[发明专利]一种Ce改性的SnO2电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明是属于催化电极技术领域，具体涉及用于电催化降解亚甲基蓝废水的电极材料的制备技术。

技术背景

随着社会经济的快速发展同时也伴随了一系列的环境问题，特别是对于水资源的污染直接威胁这人类的生存。因此，对于有机废水的出路逐渐受到人们的重视。目前，国内外对于有机废水的处理技术主要包括物理法、生物法和化学法。其中化学法主要是湿法氧化法、湿法催化氧化法、电催化氧化等。电催化氧化是近几年逐渐发展起来的处理难降解有机废水的方法。它能在常温常压进行、条件温和、设备简单、占地面积小、操作和维护费用较低、不需要另外添加氧化还原剂，避免了二次污染。

对于电极的制备方法主要是电沉积法、溶胶凝胶法、浸渍法、热分解法等。这几种方法制备的阳极材料形貌难于控制，且催化效果不是很理想，其电极的表面在电催化处理有机废水的过程中其电极的表面会出现钝化现象以及会出现龟裂现象从而降低了催化的效果，由静电纺丝法制备的催化剂其形貌连续可以很好的解决这个问题。专利文献201610079959.8公开了利用静电纺丝技术制备单金属氧化物电极用于电催化处理有机废水。

随着时代的发展稀土金属陆续的被人类发现，其特殊的电子层结构使其可以很好的改善其电极的力学性能和导电性，提高其电极的催化活性，目前地球上稀土总的丰度为238ppm，其中铈为68ppm占稀土上总配分的28%，其价格在稀土中较为便宜，所以在稀土改性电极中较为常用，方战强等采用热分解法制备了Ti/Sb-SnO₂/Ce电极电催化处理橙黄G目标污染物，从其SEM图可以看出其电极表面出现龟裂导致其催化性能有所降低。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺陷，本发明提出一种利于电催化降解亚甲基蓝废水的、能提高催化性能的Ce改性的SnO₂电极的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1）将聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶解于有机溶剂中，再依次溶入五水四氯化锡(SnCl₄·5H₂O)和含Ce的可溶性金属盐，形成含Ce的纺丝液；

2）将含Ce的纺丝液进行静电纺丝，得到原丝；

3）将原丝煅烧，得到Ce改性的SnO₂纳米纤维；

4）将Ce改性的SnO₂纳米纤维和辅料混合后压片，得到Ce改性的SnO₂电极。

本发明利用静电纺丝技术制备出连续的Ce改性的SnO₂纳米纤维，通过压片与基础电极耦合制备出催化剂电极，作为阳极用于电催化降解亚甲基蓝废水。

本发明工艺特点是：在制备纺丝液时，加入含Ce的可溶性金属盐。本发明采用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为聚合物，主要是PVP为双亲性高分子，溶解性好且其价格便宜，易于纺丝。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、稀土金属修饰电极，因其独特的电子层结构使其可以明显改善修饰电极的力学性能和导电性，并且能够形成化学稳定的氧化物，从而改善修饰电极的催化性能。

2、本发明制备的Ce改性的SnO₂纳米纤维作为催化剂主要利用静电纺丝技术，而电纺丝技术具有操作简单，可控性强、廉价高效；利用静电纺丝技术制备的Ce改性的SnO₂纳米纤维其形貌为连续，相对于颗粒状材料，压片后电极具有更好的机械稳定性。

3、电催化降解有机废水过程为常温常压下进行，操作条件温和、设备简单、占地面积小、操作和维护费用较低，且电催化氧化过程不需要另加氧化还原剂，从而进一步降低了成本，也避免了可能的二次污染。

本发明利用稀土金属Ce对SnO₂电极进行改性，其中用到两种前驱体（金属盐）：含Ce的金属盐为六水硝酸铈(Ce(NO₃)₃·6H₂O)；而五水四氯化锡（SnCl₄·5H₂O）是制备SnO₂电极的金属盐。

所述六水硝酸铈(Ce(NO₃)₃·6H₂O)和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的混合质量比为0.01～0.05∶1。如硝酸铈的用量比过多，则金属盐不能很好的在PVP中均匀分散，会出现严重的团聚现象，如硝酸铈的用量比过少，则金属氧化物的收率过低。