[发明专利]一种亚氧化钛/氧化钌复合电极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种亚氧化钛/氧化钌复合电极及其制备方法和应用，它以钛基亚氧化钛纳米管作为底层，掺亚氧化钛氧化钌作为表面复合活性层。将钛基材在含氟离子电解液中进行阳极氧化，取出后加热焙烧，冷却之后再在极化液中进行阴极电化学还原，得到钛基亚氧化钛纳米管；随后将其作为阴极，在掺有亚氧化钛粉末的三氯化钌电解液中进行电沉积，取出后加热焙烧，即得亚氧化钛/氧化钌复合电极。本发明亚氧化钛纳米管在钛基层上生成，直接和钛基材连接，增大了表面积，而且改善了电极的复合表面结构，表面无裂缝产生；并使得亚氧化钛/氧化钌复合活性层分布均匀，充分发挥亚氧化钛与氧化钌的复合结构优势，大大提高了复合电极的使用寿命，同时增强了电催化活性，具有电催化氧化能力强的特点。

技术领域

本发明涉及一种亚氧化钛/氧化钌复合电极及其制备方法和应用，属于电催化氧化电极和电催化氧化处理含有机污染物废水领域。

背景技术

电催化氧化被称为“环境友好”技术，是利用电子作为催化剂，在常温常压下能有效处理含有机污染物废水。随着电催化氧化正在不断的工业化，使得电催化氧化技术应用于大规模的现场应用正在成为可能。电催化氧化中最为关键的就是阳极材料的选择。二氧化钛电催化氧化活性低，直接用于电催化氧化阳极，电催化氧化效率低。亚氧化钛和二氧化钌具有较好的电催化氧化特性，对有机废水的处理具有较好的氧化降解作用。而纳米管由于其独特的结构，较高的有序性，较大的表面积，有助于改善电极的电催化性能。亚氧化钛是不同于二氧化钛或一氧化钛的非化学计量钛氧化物（Ti₄O₇），但作为阳极材料自身也会被氧化，导致其使用寿命较低。而传统的二氧化钌电极，多采用刷涂制备法，电极表面呈明显“龟裂”状，裂缝多，易导致表面活性涂层的脱落，电极使用寿命不高，电催化氧化能力相对较低。改进电极的组成和复合结构形式，有利于强化提高电极的电催化性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合电极，通过改进其复合结构及制备方法优化电极性能，有效提高电极使用寿命和电催化氧化能力。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种亚氧化钛/氧化钌复合电极，它以钛基亚氧化钛纳米管作为底层，掺亚氧化钛氧化钌作为表面复合活性层。

上述亚氧化钛/氧化钌复合电极的制备方法，包括如下步骤：

（1）将钛基材在含氟离子电解液中进行阳极氧化，取出后加热焙烧，冷却之后再在极化液中进行阴极电化学还原，得到钛基亚氧化钛纳米管电极；

（2）将步骤（1）制得的钛基亚氧化钛纳米管电极作为阴极，在掺有亚氧化钛粉末的三氯化钌电解液中进行电沉积，取出后加热焙烧，即得亚氧化钛/氧化钌复合电极。

具体地，步骤（1）中，所述含氟离子电解液为0.05~0.25 mol/L氟化钾或氟化钠，和0.08~0.18 mol/L硫酸或盐酸的混合溶液；优选为0.15 mol/L氟化钾和 0.1 mol/L硫酸的混合溶液。

步骤（1）中，所述阳极氧化时间为30~120 min，电压为20~40V；优选阳极氧化时间为120 min，电压为20V。

步骤（1）中，所述的加热焙烧是从室温以1~5 ℃/min的升温速率，加热到400~550℃，然后保温焙烧2~4小时；优选焙烧温度为500℃，保温焙烧时间3小时，升温速率为2℃/min。

步骤（1）中，所述极化液为含磷酸二氢钾和磷酸氢二钾的pH为6.5~7.5缓冲溶液；优选pH值为7.0；阴极电化学还原时间为2~20 min，电流密度为2~20 mA/cm²；优选时间为10min，电流密度为10 mA/cm²。