[发明专利]一种应用于废水处理的管式微孔钛基氧化钌膜阳极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种应用于废水处理的管式微孔钛基氧化钌膜阳极及其制备方法，属于电化学电极制备领域。上述管式微孔钛基氧化钌膜阳极的表面及微孔孔道内壁均覆盖有氧化钌层，其中微孔孔道内壁的氧化钌层通过孔道灌装工序实现。本发明公开的阳极增加了电极的活性位点，提高了废水中污染物与电极的碰撞几率，使污染物在通过微孔时被有效的氧化降解，提高降解效率；同时覆盖氧化钌层后微孔孔径减小，提升了污染物截留效果，能够更好的应用于含有难降解有机污染物废水的处理。

技术领域

本发明属于电化学电极制备领域，具体涉及一种应用于废水处理的管式微孔钛基氧化钌膜阳极及其制备方法。

背景技术

电化学氧化技术是目前废水处理中高级氧化技术的重要分支，由于其是通过外加电源提供电子，并以电子为反应剂进行反应，因此具有环境友好、反应速度快、设备简便、易于实现自动控制、不会引起二次污染等优点。与其他高级氧化技术相比，电化学氧化技术的反应条件比较温和，常温常压下可以进行，也无需添加任何化学试剂。因此，在过去二十年里电化学氧化技术得到了国内外的广泛关注并研究，已经进入实际应用和工程化阶段，用于处理化工废水中难降解的污染物。

电极作为电化学氧化技术的核心，是限制电化学氧化效率的重要因素。从电极材料来讲，金属氧化物涂层电极由于其高稳定性和电化学活性近年来被广泛研究和应用。其中，二氧化钌(RuO₂)作为电化学技术中发现最早、应用时间最长的材料，使用寿命长，性质稳定，且形成的金属层厚度薄，微粒小，容易通过刷涂的方法在管式结构上制备，其电子制备的工业化程度也最高，但其产生的·OH的量比较有限，因此能够进一步提高二氧化钌电极的处理效率是一个亟待解决的问题。

除电极材料之外，电化学氧化的效率还极大地依赖于污染物从溶液向电极表面和附近的传质，因此如果能优化传质过程，提高传质效率，能从另一个方面提升处理效率。从体系传质效率来讲，一般的电化学反应器通常采用板式对电极结构，这使得污染物与电极的接触几率较小，并且由于水流向与电极作用方向垂直，更不利于传质效率的提升。因此需要对电极结构进行进一步优化，引入多孔结构，可以实现污染物和电极之间的“密切接触”，胁迫污染物经过孔道，也可以实现兼具膜滤的功能。

传统的钛基氧化钌电极的制备方法通常采用刷涂法，没有专门对孔道进行修饰的步骤。在刷涂的过程中，一方面，刷头深入孔隙的几率非常有限，无法将刷涂液(前驱体液)均匀涂抹在孔壁上；另一方面，由于液体的表面张力作用，刷涂的前驱体会在孔隙的孔道口处形成一个凹面的液膜，这进一步阻碍了前驱体液进入孔道的过程，也由于表面张力作用导致的液膜存在，前驱体液几乎不能通过重力作用淌入孔道中。综上，传统的刷涂制备法对孔道内壁的修饰十分有限，孔道内壁不具备均匀的金属氧化物电催化活性层，这也限制了管式微孔电极的氧化效率。

此外，微孔电极具备膜滤作用。钛粉压铸所形成的微孔往往孔径较大，且如果从压铸过程控制孔径，需要外加的压力就越大，钛粉的粒径就要越小，但这极大的提高了电极制备的成本同时对压铸过程提出了更高的要求，更难以达到，制备过程也更加繁琐，因此，在制备氧化层的过程，通过修饰孔道缩小孔径既能够提高膜滤作用，使更多的大分子有机污染物被截留，又能减少制备过程的成本和工艺。

基于此，亟需开发一种性能更为优良的钛基氧化钌阳极和制备方法，从而用于难降解废水的处理。

发明内容

1.要解决的问题

针对目前管式微孔钛基氧化钌电极制备的过程中，采用传统的刷涂方法无法完成对微孔孔道内壁的修饰，以致氧化钌层无法覆盖至微孔孔道内壁上，从而孔道内没有活性位点和电化学活性层；同时孔径较大，不利于大分子有机污染物截留的情况，本发明采用孔道灌装的方法制备出一种微孔钛基体表面及微孔孔道内部均负载有氧化钌层的阳极。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：