[发明专利]一种高寿阳极材料

说明书

本发明提供了一种高寿阳极材料，通过阳极氧化制备碳纳米管和氧化钛复合层，并通过酒石酸腐蚀氧化膜露出碳纳米管，所述碳纳米管有效的缝合氧化铅活性层和氧化钛氧化层，获得高寿命的阳极材料，其预测工业寿命为4.1年。

技术领域

本发明涉及本发明涉及电催化氧化处理工业废水技术领域，尤其是涉及一种电催化氧化过程中的高寿二氧化铅阳极材料。

技术背景

苯酚是重要的基本有机化工原料，随着工业经济的发展，特别是合成材料的品种和产量迅速扩大和增长，世界范围内苯酚的需求量和下游产品的开发持续升高，在药物合成、油漆、染料、炸药、防腐剂、煤气化，炼油、纤维、机械、管材等诸多行业中广泛地应用。由于工业门类、产品种类和工艺条件不同，废水组成及含酚浓度差别较大，特别是加工酚醛树脂的废水含有极高浓度的苯酚。

苯酚毒性过程为：在生物体内有氧代谢产生自由基，与细胞氧分子、脂质、蛋白质等相互作用，引起脂质过氧化反应，并对生物大分子造成损伤，同时这些氧自由基可以破坏调节细胞生长、增殖、分化的信号分子，引起 DNA 损伤，诱导细胞凋亡和致癌性突变。

苯酚废水经过优良的处理技术处理后，不仅能避免给环境带来的危害，还可实现苯酚的回收利用，主要包括物化法、生物法和高级氧化法。目前在实际处理中，常常将三者灵活地进行联合应用，可实现优势互补和协同促进，保持处理系统稳定工作，其中化学法主要有芬顿法、湿式催化氧化、超声波氧化法、光催化氧化、臭氧氧化、电催化氧化等。

电催化氧化法（ECO）是通过阳极反应产生·OH、O3等氧化剂，可彻底分解有机物。该方法氧化能力强、处理量大、处理效率高、适用范围广，且设备简单、运行简易、安全可靠，有着良好的应用前景。但是因电催化氧化反应电流效率低、电极的寿命短，而使得其推广工业化应用受制约。目前 ECO 在国内外仍处于开拓性研究中，制备电催化活性高、导电性好、使用寿命长，成本低、易于加工的电极依旧是本领域技术人员的共同追求。

一般认为，电催化氧化反应包括在阳极发生的直接氧化和间接催化氧化共存的体系。直接氧化路径中，有机污染物先被吸附在阳极表面，通过电子转移在阳极氧化为脂肪醛、醇、酮、酸等，再进一步矿化降解，最终产物为 CO2和H2O，阳极材料先后经历了金属电极、石墨电极、金属氧化物电极三大时期，这也是电化学中的三大电极材料体系。金属氧化物电极克服了传统碳电极、铂电极、铅合金电极等不足，是目前电化学研究学者们关注的热点领域。通常以过渡金属为主，包括铂族金属氧化物、锡锑氧化物、二氧化铅、二氧化锰等电极。

用于电解工业中的不溶阳极至少应具备三个条件：高的导电性、较好的电催化活性和良好的耐蚀性。钛基二氧化铅阳极是一种新型的不溶性金属氧化物阳极材料，由于其具有析氧电位高、氧化能力强、耐蚀性好、导电性好、可通过大电流等特征而广泛应用于冶金、环保以及各类有机物和无机物的电解制备上也被广泛应用。虽然PbO2钛电极具有众多优点，但由于β-PbO2具有较大的内应力，导致镀层出现裂缝，在基体上生成TiO2，致使β-PbO2与基体结合力下降镀层易脱落，导致电极的使用寿命大为缩短，严重影响了工程上可靠性和经济效益。为解决上述问题，目前主要集中在两方面对电极进行改性：(1)是通过添加中间层增加表面活性层与基体之间的结合等综合性能来改善电极的使用寿命；(2)是通过对表面活性层进行掺杂等改性来提高电极的稳定性等。其中在中间层制备方面，可供选择的方法有刷涂热分解、电沉积等。刷涂热分解存在有机气体挥发，会伤害操作者自身健康和危害环境，而且，热解温度过低则金属氧化物结晶不够影响电极催化活性，而温度过高又导致钛基材过氧化，甚至中间层热损伤而造成导电不良。电沉积方法虽可控性强，但不论沉积金属层还是α-PbO2都效果不明显。采用钛丝材原位氧化/氮化，制备工艺繁琐，存在性能调控有限不易控制的弊端。利用贵金属导电中间层虽增加耐蚀性、导电性，有助于提高电极稳定性，但其高成本注定无法工程应用。而热解、电沉积α-PbO2多层过渡层亦能起到一定的增长寿命的作用。