[发明专利]一种掺杂亚氧化钛电极及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种掺杂亚氧化钛电极及其制备方法和用途。所述掺杂亚氧化钛电极主要由亚氧化钛和掺杂元素构成，所述掺杂亚氧化钛电极中Ti₄O₇的含量≥80wt％，所述掺杂亚氧化钛电极中不包含氮氧化钛。所述制备方法包括：1)将亚氧化钛、掺杂剂和粘结剂进行混合，得到固体混合物；2)将固体混合物放入模具内压制成型，得到电极原片；3)将电极原片在氩气气氛或由氢气与氩气组成的混合气氛下进行烧结，得到所述掺杂亚氧化钛电极。本发明提供的掺杂亚氧化钛电极中Ti₄O₇和掺杂元素之间具有协同作用，电极导电性和耐蚀性好，使用寿命长，催化降解废水的性能好。

技术领域

本发明属于陶瓷电极技术领域，具体涉及一种掺杂亚氧化钛电极及其制备方法和用途。

背景技术

电催化氧化技术是近年快速发展起来的一种新型高效有机废水处理方法，该方法降解有机物废水所需设备简单，氧化能力强，无二次污染(无需额外添加氧化剂)，是一种很有潜力的有机废水处理方法。电催化氧化法存在的主要问题是如何提高电催化法的催化降解效率和电极寿命。目前常用的电催化电极有金属电极、钛基涂层电极。金属电极导电性固然很好，但在电解过程中可能会发生溶出现象，导致阳极损耗且向溶液引入新的杂质。钛基涂层电极被称为形稳阳极DSA，又称DSE、PMTA、OCTA、ATA等，DSA电极的出现，克服了传统的石墨电极、铂电极、铅基合金电极、二氧化铅电极等存在的一些不足，而且为电催化电极的制备提供了一条新思路，即可设计电催化材料的组成和结构，通过材料加工，使本身不具备结构支撑功能的材料，尤其是大量具有电催化功能的金属氧化物在电极反应中获得应用。然而，DSA电极的主要问题是析氧电位低，对有机物催化降解能力差，而且电极表面涂层不致密、易脱落，活性组分不稳定，易析出。

亚氧化钛(Ti_nO_2n-1)拥有独特的物理、化学及电化学性能，包括优异的导电性；极强的化学稳定性，耐强酸强碱；宽的电化学稳定电位窗口，水溶液中稳定电位窗口在3.0V以上，具有较强的氧化还原能力。基于亚氧化钛在物理、化学及电化学性能方面的特点，亚氧化钛逐渐被用于多种电极，并将所制备的电极应用于电池、废水处理等领域。

CN102496704A公开了一种碳酸锂/亚氧化钛负极材料及其制备方法，分别采用碳酸锂真空碳化和直接加入Ti₄O₇的高温固相合成两种制备方法合成化学式为(1-0.8xLi₄Ti₅O₁₂-xTi₄O₇)的负极材料，该复合负极材料具有更高的导电性及耐蚀性，具有更高的大电流放电循环性能。

CN104218245A公开的一种钛/亚氧化钛/铅复合基板的制备方法是在电镀铅之前在钛板表面先粗化处理，然后烧结一层亚氧化钛，再利用亚氧化钛的导电性在其表面电镀一层金属铅，过得的复合基本主要用于铅酸蓄电池中。

CN105058916A公开的一种具有亚氧化钛中间涂层的电极材料，以钛、铝及其合金作为电极的内芯结构，表面包覆亚氧化钛，以此改善电极的导电性能和保护内芯材料，再在其表面采用电镀法制备高活性廉价金属氧化物涂层或采用热分解法制备高活性稀贵金属氧化物，其作为中间层使用在电解冶金领域。

CN105297073A公开的一种铜基亚氧化钛电极板的制备方法，所述电极板包括铜金属板载体和亚氧化钛薄膜，亚氧化钛薄膜的主要成分为Ti₄O₇、TiO₂，其中Ti₄O₇含量不低于亚氧化钛薄膜总质量的50％，所制备的铜基亚氧化钛电极板具有导电性好，耐腐蚀性强的特点，可用作高能铅酸蓄电池正极板栅和双极性电池极板。

CN104016673A公开的一种亚氧化钛导电陶瓷电极的制备工艺采用原位脱氢技术制备烧结电极，获得的钛粉纯度高，表面没有氧化钛钝化层，反应活性高，所制备的亚氧化钛导电陶瓷电极具有良好的化学反应活性。