[发明专利]稀土镨和镝联合掺杂纳米钛基二氧化锡-锑双涂层电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米涂层电极的制备方法，特别涉及一种稀土镨(Pr)和镝(Dy)联合掺杂纳米钛基二氧化锡-锑(Ti/Sb-SnO₂)双涂层电极的制备方法，属于电化学水处理技术领域。

背景技术

随着人类排放到水体中的污染物种类日益增多、成分日趋复杂，尤其是大量有毒及生物难降解的有机物的排放，给传统的废水处理工业带来了极大的挑战。因此，亟需要开发新的可靠性好、成本低、效益高的污水净化处理技术。

电化学技术是一种颇具潜力的污水净化处理方式，它可使难降解的有机物转化为容易被生物降解的有机物或彻底氧化为二氧化碳和水，对比现有的物理、化学以及生物处理技术，它有着许多独特的优点：

1.用途广泛。电化学处理技术，不仅可以利用直接氧化、间接氧化、电还原、电吸附等方式对废水进行处理，还可以用于悬浮或胶体体系的相分离，如电浮选分离等，亦可以在饮用水的净化中起到杀毒灭菌等作用，在污水、废气、有毒废物处理等方面均可发挥作用。

2.应用方式灵活。电化学技术对多种污染物均具有较好的处理效果，既可以单独处理，又可以作为前处理，提高废水的可生化降解性，同时还可作为电化学消毒的后处理。

3.对环境友好。电化学技术处理废水后的产物主要是二氧化碳、水和简单的有机物，并且在处理过程中不需要添加氧化剂、还原剂等化学试剂，不会造成二次污染。

4.易于测定和控制。电化学运行过程中的主要运行参数是电流和电位，其可控程度高，易于实现自动化，能够有效降低管理成本。

5.设备简单，操作与维护费用低。

但电化学水处理技术的发展和应用相对其他技术仍然十分缓慢，主要是因为电极的过电位导致电化学反应过程中需要消耗一定量的电能，有效地降低过电位的关键在于制备出高性能的电极。

1968年钛基涂层电极研制成功。该电极是在钛基金属表面涂敷催化涂层，具有尺寸稳定、催化能力强、种类繁多、副反应可通过改变涂层组分来消除等优良品质，它的出现克服了传统石墨电极、铂电极、二氧化铅电极存在的缺点。目前在众多的钛基涂层电极中，Ti/PbO₂和Ti/Sb-SnO₂阳极应用于处理难降解有机废水较多。前者在电解过程中产生的铅离子会造成污染，后者则成为电化学法处理难降解有机废水的最佳选择之一。然而，Ti/Sb-SnO₂阳极仍存在稳定性和导电性较差等缺点。

刘俊峰等(2008.12《材料研究学报》“含Mn中间层提高钛基SnO₂电催化电极的稳定性”)通过浸渍法和溶胶一凝胶法(Sol-gel)，采用单一高温烧结分别制备了含Mn中间层和SnO₂表面催化层的Ti/MnO_x/SnO₂电极，结果表明含Mn中间层能提高电极的稳定性，但是该电极电催化性能却较Ti/SnO₂电极有所下降。

稀土由于其特殊的4f电子结构以及物理、化学性质，具有多方面的催化、助催化的作用，其催化性能已被研究证实，因此，人们尝试利用稀土的独特性能与钛电极的电催化层(Sn，Sb)相互配合来实现高性能涂层电极的制备。

中国专利申请CN101654790A(申请号200910018402.3)公开了一种钕掺杂钛基二氧化锡-锑电极的制备方法，该方法直接将结晶四氯化锡、三氯化锑和硝酸钕按100∶15∶1的比例，溶于溶剂后制得涂液，再采用浸渍-单一高温烧结得到钕掺杂钛基二氧化锡-锑电极。该电极相比较于未掺杂钕的钛基二氧化锡-锑电极，其界面电阻降低、析氧电位提高、电催化性能提高、电极寿命延长。但该方法仍存在三项缺陷：一是浸渍时的涂液为溶液，烧结时容易发生粒子团聚，烧结得到的涂层晶粒尺寸较大，电极性能的提高有所受限；二是单一高温烧结下，涂层粒子内应力未得到充分释放，也将导致涂层晶粒尺寸较大；三是电极只有含Nd掺杂的Sn、Sb催化层，涂层与基体之间的结合力差，钛基体容易钝化，涂层电极的耐用性较差、寿命低。

王静等(2005.1《环境化学》“稀土Gd掺杂Sn Sb多组份涂层电极制备的实验研究”)通过溶胶-凝胶技术(Sol-gel)，采用单一高温烧结制备了Gd掺杂Ti/Sb-SnO₂单一涂层电极，实验结果表明稀土Gd掺杂有利于SnSb金属氧化物涂层电极的电催化性能的提高。但该电极仍采用单一高温烧结，且只含有Gd掺杂的Sn、Sb催化层，仍具有涂层晶粒尺寸较大和涂层与基体之间的结合力差，钛基体容易钝化，涂层电极的耐用性较差、寿命低的缺陷。