一种钛基PbO2‑PANI形稳阳极的制备方法及用途技术

本发明专利技术涉及新型电极制备技术领域，具体涉及一种钛基PbO2‑PANI形稳阳极的制备方法及用途，该方法包括如下步骤，步骤一，以钛板为阳极，在钛板表面制备一层PbO2；步骤二，以步骤一制备的阳极为阳极，阴极为不溶性阴极，阴极与阳极距离3厘米～4厘米，置于Pb(NO3)2、离子液体与聚苯胺混合电沉积溶液中，通过双脉冲电流进行电沉积，在阳极表面制备一层聚苯胺层，电沉积完成后，阳极即为Ti基PbO2‑PANI形稳阳极，该方法能够解决聚苯胺无法在钛基体上电沉积的现象，而且制备的电极稳定性、电化学性能和催化活性优异，本发明专利技术的Ti基PbO2‑PANI形稳阳极对苯酚的去除率能达到95％以上，COD(化学需氧量)去除率为58％，催化活性、寿命相比传统直流电流工艺制备的Ti基PbO2形稳阳极较好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电极制备
，具体涉及一种钛基PbO2-PANI形稳阳极的制备方法及用途。
技术介绍
电极材料的电催化活性是电化学氧化过程去除工业废水中有毒和难降解有机物的关键。人们期望电极材料具备的性质包括高稳定性、高活性、低成本。聚苯胺经质子酸掺杂后具有良好的导电性、热稳定性以及化学稳定性，也是最为广泛的氧化去除有机物的理想阳极材料之一。但是将聚苯胺(PANI)以电沉积的方式附着在Ti基材表面制备电极时，在电沉积时，由于聚苯胺具有防水的特性，在电沉积前期，表面颗粒粒径达到几百纳米，而且钛基体表面质地比较坚硬，沉积层表面应力很大，随着电沉积继续进行沉积层会发生大面积脱落，从而无法镀在基体上。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供及一种钛基PbO2-PANI形稳阳极的制备方法及用途，该方法能够解决聚苯胺无法在钛基体上电沉积的现象，而且制备的电极稳定性、电化学性能和催化活性优异。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种钛基PbO2-PANI形稳阳极的制备方法，包括如下步骤：步骤一：以钛板为阳极，阴极为不溶性阴极，阴极的形状与钛板的形状相同，置于Pb(NO3)2电沉积溶液中进行电沉积，在钛板表面制备一层PbO2形成钛基PbO2电极；步骤二：以步骤一制备的钛基PbO2电极为阳极，阴极为不溶性阴极，阴极的形状与钛基PbO2电极的形状相同，阴极与钛基PbO2电极距离3厘米～4厘米，置于Pb(NO3)2、离子液体与聚苯胺混合电沉积溶液中，通过双脉冲电流进行电沉积，在钛基PbO2形阳极表面制备一层PbO2-PANI复合表面层，电沉积完成后，阳极即为Ti基PbO2-PANI形稳阳极。所述步骤一中，阴极与阳极距离3厘米～4厘米，通过直流电流电沉积30～50min，直流电流的电流密度为8mA/cm2～15mA/cm2。所述步骤二中，电沉积过程中，溶液温度为40℃～60℃，双脉冲电流的平均电流密度为8mA/cm2～15mA/cm2，电沉积时间为10min～30min，电沉积完成后，将阳极取出并用蒸馏水清洗，再用冷风吹干。所述步骤二中，双脉冲电流的负向通电时间小于正向通电时间。所述的双脉冲电流的正向占空比为50％～60％、负向占空比为8％～10％、频率为20Hz～30Hz、正向脉冲数为5～9、负向脉冲数为1。所述步骤一中与步骤二中，电沉积溶液中Pb(NO3)2的浓度均为0.3～0.5mol/L，电沉积溶液pH值为0～2。所述步骤二中，离子液体为1-乙基-3-甲基-咪唑四氟硼酸盐或1-丁基-3-甲基-咪唑四氟硼酸盐，浓度为50mg/L～100mg/L。所述钛板在电沉积前先进行预处理，钛板的预处理为先对钛板进行切割打磨，再进行除油碱洗，再进行草酸刻蚀，使钛板表面呈麻灰色。一种钛基PbO2-PANI形稳阳极的用途，所述钛基PbO2-PANI形稳阳极用于降解有机废水。所述的有机废水为染料废水、硝基苯废水、苯胺废水、兰炭废水、兰炭废水和苯酚废水中的一种或几种的混合物。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术通过先在钛基体上镀上一层一定厚度的中间层即PbO2层，作为基体与表面层的缓冲层，然后再在PbO2层上电沉积聚苯胺层，由于有了PbO2层的过渡，使得PbO2层镀上性能优异的表面层即聚苯胺层，以及在电沉积聚苯胺层时，电沉积液为Pb(NO3)2、离子液体与聚苯胺混合电沉积溶液，以及通过双脉冲电流进行电沉积，PANI(聚苯胺)在电沉积整个过程中悬浮于镀液中，随着PbO2的沉积，被带入表面层，在电极表面形成了PbO2-PANI复合材料，能够有效的防止电解液渗入到电极基体，从而提高电极寿命；加入离子液体作用是改变传质过程，拟制核增长，有利于成核和改善传质过程，使得沉积时有更多的活性点被利用，离子液体与聚苯胺协同作用使得镀层更为致密，提高了电极稳定性，在制备的样品中未发现表面层脱落现象，并且稳定性、电化学性能优异，在实际应用中，当电极使用一定时间后，当表面层发生损坏，作为中间层的二氧化铅，依然有一定的电催化效果，但由于表面层损坏，电极镀层发上变化，槽电压也会发生变化，可及时提醒使用者更换新电极，此电极另一优点是其损坏预知功能。通过本专利技术的方法制备的电极能够用于降解有机废水，以含有苯酚的废水为例，本专利技术的Ti基PbO2-PANI形稳阳极对苯酚的去除率能达到95％以上，COD(化学需氧量)去除率为58％，催化活性、寿命相比传统直流电流工艺制备的Ti基PbO2形稳阳极较好。进一步的，本专利技术在电沉积聚苯胺层时的电流为双脉冲电流，双脉冲电流在一个波形周期内不仅存在关断时间，而且存在负向电流，在电沉积过程中电源输出的平均电流值不变，但由于正、负向都存在关断时间，不仅减少了溶液浓差极化，并且导致在一个波形内会产生较高的峰值电流，在沉积过程中由于峰值电流的产生导致峰值电位的产生，而峰值电位是有利于沉积层颗粒的细化，同时负向波的形会产生负向瞬间峰值电流，发生反向溶解过程，此过程可以溶解掉沉积层中的非稳定结构，如毛刺棱角等。进一步的，本专利技术的离子液体为1-乙基-3-甲基-咪唑四氟硼酸盐或1-丁基-3-甲基-咪唑四氟硼酸盐，浓度为50mg/L～100mg/L，这两种离子液体在二氧化铅电沉积过程中能够拟制核生长，有利于减小颗粒尺寸，效果明显，由于离子液体的浓度太小起不到拟制核生长的作用，浓度太大，拟制效果增加不明显，且成本增加，当浓度范围为浓度为50mg/L～100mg/L时，离子液体在拟制核生长，减小颗粒尺寸方面效果明显。进一步的，本专利技术所使用的双脉冲电流的负向通电时间小于正向通电时间，因此在电沉积过程中不断循环，使得镀层更加致密、结构缺陷更少。进一步的，本专利技术在电沉积PbO2前先对钛板进行预处理，使钛板表面呈麻灰色，提高了基体与镀层的结合力。【附图说明】图1为本专利技术的Ti/β-PbO2-PANI形稳阳极的制备流程图；图2为本专利技术采用的双脉冲电流的波形图；图3为本专利技术制备的Ti/β-PbO2-PANI形稳阳极材料的X射线衍射(XRD)图谱；图4为本专利技术制备的Ti/β-PbO2-PANI形稳阳极材料的电镜扫描(SEM)图像(放大500倍)；图5为本专利技术制备的Ti/β-PbO2-PANI形稳阳极材料的电镜扫描(SEM)图像(放大2000倍)；图6为本专利技术的Ti/β-PbO2-PANI形稳阳极与传统直流电流工艺制备的阳极在含支持电解质的苯酚溶液中的循环伏安曲线对比图；图6(a)为本专利技术的Ti/β-PbO2-PANI形稳阳极在含支持电解质的苯酚溶液中的循环伏安曲线图；图6(b)为传统直流电流工艺制备的阳极在含支持电解质的苯酚溶液中的循环伏安曲线图；图7为本专利技术中Ti/β-PbO2-PANI形稳阳极与传统直流电流工艺制备的阳极在硫酸溶液中的加速寿命对比图。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。如图1和图2所示，本专利技术的技术方案如下：本专利技术的钛基PbO2-PANI形稳阳极制备方法，包括如下步骤：步骤一，先对钛板进行切割打磨，再进行除油碱洗，再进行草酸刻蚀，使钛板表面呈麻灰色；步骤二：首先制备电极材料的中间层：以经过预处理的钛板为阳极，阴极为不溶性阴极，阴极选用不锈钢板或铂板，阴极的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛基PbO2‑PANI形稳阳极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：以钛板为阳极，阴极为不溶性阴极，阴极的形状与钛板的形状相同，置于Pb(NO3)2电沉积溶液中进行电沉积，在钛板表面制备一层PbO2形成钛基PbO2电极；步骤二：以步骤一制备的钛基PbO2电极为阳极，阴极为不溶性阴极，阴极的形状与钛基PbO2电极的形状相同，阴极与钛基PbO2电极距离3厘米～4厘米，置于Pb(NO3)2、离子液体与聚苯胺混合电沉积溶液中，通过双脉冲电流进行电沉积，在钛基PbO2电极表面制备一层PbO2‑PANI复合表面层，电沉积完成后，阳极即为Ti基PbO2‑PANI形稳阳极。

【技术特征摘要】
1.一种钛基PbO2-PANI形稳阳极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：以钛板为阳极，阴极为不溶性阴极，阴极的形状与钛板的形状相同，置于Pb(NO3)2电沉积溶液中进行电沉积，在钛板表面制备一层PbO2形成钛基PbO2电极；步骤二：以步骤一制备的钛基PbO2电极为阳极，阴极为不溶性阴极，阴极的形状与钛基PbO2电极的形状相同，阴极与钛基PbO2电极距离3厘米～4厘米，置于Pb(NO3)2、离子液体与聚苯胺混合电沉积溶液中，通过双脉冲电流进行电沉积，在钛基PbO2电极表面制备一层PbO2-PANI复合表面层，电沉积完成后，阳极即为Ti基PbO2-PANI形稳阳极。2.根据权利要求1所述的一种钛基PbO2-PANI形稳阳极的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，阴极与阳极距离3厘米～4厘米，通过直流电流电沉积30～50min，直流电流的电流密度为8mA/cm2～15mA/cm2。3.根据权利要求1所述的一种钛基PbO2-PANI形稳阳极的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，电沉积过程中，溶液温度为40℃～60℃，双脉冲电流的平均电流密度为8mA/cm2～15mA/cm2，电沉积时间为10min～30min，电沉积完成后，将阳极取出并用蒸馏水清洗，再用冷风吹干。4.根据权利要求1所述的一种钛基PbO2-PANI形稳阳极的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，双脉冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛娟琴，王磊，于丽花，唐长斌，毕强，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61