[发明专利]一种防腐型Ti基阳极电极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种防腐型Ti基阳极电极材料以及其在电化学还原水中硝酸盐方面的应用。本发明通过原位聚合法制备氧化石墨烯/聚苯胺复合物，然后将制备的氧化石墨烯/聚苯胺复合物涂覆到Ti电极片上，烘干；最后，采用旋涂的方式在氧化石墨烯/聚苯胺/Ti极片表面涂覆BTA层，最终形成BTA改性氧化石墨烯/聚苯胺/Ti极片。本发明采用BTA改性氧化石墨烯‑聚苯胺复合材料，既具备较大的比表面积、耐高温、耐腐蚀和高强度，又具有良好的导电性能，可应用于电化学催化、防腐材料、导热材料、锂离子电池、超级电容器和军用航天材料等领域。

(一)技术领域

本发明属于工业废水处理、电极防腐领域，特别涉及一种防腐型Ti基阳极电极材料及其制备方法和其于还原硝态氮中的应用。

(二)背景技术

不锈钢电镀废水中的硝酸盐含量较高，容易对人体造成严重危害。硝酸盐本身对人体并没有直接危害，但通过硝酸还原菌作用可以转变成亚硝酸盐，亚硝酸盐的毒性比硝酸盐毒性大11倍，亚硝酸盐能把血液中血红蛋白的二价铁转化成三价铁，生成变性红血球使其不再具有携氧能力，与血液中运输氧气的血红蛋白形成高铁血红蛋白，严重影响人体的血液输氧功能，甚至使人呼吸衰竭。除此之外，硝酸盐和亚硝酸盐还能和各种含氮化合物结合形成“三致”物质亚硝基氨和亚硝基酰胺等，它们能诱发各种肿瘤疾病，如脑、呼吸道、甲状腺、肠道、皮肤和神经骨骼系统等，不仅如此，硝酸盐也会让鱼类等水生生物产生病变，影响水生生态系统所以对于硝酸盐去除必须引起重视。

对于日益严重的硝酸盐污染问题，国内外学者提出了一系列针对硝酸盐污染的治理方法。目前，硝酸盐的常规处理技术主要包括物理、生物和化学处理技术。其中物理处理技术对地下水中的硝酸盐处理效率高，实验操作简单易控，但其处理成本较高，硝酸盐仅是进行了转移或浓缩并未完全去除，很可能引起二次污染。生物处理技术去除效率高、稳定性好、处理成本相对较低，但反应器的体积庞大，处理周期缓慢，很容易受到周围环境的影响，因而该方法在实际应用中有很多限制。化学法处理地下水中的硝酸盐，具有材料无毒易得、反应快速等优点，但是，该方法并不能将硝酸盐完全转化成无毒无害的氮气，还会产生金属离子等污染物对环境造成二次污染，应用前景受到限制。

电化处理技术去除硝酸盐是以金属或非金属材料作为阴极，通过施加外加电流依靠反应过程中电极表面的电解反应将硝酸盐还原为氮气、氨等产物的过程。相较于物理、生物和化学处理技术，电化学技术具有处理效率高、操作简便、能耗低、环境友好等优势受到普遍关注。专家学者们对于电化学去除硝酸盐的机理以及各种因素的影响作用，进行了大量的科学研究。在硝酸盐还原体系中，常向溶液中加入NaCl作为电解质，提高电流密度加强还原能力，但是在含有Cl-的介质中金属电极腐蚀更为严重。电化学还原硝态氮中的关键问题在于制备廉价抗腐蚀的金属阳极。

(三)发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明提供一种防腐型Ti基阳极电极材料及其制备方法和其在还原硝态氮中的应用，所述防腐型Ti基阳极电极材料使用Ti为基底，在Ti电极表面涂覆新型防腐材料，在一个电化学反应槽内防止阳极腐蚀，有效地去除硝酸盐。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种防腐型Ti基阳极电极材料的制备用于还原硝态氮，阳极选用廉价的Ti电极，阳极涂覆新型防腐材料，阴极选用铜电极，在一个电化学反应槽内有效地去除硝酸盐，涉及思路为具体包括如下步骤：

制备防腐涂料，将苯胺单体加到氧化石墨烯溶液中，通过溶液聚合法制备聚苯胺-氧化石墨烯复合材料，将制备的防腐涂料涂覆在Ti电极片上，之后再采用旋涂方法引入典型有机缓蚀剂苯并三唑(BTA)。

第一方面，本发明提供一种防腐型Ti基阳极电极材料，所述防腐型Ti基阳极电极材料按照如下方法制备：