[发明专利]聚噻吩修饰金属铋掺杂的二氧化铅电极制备方法及其应用

说明书

本发明属于电极材料制备技术领域，公开了一种聚噻吩修饰金属铋掺杂的二氧化铅电极制备方法及其应用，将钛板进行初步超声清洗，在NaOH溶液中进行碱洗除油，将钛板浸渍到草酸溶液中进行表面粗糙化处理，酸蚀后，从溶液中取出钛板，用去离子水洗净，冷风吹干；以预处理后的钛板为阳极，同等面积大小的钛网为阴极，以含Bi(NO₃)₃颗粒、Pb(NO₃)₂、噻吩单体及浓度离子液体[BMIM]BF₄混合溶液为电沉积液，制备得到电极。本发明对苯酚的降解率可达100％，TOC去除率达94.45％，能耗低。此外，降解的最终产物为二氧化碳和水，绿色经济。本发明电极的制备工艺简单，节省药剂及耗电，综合成本低。

技术领域

本发明属于电极材料制备技术领域，尤其涉及一种聚噻吩修饰金属铋掺杂的二氧化铅电极(Ti/PbO₂-Bi-PTh)的制备方法、聚噻吩修饰金属铋掺杂的二氧化铅电极及其应用。

背景技术

目前，我国水资源当前面临水资源短缺和水污染严重等问题。焦化厂、煤气发生站、合成酚厂、制药厂、合成纤维厂等生产过程会产生大量的含酚废水，以苯酚及其衍生物为代表。如不经处理直接排放会对人体、水体、鱼类、农作物、环境等带来严重危害。因此，含酚废水的治理技术研究受到了国内外水处理技术工作者的广泛重视。电催化氧化法，可通过电极表面的电催化作用或者由电场作用下而产生的自由基来使污染物氧化，具有十分广阔的应用前景。制备出用于酚类废水处理的电催化电极材料是电催化技术的关键，钛基聚噻吩修饰金属铋掺杂的二氧化铅电极由于其优越的耐腐蚀性以及导电性好等特点在含酚废水处理中有广泛的应用。在电极的应用过程中，发现Ti/PbO₂在电极稳定性与电催化活性不够理想，因此很多学者故主要围绕表层与基体结合力、活性层稳定性、电极氧化活性等方面对电极进行改性。

目前聚噻吩修饰金属铋掺杂的二氧化铅电极的修饰与掺杂改性主要有离子掺杂、颗粒掺杂、表面活性剂掺杂。F、Fe、Co、Ce等非金属、金属离子的掺杂可有效抑制PbO₂电极上的析氧反应，减弱Pb与氧的结合能，从而提高电氧化催化活性。颗粒掺杂目的是增强电极的机械强度、耐腐蚀性、催化活性及电极稳定性，研究者主要致力于稀土金属氧化物及纳米级金属氧化物的掺杂。研究表明，聚四氟乙烯(PTFE)可以增加纯聚噻吩修饰金属铋掺杂的二氧化铅电极的电催化活性点，另一方面PTFE的疏水性有利于气泡在电极表面的脱附。虽然PbO₂电极的性能可以通过各种掺杂修饰得到很大提高。但电极脱落、导电性不够好等问题，使得电极在应用过程中电极稳定性与电催化活性不够理想。因此催化活性、稳定性和使用寿命还需进一步得到提高。本方案在传统聚噻吩修饰金属铋掺杂的二氧化铅电极基础上掺杂导电聚合物聚噻吩是由于聚噻吩具有导电性好、环境稳定性高、易制备等特点，用以提高电极导电性及稳定性。金属铋的掺杂是为了改善电极表面结构，减缓“结瘤”现象，增加电极表面活性位点。通过二者的共掺杂，实现协同作用。

解决以上问题及缺陷的难度为：通过一步沉积法成功将导电聚合物及铋成功掺杂，实现二者的协同作用。改性后的电极对苯酚类有机物的降解高效快速，且实现电极的重复使用率。

解决以上问题及缺陷的意义为：研究改性钛基聚噻吩修饰金属铋掺杂的二氧化铅电极，引入新型的聚合物与金属粒子共掺杂活性层，以提高电极的稳定性及使用寿命。并在此基础上对传统PbO₂表层进行修饰改进，提高新型电极的电催化活性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种聚噻吩修饰金属铋掺杂的二氧化铅电极制备方法及其应用。

本发明是这样实现的，一种聚噻吩修饰金属铋掺杂的二氧化铅电极的制备方法，所述聚噻吩修饰金属铋掺杂的二氧化铅电极的制备方法包括：

第一步，将钛板进行初步超声清洗，在NaOH溶液中进行碱洗除油，将钛板浸渍到草酸溶液中进行表面粗糙化处理，酸蚀后，从溶液中取出钛板，用去离子水洗净，冷风吹干；