本发明专利技术涉及一种稀土镨(Pr)和镝(Dy)联合掺杂纳米钛基二氧化锡-锑(Ti/Sb-SnO2)双涂层电极的制备方法，属于电化学水处理技术领域。本发明专利技术通过溶胶-凝胶技术(Sol-gel)将掺杂Pr和Dy的Sn、Sb溶胶涂覆于预处理后的电极基体表面，结合浸渍-底层低温烧结和程序升温的热处理工艺制得含有Pr掺杂的Sn、Sb中间层和含有Dy掺杂的Sn、Sb催化层的纳米Ti/Sb-SnO2双涂层电极。该电极具有高析氧电位，高催化性能、高导电性能和经久耐用等特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米涂层电极的制备方法，特别涉及一种稀土镨(Pr)和镝(Dy)联合掺杂纳米钛基二氧化锡-锑(Ti/Sb-Sn02)双涂层电极的制备方法，属于电化学水处理
技术介绍
随着人类排放到水体中的污染物种类日益增多、成分日趋复杂，尤其是大量有毒及生物难降解的有机物的排放，给传统的废水处理工业带来了极大的挑战。因此，亟需要开发新的可靠性好、成本低、效益高的污水净化处理技术。电化学技术是一种颇具潜力的污水净化处理方式，它可使难降解的有机物转化为容易被生物降解的有机物或彻底氧化为二氧化碳和水，对比现有的物理、化学以及生物处理技术，它有着许多独特的优点1.用途广泛。电化学处理技术，不仅可以利用直接氧化、间接氧化、电还原、电吸附等方式对废水进行处理，还可以用于悬浮或胶体体系的相分离，如电浮选分离等，亦可以在饮用水的净化中起到杀毒灭菌等作用，在污水、废气、有毒废物处理等方面均可发挥作用。2.应用方式灵活。电化学技术对多种污染物均具有较好的处理效果，既可以单独处理，又可以作为前处理，提高废水的可生化降解性，同时还可作为电化学消毒的后处理。3.对环境友好。电化学技术处理废水后的产物主要是二氧化碳、水和简单的有机物，并且在处理过程中不需要添加氧化剂、还原剂等化学试剂，不会造成二次污染。4.易于测定和控制。电化学运行过程中的主要运行参数是电流和电位，其可控程度高，易于实现自动化，能够有效降低管理成本。5.设备简单，操作与维护费用低。但电化学水处理技术的发展和应用相对其他技术仍然十分缓慢，主要是因为电极的过电位导致电化学反应过程中需要消耗一定量的电能，有效地降低过电位的关键在于制备出高性能的电极。1968年钛基涂层电极研制成功。该电极是在钛基金属表面涂敷催化涂层，具有尺寸稳定、催化能力强、种类繁多、副反应可通过改变涂层组分来消除等优良品质，它的出现克服了传统石墨电极、钼电极、二氧化铅电极存在的缺点。目前在众多的钛基涂层电极中， Ti/Pb02和Ti/Sb-SnA阳极应用于处理难降解有机废水较多。前者在电解过程中产生的铅离子会造成污染，后者则成为电化学法处理难降解有机废水的最佳选择之一。然而，Ti/ Sb-SnO2阳极仍存在稳定性和导电性较差等缺点。刘俊峰等Q008. 12《材料研究学报》“含Mn中间层提高钛基SnA电催化电极的稳定性”)通过浸渍法和溶胶一凝胶法(Sol-gel)，采用单一高温烧结分别制备了含Mn中间层和SnA表面催化层的Ti/MnOySnA电极，结果表明含Mn中间层能提高电极的稳定性，但是该电极电催化性能却较Ti/SnA电极有所下降。稀土由于其特殊的4f电子结构以及物理、化学性质，具有多方面的催化、助催化的作用，其催化性能已被研究证实，因此，人们尝试利用稀土的独特性能与钛电极的电催化层(Sn，Sb)相互配合来实现高性能涂层电极的制备。中国专利申请CN1016M790A(申请号200910018402. 3)公开了一种钕掺杂钛基二氧化锡-锑电极的制备方法，该方法直接将结晶四氯化锡、三氯化锑和硝酸钕按 100 15 1的比例，溶于溶剂后制得涂液，再采用浸渍-单一高温烧结得到钕掺杂钛基二氧化锡-锑电极。该电极相比较于未掺杂钕的钛基二氧化锡-锑电极，其界面电阻降低、 析氧电位提高、电催化性能提高、电极寿命延长。但该方法仍存在三项缺陷一是浸渍时的涂液为溶液，烧结时容易发生粒子团聚，烧结得到的涂层晶粒尺寸较大，电极性能的提高有所受限；二是单一高温烧结下，涂层粒子内应力未得到充分释放，也将导致涂层晶粒尺寸较大；三是电极只有含Nd掺杂的Sn、Sb催化层，涂层与基体之间的结合力差，钛基体容易钝化，涂层电极的耐用性较差、寿命低。王静等Q005. 1《环境化学》“稀土 Gd掺杂Sn Sb多组份涂层电极制备的实验研究”)通过溶胶-凝胶技术(Sol-gel)，采用单一高温烧结制备了 Gd掺杂Ti/Sb-Sn02单一涂层电极，实验结果表明稀土 Gd掺杂有利于SnSb金属氧化物涂层电极的电催化性能的提高。但该电极仍采用单一高温烧结，且只含有Gd掺杂的Sn、Sb催化层，仍具有涂层晶粒尺寸较大和涂层与基体之间的结合力差，钛基体容易钝化，涂层电极的耐用性较差、寿命低的缺陷。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，从17种稀土元素中，优选出稀土镨(Pr)和镝(Dy)， 提供这两种元素联合掺杂制备纳米Ti/Sb-Sn02双涂层电极的方法。专利技术概述本专利技术通过溶胶-凝胶技术(Sol-gel)依次将掺杂ft·和Dy的SruSb溶胶涂覆于预处理后的电极基体表面，结合浸渍-底层低温烧结和程序升温的热处理工艺制得含有ft" 掺杂的SruSb中间层和含有Dy掺杂的SruSb催化层的纳米Ti/Sb-SnA双涂层电极。该电极具有高析氧电位，高催化性能、高导电性能和经久耐用等特点。溶胶-凝胶技术(Sol-gel)是指有机金属化合物或无机盐经过溶液、溶胶、凝胶、 热处理而成为氧化物或其他固体化合物的方法。专利技术详述，步骤如下(1)将结晶四氯化锡、三氯化锑和氧化镨按离子摩尔浓度比Sn Sb Pr = 100 5 7 0.75 1.25的比例配制混合溶液I，经70 IOOHz超声10 30min，静置陈化1 池，制得掺杂ft·的溶胶I ；(2)将结晶四氯化锡、三氯化锑和氧化镝按离子摩尔浓度比Sn Sb Dy = 100 5 7 0. 75 1. 25的比例配制混合溶液II，经70 IOOHz超声10 30min，静置陈化1 池，制得掺杂Dy的溶胶II ；(3)将经处理的电极基体放入步骤⑴制得的掺杂ft"的溶胶I中，静置4 8min， 干燥，重复3 5次，然后将涂敷后的电极基体放入马弗炉中进行前期烧结，方法如下以起始温度为90 100°C、8 10°C /min的升温速度升温至400 450°C，保持25 40min，再以8 10°C /min降温速度降至室温，用去离子水清洗表面，干燥；重复上述涂敷、前期烧结步骤一次，得初次涂布ft·中间层的纳米Ti/Sb-SnA电极；将初次涂布ft·中间层的纳米Ti/Sb-SnA电极放入步骤(1)制得的掺杂ft"的溶胶I中，静置4 8min，干燥，重复3 5次，然后将涂敷后的电极基体放入马弗炉中进行最终烧结，方法如下先以起始温度为90 100°C、8 10°C /min的升温速度升温至400 450°C，保持25 40min ；再以2 8V /min的升温速度升温至600°C 650°C烧结，保持 60 120min ；最后以2 8°C /min的降温速度降至室温，取出，即得到含ft·中间层的纳米 Ti/Sb-Sn02 电极；(4)将步骤(3)制得的含ft·中间层的纳米Ti/Sb-SnA电极放入步骤(2)制得的掺杂Dy的溶胶II中，静置4 8min，干燥，重复3 5次，然后将涂敷后的电极基体放入马弗炉中进行前期烧结，方法如下以起始温度为90 100°C、8 10°C /min的升温速度升温至400 450°C，保持25 40min ；再以8 10°C /min降温速度降至室温，用去离子水清洗表面，干燥；重复上述涂敷、前期烧结步骤一次，得初次涂布Dy催化层的纳米Ti/Sb-SnA电极；将初次涂布D本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．稀土镨和镝联合掺杂纳米钛基二氧化锡－锑双涂层电极的制备方法，步骤如下：（１）将结晶四氯化锡、三氯化锑和氧化镨按离子摩尔浓度比Ｓｎ∶Ｓｂ∶Ｐｒ＝１００∶５～７∶０．７５～１．２５的比例配制混合溶液Ｉ，经７０～１００Ｈｚ超声１０～３０ｍｉｎ，静置陈化１～２ｈ，制得掺杂Ｐｒ的溶胶Ｉ；（２）将结晶四氯化锡、三氯化锑和氧化镝按离子摩尔浓度比Ｓｎ∶Ｓｂ∶Ｄｙ＝１００∶５～７∶０．７５～１．２５的比例配制混合溶液ＩＩ，经７０～１００Ｈｚ超声１０～３０ｍｉｎ，静置陈化１～２ｈ，制得掺杂Ｄｙ的溶胶ＩＩ；（３）将经处理的电极基体放入步骤（１）制得的掺杂Ｐｒ的溶胶Ｉ中，静置４～８ｍｉｎ，干燥，重复３～５次，然后将涂敷后的电极基体放入马弗炉中进行前期烧结，方法如下：以起始温度为９０～１００℃、８～１０℃／ｍｉｎ的升温速度升温至４００～４５０℃，保持２５～４０ｍｉｎ，再以８～１０℃／ｍｉｎ降温速度降至室温，用去离子水清洗表面，干燥；重复上述涂敷、前期烧结步骤一次，得初次涂布Ｐｒ中间层的纳米Ｔｉ／Ｓｂ－ＳｎＯ２电极；将初次涂布Ｐｒ中间层的纳米Ｔｉ／Ｓｂ－ＳｎＯ２电极放入步骤（１）制得的掺杂Ｐｒ的溶胶Ｉ中，静置４～８ｍｉｎ，干燥，重复３～５次，然后将涂敷后的电极基体放入马弗炉中进行最终烧结，方法如下：先以起始温度为９０～１００℃、８～１０℃／ｍｉｎ的升温速度升温至４００～４５０℃，保持２５～４０ｍｉｎ；再以２～８℃／ｍｉｎ的升温速度升温至６００℃～６５０℃烧结，保持６０～１２０ｍｉｎ；最后以２～８℃／ｍｉｎ的降温速度降至室温，取出，即得到含Ｐｒ中间层的纳米Ｔｉ／Ｓｂ－ＳｎＯ２电极；（４）将步骤（３）制得的含Ｐｒ中间层的纳米Ｔｉ／Ｓｂ－ＳｎＯ２电极放入步骤（２）制得的掺杂Ｄｙ的溶胶ＩＩ中，静置４～８ｍｉｎ，干燥，重复３～５次，然后将涂敷后的电极基体放入马弗炉中进行前期烧结，方法如下：以起始温度为９０～１００℃、８～１０℃／ｍｉｎ的升温速度升温至４００～４５０℃，保持２５～４０ｍｉｎ；再以８～１０℃／ｍｉｎ降温速度降至室温，用去离子水清洗表面，干燥；重复上述涂敷、前期烧结步骤一次，得初次涂布Ｄｙ催化层的纳米Ｔｉ／Ｓｂ－ＳｎＯ２电极；将初次涂布Ｄｙ催化层的纳米Ｔｉ／Ｓｂ－ＳｎＯ２电极放入步骤（２）制得的掺杂Ｄｙ的溶胶ＩＩ中，静置４～８ｍｉｎ，干燥，重复３～５次，然后将涂敷后的电极基体放入马弗炉中进行最终烧结，方法如下：先以起始温度为９０～１００℃、８～１０℃／ｍｉｎ的升温速度升温至４００～４５０℃，保持２５～４０ｍｉｎ；再以２～８℃／ｍｉｎ的升温速度升温至６００℃～６５０℃烧结，保持６０～１２０ｍｉｎ；最后以２～８℃／ｍｉｎ的降温速度降至室温，取出，即得镨和镝联合掺杂纳米钛基二氧化锡－锑双涂层电极。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李善评，曾雪媛，张启磊，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：88
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