[发明专利]一种用于废水处理的Ce掺杂PbO2电极及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料化学、环境电化学和污染物控制技术领域，涉及一种用于废水处理的高析氧电位长寿命Ce掺杂PbO₂电极及制备方法，还涉及该电极应用于废水中有机污染物电催化氧化降解的技术方法。

背景技术

电化学氧化方法因具有氧化能力强、可控性高、反应条件温和、占地面积小以及环境友好等优点，对于生物难降解的有毒有害污染物的处理具有良好的应用前景。阳极材料无疑是决定电化学氧化处理效率的最关键因素。因此，综合性能良好的阳极材料的研制一直是这一领域的研究热点。许多研究指出，适用于废水中有机污染物电化学氧化处理的阳极应该具有良好的导电性能、电化学稳定性、较高的析氧电位以及对有机物有良好的催化降解活性。同时成本尽可能低廉。

掺硼金刚石膜(BDD)电极和钛基金属氧化物涂层电极是目前最为有效和备受关注的适用于废水中有机污染物电化学降解处理的两类阳极材料。BDD电极是近几年来研制开发的一种非常高效的阳极材料，其析氧电位高，达到2.4V以上，电势窗口宽，对于许多有机和无机污染物都有很强的氧化能力，因而是一种十分有应用前景的水处理阳极材料。不足的是由于人造掺硼金刚石膜电极需采用化学气相沉积法并结合微波等离子等技术进行制备，工艺复杂，成本高，尤其大面积的BDD电极材料的制备要求和成本更高。而且，由于纯的金刚石是一种化学惰性的绝缘体，掺硼后形成的BDD膜是一种半导体材料，有一定的导电性能，但相对于金属氧化物，其表面电阻较大，降解过程中所需槽电压较高。PbO₂是研究历史更早、也是被普遍认为有环境治理应用前景的一种金属氧化物电极材料。通过电沉积等简单制备方法就可以在陶瓷、金属钛以及其它金属材料基体上制得PbO₂涂层电极。由于Ti金属具有良好的防腐性、低廉的价格、热导率小、表面易于物理和化学加工处理等优点，是制备氧化物电极理想的基体材料。研究表明，Ti基PbO₂电极具有很好的耐腐蚀性和导电性，并且制作方便，成本低廉，因而被广泛应用于化工生产、阴极保护和电解工业等领域中。PbO₂/Ti具有析氧电位较高、处理有机污染物能力较强的的优点。但是人们发现，PbO₂涂层电极存在脆性大、易剥落等缺陷，Ti和PbO₂界面上的电阻较大，且结合力较弱，影响了电极电化学活性和稳定性。为此，一些研究工作对PbO₂电极进行了改进。一种方法是在Ti基体与PbO₂涂层之间引入一层过渡层，例如在钛基体先电沉积Pt、Ag、Au等，或者先生长一层其它金属氧化物，然后再电沉积PbO₂。由此可提高Ti和与PbO₂界面的导电性和结合力。另一种方法是在电解液中加入NaF等，使PbO₂膜中掺杂F-。

近几年有关BDD与PbO₂电极的比较研究表明，这些传统或改进的PbO₂电极虽然也具有较强的电催化氧化能力，但BDD表现出更优的电化学降解能力和更快的降解速率，这是因为BDD比PbO₂电极具有更高的析氧电位，且工作寿命明显高于后者。因此，对PbO₂电极进行结构设计和表面掺杂改性，通过掺杂一些稀土元素，如Ce等，可望实现电极表面结构的改造，对于进一步提高其析氧电位和稳定性，延长其工作寿命具有重要的理论和实用意义。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种兼具高析氧电位和长工作寿命的用于废水处理的Ce掺杂PbO₂电极及制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于废水处理的Ce掺杂PbO₂电极，其特征在于，该电极为F-PbO₂-CeO₂/TiO₂-NTs/Ti电极。

一种用于废水处理的Ce掺杂PbO₂电极的制备方法，其特征在于，该方法是在经阳极化处理制备得到的二氧化钛纳米管阵列基体上，通过稀土Ce的掺杂，采用电沉积方法制备掺杂型F-PbO₂-CeO₂/TiO₂-NTs/Ti电极，这种电极具有兼备高析氧电位、优良的电催化活性和长使用寿命性能。

所述的方法具体包括以下步骤：