[发明专利]一种高寿命二氧化铅电极制备方法及其参数设计方法

说明书

本发明公开了一种高寿命二氧化铅电极制备及其智能设计方法，属于电化学技术领域。在高寿命二氧化铅阳极处理有机污染物的过程中，阳极稳定性高，使用寿命较长，可以降低电化学技术的运行费用。本发明提供的第一种高寿命二氧化铅电极，包括一层二氧化铅表面活性层，一层锡锑氧化物中间层和一层钛基体，形成三层夹层结构，具有表面活性位点和氧化还原位点。本发明提供的第二种高寿命二氧化铅电极，晶粒呈金字塔型结构，其表面致密，比表面积大，有利于提高表面活性层和基体之间附着力。本发明提出的高寿命二氧化铅电极，其能够可有效阻挡H₂SO₄的腐蚀，提高电极的稳定性和使用寿命。

技术领域

本发明属于电化学技术领域。具体涉及一种高稳定性、高使用寿命的二氧化铅电极，以及适用于该类型催化电极的设计和性能调控的智能制备方法。

背景技术

催化电极是在外加电场的作用下，通过原位生成高活性羟基自由基(·OH)来实现有机物的降解。由于电化学反应只需在废水和电极之间进行电子转移即可，没有多余的反应和二次污染，不仅可以有效地去除各种污染物，还可以回收废水中有价值的金属离子等副产物。在降解有机废水领域，铂、铝、BDD等贵金属电极都具有良好的催化活性。但贵金属催化剂成本高，资源有限，无法大规模使用，因而贵金属电极在成本和使用寿命上并未达到工业化应用的要求。PbO₂电极有良好的抗腐蚀性，强氧化性以及低成本等优点，然而在实际使用过程中，二氧化铅活性层不能稳定地附着在基体上。这是由于电极表面产生的新生态氧会部分通过表面活性层进而渗入至Ti基体，并与之反应生成TiO₂钝化膜，这将严重影响电极导电性能并使表面活性层脱落。此外，电极的表面活性层还会在降解过程中产生聚合膜，使电极发生中毒失活现象。因此，工业规模地应用PbO₂电极的关键在于研发可以解决上述问题的黏附性强，稳定性高，使用寿命长的二氧化铅电极。

目前常用于制备PbO₂电极的方法为电沉积法，它是指溶液中的金属离子在电极上得到电子被还原为金属原子，再由单原子在电极表面吸附结合为晶体的电结晶过程。而常见的电极改性方法是通过向沉积液中添加各种离子或改变电沉积条件来实现的。由于电极制备过程中的工艺条件较为复杂，很难对影响电极最终性能的工艺条件和各种因素进行规律性的总结和系统性的认识，因而目前最佳的电极制备条件还局限于前人的经验总结。

专利申请号202010087985.1、专利名称一种Ti/Sb-SnO₂/PVDF-CNT-PbO₂电极及其制备方法。其提供了一种新型PbO₂电极及其制备方法，该方法通过在电镀液中添加碳纳米管和聚偏二氟乙烯实现了两者在PbO₂活性层中的共掺杂，使电极的催化活性和使用寿命均得到提高。由于该制备方法只对比了电极在添加剂掺杂前后的电极性能变化，而实际制备过程中还有电流密度、pH值、温度等多因素，因而该方法是否适用于各种工艺条件下仍待进一步论证。

专利申请号201410279964.4、专利名称多孔纳晶Ti/SnO₂-Sn/Ce-PbO₂电极的制备方法。其针对全氟辛酸的污染状况提供了一种能在温和条件下对水中全氟辛酸进行高效矿化的新型净化技术，此外本发明还提供了一种多孔纳晶新型PbO₂电极的制备方法，但该制备过程中的详细数据可能建立在操作人员经验或有限的单因素实验的基础上，未充分考察制备过程所涉及的聚乙二醇的溶液浓度、Ce添加量、基体预处理和电极焙烧的温度等可能对电极性能产生的影响及其相应的优化方案。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种高稳定性，长使用寿命的二氧化铅电极的制备方法。