本實(shí)用新型屬于環(huán)保技術(shù)及電化學(xué)領(lǐng)域，涉及一種電極，特別是一種鈦基氧化錫銻亞微米柱電極。
背景技術(shù)：
：：鈦基氧化錫銻(Ti/SnO2-Sb)電極作為一種形穩(wěn)陽極(DimensionStableAnode，DSA)，因其較高的析氧電位、較強(qiáng)的電催化活性和較低的制備成本，在電催化降解有機(jī)廢水領(lǐng)域極具應(yīng)用前景。但鈦基氧化錫銻電極在使用過程中能耗過高已成為此類電極在進(jìn)一步發(fā)展過程中亟待解決的問題；此外，該電極的電極性能也需要進(jìn)一步提高。當(dāng)前對鈦基氧化錫銻電極的改性研究大體上可劃分為三類：(1)基體的微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計、(2)中間層設(shè)計、(3)催化層的摻雜改性。電極催化層的化學(xué)組成、晶體結(jié)構(gòu)和表面形貌對降解效果影響巨大。催化層的摻雜改性是起步較早、研究廣泛的一類改性方法。有目的地?fù)饺肫渌兀梢詭黼姌O性能的整體提升，但這方面的研究如今已經(jīng)相對成熟，尤其是稀土元素，幾乎每一種元素都有相應(yīng)的研究探索，相比于其他方法，催化層形貌改性則最為直接。因此，目前對于電催化氧化處理廢水
技術(shù)領(lǐng)域：
：，亟需一種電流效率優(yōu)異的新型電極，來降低能耗并提高電催化活性。一維柱狀結(jié)構(gòu)的材料可作為電子傳輸?shù)闹苯油ǖ?，減少電極表面阻礙電子傳輸?shù)摹八蓝恕睌?shù)量、提高電極的電流效率及電催化活性，因此本實(shí)用新型首次提出一種鈦基氧化錫銻亞微米柱電極。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計科學(xué)合理、電流效率高、能耗低、易于實(shí)現(xiàn)、降解廢水效果好的鈦基氧化錫銻亞微米柱電極。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種鈦基氧化錫銻亞微米柱電極，包括金屬鈦板基體，其特征在于：還包括銅中間層、氧化錫銻晶種層及氧化錫銻亞微米柱活性層，在所述金屬鈦板基體的一側(cè)表面通過電沉積法設(shè)置有銅中間層，在銅中間層的表面通過電沉積法及高溫氧化法設(shè)置有氧化錫銻晶種層，在氧化錫銻晶種層的表面通過水熱合成法及程序升溫退火活化法設(shè)置有氧化錫銻亞微米柱活性層。金屬鈦板基體經(jīng)砂紙打磨去除氧化層后，先在氫氧化鈉溶液中高溫堿洗，隨后在草酸溶液中高溫酸刻，最后清洗干燥后封存于無水乙醇中。采用電沉積的方法制備銅中間層，沉積液為0.5～2.0mol/L的硫酸銅、40～60mol/L的硫酸，在電流密度為10～25mA/cm2下沉積10～20min。采用電沉積結(jié)合及高溫氧化的方法制備氧化錫銻晶種層，首先通過電沉積制備錫銻金屬層,沉積液為7.5～9g/L的酒石酸、130～150g/L的焦磷酸鈉、20～30g/L的氯化亞錫、1～3g/L的氯化銻、0.2～0.5g/L的明膠，電流密度為10～15mA/cm2，沉積30～75min，經(jīng)沖洗干燥后，在電爐中氧化處理，熱處理時間為0.5～1.5h。采用水熱合成法結(jié)合程序升溫退火活化的方法制備氧化錫銻亞微米柱活性層，首先通過水熱合成法制備氧化錫銻亞微米柱，前驅(qū)體溶液為0.01～0.03mol/L的四氯化錫、0.0005～0.0045mol/L的氯化銻，0.4～1mol/L的氫氧化鈉，0.004～0.015mol/L的檸檬酸、0.1～0.5mol/L的氯化鈉，水熱反應(yīng)溫度為190～210℃，反應(yīng)時間為20～25h，經(jīng)去離子水沖洗并干燥后，在電爐中進(jìn)行程序升溫退火活化處理，升溫速率為1～5℃/min，熱處理溫度為500～550℃，熱處理時間1～2.5h后隨爐冷卻，即得到目標(biāo)電極。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和有益效果為：1.本鈦基氧化錫銻亞微米柱電極，因其催化層(氧化錫銻亞微米柱活性層)特殊的柱狀結(jié)構(gòu)可為電子的傳輸提供直接通道，相比于普通鈦基氧化錫銻電極，能極大減少電極表面電子傳遞的“死端”，從而提高電極在電催化氧化降解廢水過程中的電流效率及電催化性能；同時電流效率和電催化性能的提升能夠極大降低電極在使用過程中的能耗，明顯提升電極工業(yè)化應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性。2.本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計科學(xué)合理，具有電流效率高、能耗低、易于實(shí)現(xiàn)、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)、降解廢水效果好的優(yōu)點(diǎn)，是一種具有較高創(chuàng)新性的鈦基氧化錫銻亞微米柱電極。附圖說明圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明：1-氧化錫銻亞微米柱活性層、2-氧化錫銻晶種層、3-銅中間層、4-金屬鈦板基體。具體實(shí)施方式下面通過具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述，以下實(shí)施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。實(shí)施例1一種鈦基氧化錫銻亞微米柱電極，包括金屬鈦板基體4，其創(chuàng)新之處在于：還包括銅中間層3、氧化錫銻晶種層2及氧化錫銻亞微米柱活性層1，在所述金屬鈦板基體的一側(cè)表面通過電沉積法設(shè)置有銅中間層，在銅中間層的表面通過電沉積法及高溫氧化法設(shè)置有氧化錫銻晶種層，在氧化錫銻晶種層的表面通過水熱合成法及程序升溫退火活化法設(shè)置有氧化錫銻亞微米柱活性層。金屬鈦板基體(20mm×20mm×5mm)先經(jīng)砂紙打磨后，在10wt.％的氫氧化鈉溶液中于99℃堿洗0.5h，隨后在20wt.％的草酸溶液中于99.5℃酸刻2h，最后經(jīng)去離子水沖洗并吹干后封存于無水乙醇中。將預(yù)處理后的金屬鈦板基體在沉積液為1.0mol/L的硫酸銅、40mol/L的硫酸中控制電流密度為20mA/cm2，沉積銅20min；經(jīng)去離子水沖洗干燥后，將包覆銅層的金屬鈦板基體在沉積液為9g/L的酒石酸、140g/L的焦磷酸鈉、30g/L的氯化亞錫、2g/L的氯化銻、0.3g/L的明膠中控制電流密度為10mA/cm2，沉積錫銻50min，潔凈干燥后以10℃/min的速率升至500℃氧化1h；電極經(jīng)超聲清洗后進(jìn)行水熱反應(yīng)，所用前驅(qū)體溶液為0.03mol/L的四氯化錫、0.003mol/L的氯化銻、1mol/L的氫氧化鈉、0.004mol/L的檸檬酸，0.4mol/L的氯化鈉，在200℃下反應(yīng)24h，經(jīng)去離子水沖洗干燥后，在550℃下退火2h，升溫速率為1℃/min，后隨爐冷卻，制得目標(biāo)電極。實(shí)施例2一種鈦基氧化錫銻亞微米柱電極，包括金屬鈦板基體，其創(chuàng)新之處在于：還包括銅中間層、氧化錫銻晶種層及氧化錫銻亞微米柱活性層，在所述金屬鈦板基體的一側(cè)表面通過電沉積法設(shè)置有銅中間層，在銅中間層的表面通過電沉積法及高溫氧化法設(shè)置有氧化錫銻晶種層，在氧化錫銻晶種層的表面通過水熱合成法及程序升溫退火活化法設(shè)置有氧化錫銻亞微米柱活性層。金屬鈦板基體的預(yù)處理步驟和實(shí)施例1相同。將預(yù)處理后的金屬鈦板基體在沉積液為2.0mol/L的硫酸銅、50mol/L的硫酸中控制電流密度為25mA/cm2，沉積銅10min；經(jīng)去離子水沖洗干燥后，將包覆銅層的鈦板在沉積液為8g/L的酒石酸、150g/L的焦磷酸鈉、25g/L的氯化亞錫、3g/L的氯化銻、0.2g/L的明膠中控制電流密度為15mA/cm2，沉積錫銻75min，潔凈干燥后以10℃/min的速率升至500℃氧化1.5h；電極經(jīng)超聲清洗后進(jìn)行水熱反應(yīng)，所用前驅(qū)體溶液為0.01mol/L的四氯化錫、0.0005mol/L的氯化銻、0.4mol/L的氫氧化鈉、0.004mol/L的檸檬酸，0.5mol/L的氯化鈉，在210℃下反應(yīng)20h，經(jīng)去離子水沖洗干燥后，在530℃下退火1h，升溫速率為3℃/min，后隨爐冷卻，制得目標(biāo)電極。實(shí)施例3一種鈦基氧化錫銻亞微米柱電極，包括金屬鈦板基體，其創(chuàng)新之處在于：還包括銅中間層、氧化錫銻晶種層及氧化錫銻亞微米柱活性層，在所述金屬鈦板基體的一側(cè)表面通過電沉積法設(shè)置有銅中間層，在銅中間層的表面通過電沉積法及高溫氧化法設(shè)置有氧化錫銻晶種層，在氧化錫銻晶種層的表面通過水熱合成法及程序升溫退火活化法設(shè)置有氧化錫銻亞微米柱活性層。金屬鈦板基體的預(yù)處理步驟和實(shí)施例1相同。將預(yù)處理后的金屬鈦板基體在沉積液為0.5mol/L的硫酸銅、60mol/L的硫酸中控制電流密度為10mA/cm2，沉積銅15min；經(jīng)去離子水沖洗干燥后，將包覆銅層的鈦板在沉積液為7.5g/L的酒石酸、130g/L的焦磷酸鈉、20g/L的氯化亞錫、1g/L的氯化銻、0.5g/L的明膠中控制電流密度為12mA/cm2，沉積錫銻30min，潔凈干燥后以10℃/min的速率升至500℃氧化0.5h；電極經(jīng)超聲清洗后進(jìn)行水熱反應(yīng)，所用前驅(qū)體溶液為0.02mol/L的四氯化錫、0.0045mol/L的氯化銻、0.75mol/L的氫氧化鈉、0.015mol/L的檸檬酸，0.1mol/L的氯化鈉，在190℃下反應(yīng)25h，經(jīng)去離子水沖洗干燥后，在500℃下退火2.5h，升溫速率為5℃/min，后隨爐冷卻，制得目標(biāo)電極。對比例根據(jù)3組實(shí)施例，分別制備3組對比例普通Ti/SnO2-Sb電極。相比于實(shí)施例電極，對比例電極的主要有2點(diǎn)不同處：(1)沒有水熱反應(yīng)制備氧化錫銻亞微米柱活性層這一步，(2)制備氧化錫銻緩沖層時，沉積時間均為2h，氧化時間均為2h。除此之外，對比例電極的制備方法與相應(yīng)的實(shí)施例電極保持一致。應(yīng)用例配置濃度為1g/L的酸性大紅(AR73)模擬廢水各120mL，加入0.1mol/L的Na2SO4作為電解質(zhì)；分別將氧化錫銻電極Ti/SnO2-Sb-SRs和Ti/SnO2-Sb作為陽極，經(jīng)預(yù)處理的金屬鈦板基體作為陰極，在50mA/cm2的電流密度下，比較各電極的電催化氧化性能。實(shí)驗發(fā)現(xiàn)經(jīng)4.5h的降解，實(shí)施例1、2、3制備的Ti/SnO2-Sb-SRs電極對廢水COD的去除率分別為85.99％、85.08％、85.43％，而相應(yīng)的對比例Ti/SnO2-Sb電極對廢水COD的去除率分別為68.06％、68.21％、67.84％；實(shí)施例電極的平均電流效率是相應(yīng)對比例電極的1.26倍、1.25倍、1.26倍。盡管為說明目的公開了本實(shí)用新型的實(shí)施例和附圖，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解：在不脫離本實(shí)用新型及所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是可能的，因此，本實(shí)用新型的范圍不局限于實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容。當(dāng)前第1頁1 2 3 當(dāng)前第1頁1 2 3