[发明专利]一种延寿节能形稳PbO2

说明书

本发明公开了一种延寿节能形稳PbO₂阳极中间层的电弧热喷涂制备方法，通过在经除油和酸蚀预处理好的钛基材表面利用电弧热喷涂制备出导电、耐蚀的氮化锆基中间层，而后在氮化锆基中间层上阳极电沉积β‑PbO₂活性层以获得长寿命、低能耗的Ti/氮化锆基中间层/β‑PbO₂结构涂层阳极。本发明充分发挥了喷涂氮化锆基中间层具有优异的导电性，耐酸、碱、盐腐蚀性，不仅与钛基体有良好的结合强度，而且粗糙的喷涂表面能牢固地负载β‑PbO₂活性层，同时可有效地阻止了侵蚀性介质与活性氧向阳极基底迁移，起到了屏障保护等作用，显著地延长了阳极使役寿命，加之中间层良好的导电性使得电化学过程的槽电压显著降低，减少了能量消耗。

技术领域

本发明属于二氧化铅DSA电氧化电极制备技术领域，特别涉及一种延寿节能形稳PbO₂阳极中间层的电弧热喷涂制备方法。

背景技术

阳极是电化学工业中的关键部分，随着工业的发展传统的阳极逐渐表现出其局限性，钛基氧化物不溶性阳极涂层给电化学带来飞跃式的发展。PbO₂具有类似金属优异的导电性，在水溶液中具有良好的耐蚀性、较好的电催化性能、析氧过电位高，制造成本低廉，而成为一种广泛应用于许多无机和有机化合物电解生产、电化学氧化去除污水中有机物以及酸液析氧电冶金等阳极材料之一。而随着工业的发展Ti/PbO₂电极在使用的过程中逐渐暴露出耐久性差的弊端： (1)PbO₂在Ti基体上沉积后，由于两者结构存在差异，PbO₂镀层与Ti基体产生了内应力，使镀层与基体的结合力下降，镀层容易剥落，从而影响电极的使用寿命；(2)在电沉积制备钛基PbO₂电极过程中，阳极往往发生析氧副反应。其中一部分以氧气的形式析出，而另一部分氧则吸附在电极表面，向钛基材表面扩散，使钛基材发生钝化形成一层高电阻的TiO₂膜，由于PbO₂和TiO₂的晶格尺寸相差较大，很难形成固熔体，造成电极内部的内应力大幅提升，从而导致电极的寿命大大降低。为了解决耐久性的问题，一方面可对钛基二氧化铅电极进行修饰，另一方面可在基体与镀层间添加中间层。常见的中间层主要有： (1)在基体上涂覆铂、银等贵金属及其氧化物，可以明显提升PbO₂电极的导电性能，增加镀层与基体的结合力；(2)在基体上涂覆锡锑氧化物涂层；(3) 在基体上涂覆钛钽复合氧化物涂层。但沉积贵重金属中间层则显著增加了电极制作成本，而涂刷热解法制备中间层过程工艺繁琐、复杂不易控制，仍难以从根本上解β-PbO₂镀层工作寿命短稳定性差及能耗大的问题。

发明内容

为了克服上述现有DSA制备技术中存在的耐久性差及能耗大的问题，本发明的目的在于提供一种延寿节能形稳PbO₂阳极中间层的电弧热喷涂制备方法，可低成本制备出氮化锆基中间层，从而获得长寿命高效能的Ti/氮化锆基中间层 /β-PbO₂阳极。所制备出的氮化锆基中间层可有效地阻止高电位下钛基氧化或钝化现象发生，可较好地提高了稳定性，并实现了电极制备不复杂，有效控制成本，进一步推动了PbO₂阳极材料长久地工业化应用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种延寿节能形稳PbO₂阳极中间层的电弧热喷涂制备方法，首先在预处理好的钛基材表面利用电弧热喷涂制备出氮化锆基中间层，而后在氮化锆基中间层上阳极电沉积β-PbO₂活性层，最终得到Ti/氮化锆基中间层/β-PbO₂结构的涂层形稳阳极(DSA)

所述钛基材为板材、钛网或多孔钛，所述钛基材的预处理包括切割打磨、除油碱洗和草酸刻蚀三个环节，处理后钛基材表面形成凹凸不平的麻面层，呈灰色，失去金属光泽，获得无油污和氧化皮的洁净表面。