一种循环冷却水处理用涂层钛阳极、制备方法及应用技术

本发明专利技术属于电化学工业中的阳极材料技术领域，公开了一种循环冷却水处理用涂层钛阳极、制备方法及应用，循环冷却水处理用涂层钛阳极依次设置有钛基体、中间层、过渡层和表面活性层；中间层为TiC；过渡层为TiO2‑

【技术实现步骤摘要】
一种循环冷却水处理用涂层钛阳极、制备方法及应用


[0001]本专利技术属于电化学工业中的阳极材料
，尤其涉及一种循环冷却水处理用涂层钛阳极、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]目前：随着经济的迅猛发展，我国的缺水现象越来越突出，尤其是工业用水需求的增长趋势将这一问题进一步激化。循环冷却水是工业用水中的大项，其广泛应用于电厂、纺织、冶金、加热炉、中央空调系统等各个现代化工业生产中。然而，循环水存在腐蚀、微生物黏泥和结垢等严重问题，尤其是被不断重复利用后浓缩倍数增加，会加剧管道内部结垢、设备腐蚀和微生物大量繁殖。为了解决上述问题，经过长期的各种探索，目前常见的循环水处理技术主要分化学法、物理法和生物法。化学法是通过添加各种药剂进行防垢防腐、杀菌灭藻，但是会给环境带来二次污染；物理法是采用磁化、静电、超声等方法进行防腐灭菌，但其耗能比较大、设备也容易老化；生物法是利用微生物降解水中污染物作为自身营养和能源从而使水得到净化，但这种方法的除垢效果较差，且水处理时间长，不宜适用于循环冷却水系统。因此，经过国内外专家的不断探究，现阶段在循环冷却水处理系统中运用最广泛的是电化学技术。
[0003]电化学循环水处理技术是指在外加直流电的作用下，溶液中对管道具有腐蚀性的Cl
‑
可以电解生成具有强杀菌性的活性氯(如ClO
‑
和HClO)，Ca
2+
、Mg
2+
等阳离子在阴极区生成CaCO3和MgCO3沉淀，细菌则在电场作用下因细胞破裂、代谢过程紊乱而增殖受限或死亡，同时达到防腐、杀菌和阻垢的效果。阳极材料是电化学循环水处理系统的关键材料，杀菌和除氯反应都发生在阳极区，对水处理系统整体性能的优劣有着重要的影响。阳极材料的电催化活性和稳定性是最终评价阳极的两个主要性能指标，现在使用的阳极材料主要是较其它电极材料(石墨、铅阳极及铅基合金阳极)具有更好的电催化活性和稳定性的贵金属氧化物涂层钛阳极(DSA)。
[0004]DSA电极根据不同电解质条件下阳极表面的反应类型分为析氯型阳极和析氧型阳极。循环冷却水中氯离子含量分布范围比较广(300～20000mg/L)，阳极表面主要是析氯反应，同时伴随有析氧反应，尤其是在氯离子含量比较低的情况下析氧反应更明显，这就要求阳极材料必须具有较高的氧氯电位差。析氯型DSA最常见的是Ti/RuO2+IrO2+TiO2涂层电极，这类电极析氯电位低，催化活性高，通常被运用于氯离子含量高的氯碱工业。但在循环水处理行业，由于氯离子含量相对比较低，该涂层电极析氯电位低，但析氧电位也低，氧氯电位差小，电极表面很大程度上伴随了析氧副反应，这不仅影响了阳极的除氯和杀菌效率，还会缩短电极的使用寿命。研究表明，IrO2的在涂层中的作用是因为其析氧电位高，引入到RuO2‑
TiO2涂层中后可以提高氧氯电位差，但其价格却比RuO2高出很多，所以电极的成本比较高。其次，析氧反应的伴随进行大大缩短了涂层的使用寿命，其主要是因为涂层与基体之间生成绝缘性TiO2以及活性层的溶解。此外，导电性也是影响电极性能的一个重要指标，金属氧化物的导电性能差，电极反应过程中会增加电能消耗。因此，寻求一种既可以改善电极电催
化活性和稳定性，又可以降低成本和电耗的涂层材料和制备工艺，是目前循环冷却水处理行业亟待解决的问题。
[0005]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的涂层电极氧氯电位差小、除氯和杀菌效率不佳，电极的使用寿命短，且涂层成本和电耗高。
[0006]解决以上问题及缺陷的难度为：(1)电极表面存在副反应，析氧反应的伴生不可避免；(2)涂层中的活性组分往往都是贵金属氧化物；(3)钛基体和氧化物涂层的导电性能较差。
[0007]解决以上问题及缺陷的意义为：(1)在涂层掺杂一定量贱金属元素以加大析氧和析氯反应的电位差，使得析氧反应的发生变困难，这样不仅可以提高阳极氯离子去除率，还可以提高电极使用寿命；(2)采用中间层和梯度化涂刷工艺不仅可以保护钛基体、提高涂层间的结合力，还可以有效降低贵金属使用量，降低涂层成本；(3)掺杂一定量的导电元素改善电极导电性能，可以降低其实际应用电耗。

技术实现思路

[0008]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种循环冷却水处理用涂层钛阳极、制备方法及应用。
[0009]本专利技术是这样实现的，一种循环冷却水处理用涂层钛阳极，所述循环冷却水处理用涂层钛阳极依次设置有钛基体、中间层、过渡层和表面活性层；
[0010]所述中间层为TiC；
[0011]所述过渡层为TiO2‑
Co3O4‑
C；
[0012]所述表面活性层由TiO2、RuO2、IrO2、SnO2、CeO2、Co3O4以及C组成，所述表面活性层由内至外分别为[RuO2‑
IrO2‑
SnO2‑
CeO2‑
Co3O4‑
TiO2](1)
‑
C，[RuO2‑
IrO2‑
SnO2‑
CeO2‑
Co3O4‑
TiO2](2)
‑
C和RuO2‑
IrO2‑
SnO2‑
CeO2‑
Co3O4‑
C。
[0013]本专利技术的另一目的在于提供一种所述循环冷却水处理用涂层钛阳极的循环冷却水处理用涂层钛阳极制备方法，所述循环冷却水处理用涂层钛阳极制备方法包括：
[0014]步骤一，将钛基材进行喷砂处理，并基于喷砂后的钛基材制备含有TiC中间层的钛基材；
[0015]步骤二，将混合涂剂A涂覆于步骤一得到的含有TiC中间层的钛基材上，于120℃干燥10min，再于450℃焙烧15min；
[0016]步骤三，重复步骤二1～3次，得到从内到外依次含有TiC中间层和TiO2‑
Co3O4‑
C过渡层的钛基材；
[0017]步骤四，将混合涂剂B涂覆于步骤三所述钛基材上，于120℃干燥10min，再于450℃焙烧15min；
[0018]步骤五，重复步骤四3～7次，得到从内到外依次含有TiC、TiO2‑
Co3O4‑
C、[RuO2‑
IrO2‑
SnO2‑
CeO2‑
Co3O4‑
TiO2](1)
‑
C涂层的钛基材；
[0019]步骤六，将混合涂剂C涂覆于步骤五得到的钛基材上，于120℃干燥10min，再于450℃焙烧15min；
[0020]步骤七，重复步骤六7～9次，得到从内到外依次含有TiC、TiO2‑
Co3O4‑
C、[RuO2‑
IrO2‑
SnO2‑
CeO2‑
Co3O4‑
TiO2](1)
‑
C、[RuO2‑
IrO2‑
SnO2‑
CeO2‑
Co3O4‑
TiO2](2)
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种循环冷却水处理用涂层钛阳极，其特征在于，所述循环冷却水处理用涂层钛阳极依次设置有钛基体、中间层、过渡层和表面活性层；所述中间层为TiC；所述过渡层为TiO2‑
Co3O4‑
C；所述表面活性层由TiO2、RuO2、IrO2、SnO2、CeO2、Co3O4以及C组成，所述表面活性层由内至外分别为[RuO2‑
IrO2‑
SnO2‑
CeO2‑
Co3O4‑
TiO2]
(1)
‑
C，[RuO2‑
IrO2‑
SnO2‑
CeO2‑
Co3O4‑
TiO2]
(2)
‑
C和RuO2‑
IrO2‑
SnO2‑
CeO2‑
Co3O4‑
C。2.一种如权利要求1所述循环冷却水处理用涂层钛阳极的循环冷却水处理用涂层钛阳极制备方法，其特征在于，所述循环冷却水处理用涂层钛阳极制备方法包括：步骤一，将钛基材进行喷砂处理，并基于喷砂后的钛基材制备含有TiC中间层的钛基材；步骤二，将混合涂剂A涂覆于步骤一得到的含有TiC中间层的钛基材上，于120℃干燥10min，再于450℃焙烧15min；步骤三，重复步骤二1～3次，得到从内到外依次含有TiC中间层和TiO2‑
Co3O4‑
C过渡层的钛基材；步骤四，将混合涂剂B涂覆于步骤三所述钛基材上，于120℃干燥10min，再于450℃焙烧15min；步骤五，重复步骤四3～7次，得到从内到外依次含有TiC、TiO2‑
Co3O4‑
C、[RuO2‑
IrO2‑
SnO2‑
CeO2‑
Co3O4‑
TiO2]
(1)
‑
C涂层的钛基材；步骤六，将混合涂剂C涂覆于步骤五得到的钛基材上，于120℃干燥10min，再于450℃焙烧15min；步骤七，重复步骤六7～9次，得到从内到外依次含有TiC、TiO2‑
Co3O4‑
C、[RuO2‑
IrO2‑
SnO2‑
CeO2‑
Co3O4‑
TiO2]
(1)
‑
C、[RuO2‑
IrO2‑
SnO2‑
CeO2‑
Co3O4‑
TiO2]
(2)
‑
C涂层的钛基材；步骤八，将混合涂剂D涂覆于步骤七得到的钛基材上，于120℃干燥10min，再于450℃焙烧15min；步骤九，重复步骤八1～3次，得到由内至外为TiC、TiO2‑
Co3O4‑
C、[RuO2‑
IrO2‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞海丽，周利君，王建坤，冯庆，贾波，杨莹，
申请(专利权)人：西安泰金工业电化学技术有限公司，
类型：发明
国别省市：