專利名稱：板狀金屬氧化物電極的復(fù)極式電沉積方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電化學(xué)方法制備金屬氧化物電極技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種板狀金屬氧化物電極的復(fù)極式電沉積方法。
背景技術(shù)：
高濃度有毒性難生化降解的有機(jī)物廢水，一直是我國污水治理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。采用電化學(xué)高級(jí)氧化技術(shù)治理這些難降解的污水，已經(jīng)成為廢水處理領(lǐng)域的熱門研究。電化學(xué)高級(jí)氧化水處理技術(shù)的關(guān)鍵有三點(diǎn)一是電極，二是電解槽結(jié)構(gòu)，三是電源配置，其中技術(shù)的核心是電極。用作電極的材料主要有金屬材料、碳素材料、金屬氧化物材料和非金屬化合物材料等。
在金屬材料電極領(lǐng)域，目前，常用的是單極式板狀金屬氧化物電極，包括正極金屬氧化物電極和負(fù)極金屬氧化物電極，將正極電極和負(fù)極電極交叉放置在電解槽中，用隔膜將陽極和陰極隔開。當(dāng)直流電通過電解槽時(shí)，在陽極與溶液界面處發(fā)生氧化反應(yīng)，在陰極與溶液界面處發(fā)生還原反應(yīng)，以制取所需產(chǎn)品。采用單級(jí)式板狀金屬氧化物電極的電解槽具有電流大，變電整流工程造價(jià)高，系統(tǒng)復(fù)雜，可行性差的缺陷。為了改進(jìn)電解槽的性能，復(fù)極式板狀金屬氧化物電極已處在研究階段，和單級(jí)式板狀金屬氧化物電極不同，其電極為一面為正極另一面為負(fù)極。將復(fù)極式板狀金屬氧化物電極置于電解槽中使用時(shí)，僅需將多個(gè)電極正極朝向相同的方向排列，無需隔膜將電極隔開。復(fù)極式板狀金屬氧化物電解槽能實(shí)現(xiàn)低電流，高電壓，系統(tǒng)簡單，可控性好。單級(jí)式和復(fù)極式板狀金屬氧化物電極不同，所以在制備時(shí)，兩者的電沉積方法也不相同?，F(xiàn)行單極式電沉積大都是對(duì)電極的兩面都進(jìn)行同樣的處理，比如電極兩面同樣進(jìn)行燒結(jié)，或電極兩面進(jìn)行同樣的電沉積。對(duì)電極兩面同時(shí)進(jìn)行同一種材料的電沉積即是單極式電沉積。單極式電沉積制得的電極，電極的兩面是同一種材料；而復(fù)極式電沉積制得的電極，電極的兩面可以是同一種材料，也可以不是同一種材料。上述表明，復(fù)極式板狀金屬氧化物電極只能進(jìn)行單面電沉積，而金屬板單面電沉積不可避免地要產(chǎn)生應(yīng)力變形，而且金屬板面積越大產(chǎn)生的應(yīng)力變形越大，使所制備的電極由平面變成凹面。很明顯，呈凹面的電極勢(shì)必影響電解槽的極板間距，繼而影響電化學(xué)的電流分布、電流效率；另外，由于應(yīng)力較大或應(yīng)力集中，還會(huì)使電沉積層起泡、開裂甚至脫落，以至使板狀金屬氧化物電極失效。因此，以金屬板為基材，在解決了基體金屬板的應(yīng)力變形問題之后，需要一種適宜的電沉積方法，以制備復(fù)極式板狀金屬氧化物電極。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于填補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的空白，提供一種能夠快速、高效且簡便的板狀金屬氧化物電極的復(fù)極式電沉積方法，通過該方法獲得的復(fù)極式板狀金屬氧化物電極板面平整，電催化性能優(yōu)良，并消除了制作過程中產(chǎn)生的變形應(yīng)力。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的板狀金屬氧化物電極的復(fù)極式電沉積方法，包括以下步驟(I)準(zhǔn)備待制作成電極的金屬板，金屬板的一面已加工成若干個(gè)凸出小平面，且小平面分布在金屬板的同一表面上；(2)將步驟(I)得到的金屬板清洗干凈后進(jìn)行涂層燒結(jié)過渡層；(3)將經(jīng)過燒結(jié)過渡層的數(shù)片金屬板垂直地安裝進(jìn)復(fù)極式電沉積槽之中，使金屬板的板面互相平行、同心且金屬板面上具有凸出小平面的一面朝向復(fù)極式電沉積槽的電源的正極，開啟電源，使電沉積藥液在復(fù)極式電沉積槽中流動(dòng)，對(duì)金屬板面上具有凸出小平面的一面進(jìn)行金屬氧化物電沉積；(4)金屬氧化物電沉積結(jié)束后，清洗金屬板得到復(fù)極式板狀金屬氧化物電極?？蛇x地，所述金屬板為單組分金屬板或多組分合金板。優(yōu)選地，所述步驟(3)中的數(shù)片金屬板為3 100片金屬板。優(yōu)選地，所述復(fù)極式電沉積槽采用的電源為直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源。優(yōu)選地，所述電沉積藥液的配方如下硝酸鉛110 150g/L、硝酸銅15 25g/L、硝酸猛30 50g/L、氟化鈉I. O I. 5g/L、硝酸秘O. 5 I. Ommol/L、硝酸3ml/L,稀土兀素鑭、鋪、釹、銪各I 10mmol/L。復(fù)極式電沉積和單極式電沉積的主要區(qū)別在于第一，復(fù)極式電沉積制得的電極，電極的兩面不是同一種材料，具有不同的性能和功能；單極式電沉積制得的電極，電極的兩面是同一種材料，只能具有相同的性能和功能。第二，進(jìn)行復(fù)極式電沉積時(shí)電極板在復(fù)極式電沉積槽中按復(fù)極式電路排列和連接，只有槽兩端的兩塊電極需要導(dǎo)線連接，其他的電極都不需要導(dǎo)線連接、耗材少、操作簡單；進(jìn)行單極式電沉積時(shí)電極板在電沉積槽中按單極式電路排列和連接，每塊電極都需要導(dǎo)線連接，耗材多、操作復(fù)雜。第三，復(fù)極式電沉積電路可以實(shí)現(xiàn)低電流高電壓，而單極式電沉積電路大都是高電流低電壓。高電流低電壓電源的制造成本與低電流高電壓電源相比，前者的制造成本比后者要出高許多，電流越大，前者的制造成本會(huì)比后者成倍的高出。即是復(fù)極式電沉積電源的制造成本要比單極式電沉積電源的低得多，亦即是復(fù)極式電路電源的制造成本要比單極式電路電源的制造成本低得多。
本發(fā)明的有益效果通過板狀金屬氧化物電極的復(fù)極式電沉積方法可以高效且快速地進(jìn)行金屬板的單面電沉積，本方法所制得的復(fù)極式板狀金屬氧化物電極表面平整，電催化沉積層均勻，不起泡、無空洞、無裂紋、無脫落，牢牢地附著在金屬板表面，具有優(yōu)良的電催化性能，適用于復(fù)極式電催化水處理裝置，其使用壽命可以達(dá)到I 5年。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。實(shí)施例I采用已經(jīng)加工有凸出小平面的金屬鈦板為基材，將金屬鈦板清洗干凈后進(jìn)行涂層燒結(jié)過渡層。準(zhǔn)備復(fù)極式電沉積循環(huán)裝置和電沉積藥液，復(fù)極式電沉積槽采用直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源；電沉積藥液配方如下硝酸鉛128g/L、硝酸銅20g/L、硝酸錳47g/L、氟化鈉I. 5g/L、硝酸秘O. 9mmol/L、硝酸3ml/L,稀土兀素鑭、鋪、釹、銪各6mmol/L。將經(jīng)過燒結(jié)過渡層的金屬鈦板10片安裝進(jìn)復(fù)極式電沉積循環(huán)裝置的復(fù)極式電沉積槽之中，使10片金屬鈦板垂直放置，且板面同心并且互相平行，進(jìn)而使金屬鈦板上加工有凸出小平面的一面朝向同一個(gè)方向，再將電源的正、負(fù)極導(dǎo)線分別連接在兩端的第I片和第10片金屬鈦板上，進(jìn)而使金屬鈦板上加工有凸出小平面的一面朝向電源的正扱。將已經(jīng)配制好的電沉積藥液加進(jìn)復(fù)極式電沉積循環(huán)裝置的低位儲(chǔ)槽，將溫度升到符合要求，啟動(dòng)循環(huán)泵將藥液打進(jìn)復(fù)極式電沉積槽，進(jìn)而使藥液在復(fù)極式電沉積循環(huán)裝置里循環(huán)流動(dòng)，如此電沉積到150min，斷開電沉積電流，停循環(huán)泵?；厥詹⒓袕?fù)極式電沉積循環(huán)裝置里余留的電沉積藥液，供下次配制電沉積藥液 時(shí)使用。用溫水將金屬鈦板電極清洗干凈，得到復(fù)極式板狀金屬氧化物電極，該電極適用于復(fù)極式電催化水處理裝置，其使用壽命可以達(dá)到5年。實(shí)施例2采用已經(jīng)加工有凸出小平面的不銹鋼板為基材，將不銹鋼板清洗干凈后進(jìn)行涂層燒結(jié)過渡層。準(zhǔn)備復(fù)極式電沉積循環(huán)裝置和電沉積藥液，復(fù)極式電沉積槽采用直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源；電沉積藥液配方如下硝酸鉛126g/L、硝酸銅15g/L、硝酸錳45g/L、氟化鈉I. lg/L、硝酸秘O. 6mmol/L、硝酸3ml/L,稀土兀素鑭、鋪、釹、銪各4mmol/L。將經(jīng)過燒結(jié)過渡層的不銹鋼板50片安裝進(jìn)復(fù)極式電沉積循環(huán)裝置的復(fù)極式電沉積槽之中，使50片不銹鋼板板面互相平行并垂直放置，且板面同心并且互相平行，進(jìn)而使不銹鋼板上加工有凸出小平面的一面朝向同一個(gè)方向，再將電源的正、負(fù)極導(dǎo)線分別連接在兩端的第I片和第50片不銹鋼板上，進(jìn)而使不銹鋼板上加工有凸出小平面的一面朝向電源的正極。將已經(jīng)配制好的電沉積藥液加進(jìn)復(fù)極式電沉積循環(huán)裝置的低位儲(chǔ)槽，將溫度升到符合要求，啟動(dòng)循環(huán)泵將藥液打進(jìn)復(fù)極式電沉積槽，進(jìn)而使藥液在復(fù)極式電沉積循環(huán)裝置里循環(huán)流動(dòng)，如此電沉積到120min，斷開電沉積電流，停循環(huán)泵。回收并集中復(fù)極式電沉積循環(huán)裝置里余留的電沉積藥液，供下次配制電沉積藥液時(shí)使用。用溫水將不銹鋼板清洗干凈，得到復(fù)極式板狀金屬氧化物電極，該電極適用于復(fù)極式電催化水處理裝置，其使用壽命可以達(dá)到3年。本發(fā)明實(shí)施例中制得的板狀金屬氧化物電極，同一塊電極上其陽極面沉積上具有催化氧化功能的金屬氧化物材料；其陰極面沉積上具有催化活性功能的多金屬材料。經(jīng)檢測(cè)，與普通金屬氧化物電極相比，本發(fā)明制得的板狀金屬氧化物電極析氧電位升高、穩(wěn)定性提聞使用壽命大幅度延長(見下表)
~ ~ 工作壽命(小吋)~陽極析氧電位[O ]_(工作電流 lOOOmA/cm2)(V)
—已有電極__4000 (小時(shí))左右__2. I_
本發(fā)明電極[ >10000 (小時(shí)) [2.8 :
權(quán)利要求
1.一種板狀金屬氧化物電極的復(fù)極式電沉積方法，其特征在于包括以下步驟 (1)準(zhǔn)備待制作成電極的金屬板，金屬板的一面已加工成若干個(gè)凸出小平面，且小平面分布在金屬板的同一表面上； (2)將步驟(I)得到的金屬板清洗干凈后進(jìn)行涂層燒結(jié)過渡層； (3)將經(jīng)過燒結(jié)過渡層的數(shù)片金屬板垂直地安裝進(jìn)復(fù)極式電沉積槽之中，使金屬板的板面互相平行、同心且金屬板面上具有凸出小平面的一面朝向復(fù)極式電沉積槽的電源的正極，開啟電源，使電沉積藥液在復(fù)極式電沉積槽中流動(dòng)，對(duì)金屬板面上具有凸出小平面的一面進(jìn)行金屬氧化物電沉積； (4)金屬氧化物電沉積結(jié)束后，清洗金屬板得到復(fù)極式板狀金屬氧化物電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的板狀金屬氧化物電極的復(fù)極式電沉積方法，其特征在于所述金屬板為單組分金屬板或多組分合金板。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的板狀金屬氧化物電極的復(fù)極式電沉積方法，其特征在于所述步驟(3)中的數(shù)片金屬板為3 100片金屬板。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的板狀金屬氧化物電極的復(fù)極式電沉積方法，其特征在于所述復(fù)極式電沉積槽采用的電源為直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的板狀金屬氧化物電極的復(fù)極式電沉積方法，其特征在于所述電沉積藥液的配方如下硝酸鉛110 150g/L、硝酸銅15 25g/L、硝酸猛30 50g/L、氟化鈉I. O I. 5g/L、硝酸秘O. 5 I. Ommol/L、硝酸3ml/L,稀土兀素:鑭、鋪、釹、銪各I 10mmol /I, η
全文摘要
本發(fā)明公開了一種板狀金屬氧化物電極的復(fù)極式電沉積方法，包括準(zhǔn)備一面加工有若干個(gè)凸出小平面的金屬板，將金屬板清洗干凈后，再進(jìn)行涂層燒結(jié)過渡層；再將數(shù)片金屬板垂直安裝進(jìn)復(fù)極式電沉積槽之中，使金屬板的板面互相平行且具有凸出小平面的一面朝向電源的正極，開啟電源，進(jìn)行電沉積。通過板狀金屬氧化物電極的復(fù)極式電沉積方法可以高效且快速地進(jìn)行金屬板的單面電沉積，本方法所制得的復(fù)極式板狀金屬氧化物電極表面平整，電催化層沉積均勻，不起泡、無空洞、無裂紋、無脫落，牢牢地附著在金屬板表面，具有優(yōu)良的電催化性能，適用于復(fù)極式電催化水處理裝置，其使用壽命可以達(dá)到1～5年。
文檔編號(hào)C25D7/06GK102677118SQ20121013454
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月3日
發(fā)明者張懷松, 涂曉波, 程木森, 袁兵 申請(qǐng)人:武漢威蒙環(huán)?？萍加邢薰?br>