[发明专利]一种污水处理电催化氧化电极及其制备方法

说明书

本发明涉及一种污水处理电催化氧化电极及其制备方法，是以钛基掺硼金刚石膜为基底，以多孔碳为过渡层，以氧化铅为活性涂层的掺硼金刚石膜/多孔碳/二氧化铅三元复合电极。本发明还提供了上述电催化氧化电极的制备方法，利用气相化学沉积制备掺硼金刚石膜材料和多孔碳过渡层，并在上述材料上沉积制备二氧化铅涂层，采用该方法制备的掺硼金刚石膜/多孔碳/二氧化铅三元复合电极，对有机污染物具有很高的氧化效率，克服了传统二氧化铅电极钛基底易氧化脱落、使用寿命短的问题，具有良好的化学和机械稳定性，可用于难降解污水的电化学处理中。

技术领域

本发明属于水污染控制领域，具体涉及一种污水处理电催化氧化电极及其制备方法和应用。

背景技术

随着环境标准的逐步提高，石化、印染、医药等行业难降解污水的达标排放成为限制企业发展的瓶颈，而现有的污水深度处理技术普遍存在着效率低、成本高等问题，因此开发高效的深度处理技术具有重要的现实意义，也是水污染控制领域亟需解决的关键问题。包括电催化氧化技术在内的高级氧化技术是处理难降解污水的重要手段，电催化氧化反应是在外加电场的作用下完成有机物的分解过程。与传统的化学氧化反应相比，电催化氧化反应通常在常温常压下进行，操作条件相对温和，且可以通过改变电压、电流等外部条件调节电化学过程，具有很强的可控性，因而成为科研人员的研究热点。然而电催化氧化技术也存在着自由基产率低、污染物降解速率慢等问题，其主要原因是受制于电极材料对污水中有机物的降解效率，因此制备高性能的电极材料，特别是析氧电位高、催化活性好、性能稳定的阳极材料成为研究的重点。

阳极材料主要可以分为金属阳极（如不锈钢电极、铂电极等），金属氧化物阳极（如IrO₂电极、PbO₂电极、SnO₂电极等）。其中金属、石墨、玻碳等电极的阳极析氧电位较低，在氧化电解有机物时伴随着大量电子的直接转移过程，容易引起有机物在电极表面的聚集，处理效率低。金属氧化物电极在电解氧化有机物时，主要发生由自由基介导的间接氧化反应，由于作用机理的不同可以进一步分为活性电极和非活性电极。其中活性电极的固有成分参与氧化还原反应，而非活性电极本身不发生任何变化，仅起“电子蓄水池”作用。活性电极主要包括IrO₂电极等氧化物电极和某些金属电极，这类电极表面或内部存在着未充分氧化的金属元素，可以在电化学过程中发生可逆的氧化还原过程；相反内部金属元素已被充分氧化的电极（如二氧化铅电极），二氧化铅电极本身在电化学反应时不发生任何变化，通常被认为是非活性电极。二氧化铅电极在电化学反应过程中拥有更高的电流效率，能够将有机物彻底矿化为H₂O和CO₂，很多研究表明了二氧化铅电极突出的电催化氧化活性。

目前，常用的PbO₂电极为钛基电极，它在使用过程中产生的新生态氧原子极易扩散至钛基底，氧化生成TiO₂过渡层，导致电极氧化效率下降，寿命缩短。因此，如何克服钛基二氧化铅电极基底易氧化，氧化效率下降，活性涂层易脱落，使用寿命短等问题，成为领域内研究的热点。

发明内容

针对上述不足，本发明提供了一种污水处理电催化氧化电极及其制备方法和应用。本发明制备的电催化氧化电极具有氧化效率高，机械性能及化学性能稳定，使用寿命长等突出优点，是污水电化学处理中良好的电极材料。

本发明的污水处理电催化氧化电极是以钛基掺硼金刚石膜为基底，以多孔碳为过渡层，以氧化铅为活性涂层的掺硼金刚石膜/多孔碳/二氧化铅三元复合电极。所制备的电极中，掺硼金刚石膜层的厚度为2-8μm，优选4-6μm；多孔碳层的厚度为1-5μm，优选3-4μm；二氧化铅层的厚度为2-10μm，优选为6-8μm。

本发明电催化氧化电极中，所述的钛基掺硼金刚石膜可以采用市售或者通过自制方法获得，一般为微米级掺硼金刚石膜，粒径为0.5-5μm，硼掺杂量为10⁴-10⁵ppm。