[发明专利]一种具有光电催化性能的TiO2/Ru-IrO2电极的制备方法及应用

说明书

本发明提供一种具有光电催化性能的TiO₂/Ru‑IrO₂电极的制备方法及应用。针对单独光催化和电催化氧化降解水体中有机污染物方法的不足，结合TiO₂纳米管的光催化活性和Ru‑IrO₂涂层的电催化活性，制备出TiO₂/Ru‑IrO₂双面电极。通过阳极氧化法在钛基底上制备TiO₂纳米管，再通过热分解的方法在打磨后的一面电极上制备Ru‑IrO₂，通过调控相关参数得到形貌可控的TiO₂/Ru‑IrO₂双面电极。将制备的电极组装为阳极光电耦合催化处理有机废水。光电同时作用具有协同效果，既可以用于废水处理，又可以用于给水处理。

技术领域

本发明属于光电化学和水处理领域，具体涉及一种具有光电催化性能的TiO₂/Ru-IrO₂双面电极及其制备方法，以及该电极在处理有机废水中的应用。

背景技术

近年来，高级氧化技术已成为去除水体中难降解有机污染物的有效方法之一。与单独电化学氧化和光催化氧化相比，光电催化氧化技术处理水体中有机污染物表现出显著的协同效果，具有明显的优势。光阳极是光电催化氧化技术的核心。负载在钛板上的水杨酸修饰的TiO₂纳米管电极，高纯度金掺杂的TiO₂薄膜电极以及负载在负载在导电玻璃上的ZnWO₄电极已被用作阳极材料，并显示出明显的协同催化效果。近几年来，具有纳米管结构的TiO₂电极由于其较高的光电催化活性，被广泛地应用于有机污染物的降解。然而，在光电催化降解有机物的过程中，由于TiO₂纳米管只有很微弱的电催化降解有机污染物的活性，外加电压只用来促进光生电子和空穴的分离，因此TiO₂纳米管只是作为光催化剂，其电催化效果较差。

电催化氧化技术是另一种极具应用潜力的高级氧化技术。电极材料是决定处理效率的一个关键因素。最早和最常用的石墨电极价格低廉，但是机械强度和对有机物催化氧化能力较差，析氧电位和电流效率较低。金刚石电极具有宽电化学窗口、低背景电流、高化学稳定性和低吸附特性，但是制备的成本太高，限制了其在水处理中的应用。形稳阳极具备良好的电催化活性和稳定性，广泛用于氯碱工业中，在水电解、选择性合成和氧化方面也得到了应用。

我们之前的研究表明将TiO₂负载在掺硼金刚石电极上能有效的提高光电催化效果，但是掺硼金刚石电极的制备成本太高，限制了应用。而将析氯性能良好的Ru-IrO₂电极和TiO₂光催化电极结合在一起的双面电极未见报道。

发明内容

本发明目的之一是制备高效稳定的TiO₂/Ru-IrO₂双面电极，进一步提高TiO₂纳米管的光电催化活性和Ru-IrO₂的电催化活性，提高量子产率和电极的使用寿命。

本发明另一目的是将制备的TiO₂/Ru-IrO₂双面电极应用于有机废水处理中，通过光电耦合催化作用实现有机污染物的高效降解。