异丙醇或正丁醇中，所述的碳纳米管、五水四氯化锡和三氯化锑、浓盐酸、异丙醇或正丁醇的质量体积比为0.05~0.5克：5~10克：0.1~1g、0.5~2毫升：25~60毫升，配制成前驱体溶液，将前驱体溶液涂覆于步骤1）处理后的多孔钛板基体上，在鼓风干燥箱内100`130摄氏度下烘干，再将烘干的多孔钛基体置于马弗炉中400~600摄氏度下焙烧10~20分钟，如此反复10到15次，最后一次在马弗炉中焙烧时间为0.6~1.4小时，自然冷却至室温；

3)一个制备二氧化铅活性层的步骤，将步骤2）制备的掺杂碳纳米管的锡锑氧化物中间层的多孔钛板基体作为阳极，等面积的铜箔作为阴极，在溶有硝酸铅的电镀液中电沉积制备二氧化铅中间层，电沉积的电流密度为10~40毫安/平方厘米，沉积温度是40~80摄氏度，沉积时间为0.5~2小时，得到碳纳米管改性的三维多孔钛基体二氧化铅电极。