[发明专利]石墨烯改性金属氧化物阳极材料及制备工艺

说明书

一种石墨烯改性金属氧化物阳极材料及制备工艺，在钛基体涂覆有活性涂层，活性涂层组成包括RuO₂、IrO₂、SnO₂、Sb₂O₃、石墨烯，活性涂层的涂液配比含量Ru：15～30％，Ir:20～60％，Sn:12～30％，Sb:15～30％，石墨烯含量为1～10g/L，该涂液金属离子总浓度为0.15mol/L，载涂量≥10g/m²。该阳极涂层在5℃低温海水中的电解效率会高于70％。低温海水中的10～20PSU的海水中的电解制氯的电解效率≥85％，强化电解寿命≥480h。此外通过在涂层中加入石墨烯，提高了涂层与基体间的结合力，减缓钛基体的钝化速度，提高了涂层的稳定性及使用寿命。

本申请是申请日为2017年12月01日、申请号为201711247614.X、发明名称为《石墨烯改性金属氧化物阳极材料及制备工艺》的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种适用于低温低盐度海水环境下用于电解制氯的金属氧化物阳极材料及制备工艺，其制备的金属氧化物阳极可应用于船舶压载水管理系统和电厂电解制氯防污系统，属于电化学领域。

背景技术

远洋船舶在航行中要不断的进行海水压载和排载，从而导致不同海域海生物相互传播，造成生物入侵。针对上述状况，2004年国际海事组织(IMO)出台了《国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约》，防止海生物入侵迎来了新的里程碑，这也给船舶压载水处理技术提出了更苛刻的要求。目前，电解海水制氯是船舶压载水处理的主流技术之一利用电解海水产生强氧化性的有效氯，来杀死海水中的生物。特别对于大型船舶而言，电解法具有经济有效、处理量大等优势而被大量安装应用。电解海水制氯阳极通常采用电催化活性高、耐蚀性好、成本较低的钛基金属氧化物阳极(DSA)。然而，在实际应用过程中，尤其是低温或者低盐海水条件下，存在着阳极性能劣化问题，如析氯活性降低、稳定性变差等，导致电流效率大幅下降，造成实际电解海水产生的有效氯浓度降低，不能达到所要求的处理标准。

目前使用的金属氧化物阳极在常温天然海水(盐度25～35PSU)中具有较高的电活性，电解效率不低于85％，但是阳极的电解效率会随着海水温度及盐度的降低而下降，其中JEBennett(《InternationalJournalofHydrogenEnergy》,1980,5(4):401-408)报道了一种DSA阳极在100％海水中的电解效率为93％，而在25％海水中的电解效率下降到73％。同时，阳极在低盐度环境下析氯活性降低，相应的吸氧反应所占比例增加，加速了钛基体钝化膜的生成，降低了氧化物阳极的使用寿命。

葛宝玉等研究发现Ti/IrTaSnSb阳极的电流效率会随着海水盐度降低而大幅下降。黄运涛等发现Ti/RuIrSn阳极的电催化活性随海水温度降低而下降明显。许实等[13]发现阳极在5℃海水中的电流效率相对于15℃时下降约25％，电解效率会低于70％。而相对于30psu的海水，阳极在15psu海水中的电流效率下降20％左右。同时，阳极在低温低盐度下析氯活性降低，相应的吸氧反应所占比例增加，加速了钛基体钝化膜的生成，缩短了金属氧化物阳极的寿命。

当前针对电解法压载水处理系统的实际工况条件，急需研制一种低温及低盐度海水条件下使用的，同时具有高电解效率及长寿命的金属氧化物阳极材料。

目前在文献和专利报道中未见有适合于压载水管理系统低温低盐度海水工况条件下使用的且电解效率高寿命长的氧化物阳极涂层的报道。

发明内容