一种基于酚醛树脂辅助的DSA电极及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种基于酚醛树脂辅助的DSA电极及其制备方法与应用，基于酚醛树脂辅助的DSA电极由钛金属基体、碳中间层和负载在碳中间层上的活性金属氧化物层组成；以钛金属基体的质量为100%计，碳的负载量为1

【技术实现步骤摘要】
一种基于酚醛树脂辅助的DSA电极及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于水处理
，具体涉及一种基于酚醛树脂辅助的DSA电极及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]电化学高级氧化法是一种高效、绿色的有机废水处理方法，主要利用水在阳极电解产生的游离态或吸附态含氧自由基（如
·
O2‑
、
·
OH等）对有机物进行矿化降解。其中，水在阳极的析氧反应成为制约含氧自由基生成的主要竞争反应，进而影响了电解反应的矿化电流效率。因此，具有高析氧电位的阳极电催化材料的开发成为当前的重要课题。
[0003]DSA( Dimension Stable Anode) 电极，又称形态稳定电极，主要指以金属钛为基底的金属氧化物涂层电极。DSA电极性能稳定、使用寿命长且电催化性能较好，在电化学水处理中是理想的电催化阳极材料。锡锑氧化物、氧化钌、氧化铱、氧化铅、氧化锰等为DAS电极涂层所使用的主要金属氧化物。DSA电极的制备过程可以分为基底处理、涂层液配制、涂覆、烧结等4个部分，其中涂覆金属氧化物的方法主要包括热分解、溶胶
‑
凝胶、电沉积与溅射法等。
[0004]亚氧化钛、氧化锡、氧化铅等氧化物是具有高电导率、高析氧电位的阳极材料，常用于DSA电极在电化学高级氧化反应中的活性层。现有的DSA电极成型工艺中，为防止活性层的脱落以及钛金属表面的氧化，大多需要通过热解或电镀的形式加入Pb、Sn、Sb、Ti、Ru、Ir等重金属的氧化物作为中间层，其高成本和环境污染性制约了DSA电极的进一步发展。近年来，高温等离子喷涂或等离子体烧结技术逐渐应用于电极的成型，但是其高昂的设备成本和能耗成本同样限制了它的工程应用。因此，开发新型的低能耗、低成本的DSA电极成型工艺具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于酚醛树脂辅助的DSA电极及其制备方法并将其用于有机废水的电化学降解。酚醛树脂经高温碳化后取代SnO2‑
Sb、PbO2等重金属氧化物作为新型中间层。所形成的致密导电碳层对内部金属基片构成有效保护，同时能够均匀、稳定地负载氧化物基催化剂。从本质上避免了重金属离子的析出与二次污染，有效提高了DSA电极对电化学氧化反应的活性以及稳定性。
[0006]本专利技术的技术目的通过下述技术方案予以实现：一种基于酚醛树脂辅助的DSA电极，由钛金属基体、碳中间层和负载在碳中间层上的活性金属氧化物层组成；所述钛金属基体为钛金属板、泡沫钛、钛网中的一种；所述活性金属氧化物为亚氧化钛、氧化锡、氧化铅、氧化钌、氧化铱、氧化钽中的一种或多种。
[0007]优选地，以钛金属基体的质量为100%计，所述碳的负载量（质量）为1
‑
30%；所述活
性金属氧化物的负载量（质量）为2
‑
50%。
[0008]优选地，所述碳中间层中的碳由热塑型或热固型甲阶酚醛树脂在高温、惰性气氛中碳化而得。
[0009]优选地，所述酚醛树脂具有水或有机溶剂的可溶性，其数均分子量在1000
‑
3000之间。
[0010]基于酚醛树脂辅助的DSA电极的制备方法，包括以下步骤：S1：取钛金属基体，先用砂纸打磨至表面光亮；随后置于10 wt%氢氧化钠溶液中85
‑
95℃水浴加热1
‑
2小时；最后置于10
‑
20 wt%草酸溶液中85
‑
95℃水浴加热2
‑
4小时，将金属表面刻蚀为粗糙的麻灰面；取出后保存在无水乙醇中备用。
[0011]S2：将可溶性酚醛树脂溶于水或有机溶剂中，溶解均匀后加入所述活性金属氧化物粉末进行超声均质，将S1中刻蚀后的钛金属基体浸入上述酚醛树脂溶液中，取出后于80
‑
150℃干燥固化30 min，此过程重复5
‑
20次，最后一次固化温度调整为150
‑
180℃。
[0012]S3：将S2中所得样品置于惰性气氛中煅烧，升温速率为5℃/min，煅烧温度为600
‑
1000℃，煅烧时间控制为1
‑
4小时。
[0013]优选地，步骤S2中，所述酚醛树脂与活性金属氧化物的质量比为1:（1
‑
5）；水或有机溶剂的用量为酚醛树脂和活性金属氧化物总质量的2
‑
10倍。
[0014]优选地，步骤S2中，所述有机溶剂为无水乙醇、异丙醇、丙酮中的一种或多种。
[0015]优选地，步骤S2中，所述超声时间为1
‑
2小时。
[0016]优选地，步骤S3中，所述煅烧温度为750
‑
850℃，煅烧时间为2
‑
4小时。
[0017]基于酚醛树脂辅助的DSA电极在有机废水电化学降解中的应用。
[0018]优选地，基于酚醛树脂辅助的DSA电极在降解苯酚废水中的应用，包括以下步骤：将DSA电极和钛金属板分别作为反应的工作电极和对电极，电极间距3cm，电流密度控制为10
‑
25mA/cm2，苯酚浓度为100mg/L。
[0019]本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：（1）本专利技术基于酚醛树脂辅助的DSA电极的制备方法，酚醛树脂经高温碳化后取代SnO2‑
Sb或PbO2等重金属氧化物作为新型中间层；所形成的致密导电碳层提高了活性层与钛金属基体的结合力，有效避免了表面活性层的脱落和钛金属基体的氧化。
[0020]（2）本专利技术制备的基于酚醛树脂辅助的DSA电极，其表面的活性金属氧化物颗粒均匀、稳定地负载于导电碳中间层上，有效避免了现有工艺中高温条件下催化剂颗粒的团聚与烧结，使之体现出更高的质量活性。
[0021]（3）本专利技术的基于酚醛树脂辅助的DSA电极在苯酚降解实验中体现出良好的反应活性和稳定性：1小时内对苯酚的降解率可达98.7%、重复反应20轮电极无明显失活。由此可见，基于酚醛树脂辅助的DSA电极的成型工艺能够在相对温和的条件下实现，对比现有工艺具有设备简单、能耗低、便于扩大化生产等优势。
附图说明
[0022]图1为实施例1所制备的亚氧化钛DSA电极的CV图。
[0023]图2为实施例2所制备的亚氧化钛DSA电极的CV图。
[0024]图3为对比例2所制备的二氧化锡锑DSA电极的CV图。
具体实施方式
[0025]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的解释和说明，但本申请并不局限于这些实施例。
[0026]实施例1一种酚醛树脂辅助的DSA电极的制备及应用方法为：（1）将泡沫钛裁成10*20 mm的长片，先砂纸打磨至表面光亮；随后置于10 wt%氢氧化钠溶液中85℃水浴加热1小时；最后置于10 wt%草酸溶液中85℃水浴加热2小时，将金属表面刻蚀为粗糙的麻灰面；取出后保存在无水乙醇中备用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于酚醛树脂辅助的DSA电极，其特征在于：由钛金属基体、碳中间层和负载在碳中间层上的活性金属氧化物层组成；所述钛金属基体为钛金属板、泡沫钛、钛网中的一种；所述活性金属氧化物为亚氧化钛、氧化锡、氧化铅、氧化钌、氧化铱、氧化钽中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的DSA电极，其特征在于：以钛金属基体的质量为100%计，所述碳的负载量为1
‑
30%；所述活性金属氧化物的负载量为2
‑
50%。3.根据权利要求1所述的DSA电极，其特征在于：所述碳中间层中的碳由热塑型或热固型甲阶酚醛树脂在高温、惰性气氛中碳化而得。4.根据权利要求3所述的DSA电极，其特征在于：所述酚醛树脂具有水或有机溶剂的可溶性，其数均分子量在1000
‑
3000之间。5.权利要求1～4中任意一项所述的基于酚醛树脂辅助的DSA电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：取钛金属基体，先用砂纸打磨至表面光亮；随后置于10wt%氢氧化钠溶液中85
‑
95℃水浴加热1
‑
2小时；最后置于10
‑
20wt%草酸溶液中85
‑
95℃水浴加热2
‑
4小时，将金属表面刻蚀为粗糙的麻灰面；取出后保存在无水乙醇中备用；S2：将可溶性酚醛树脂溶于水或有机溶剂中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张东国，乔婧，桑换新，张浩，韩斌，崔浩然，张硕，单星星，杨秀云，
申请(专利权)人：天津环科环境咨询有限公司，
类型：发明
国别省市：