海水用鈦基金屬氧化物陽極的製備方法與流程
2023-07-25 10:43:11 1
本發明屬於電極材料的製備領域，具體涉及一種海水用鈦基金屬氧化物陽極的製備方法。
背景技術：
遠洋船舶在加裝壓載水時，海水中的一些生物也隨之被加入到壓載艙中，直至航程結束才被排放到目的海域，這極易引起有害水生物和病原體的惡性傳播。壓載水的排放控制不當可能會對海洋生態系統和公眾健康造成嚴重危害。根據《國際船舶壓載水和沉積物控制與管理公約》規定，所有船舶都必須最終按照D-2 要求對壓載水進行處理。壓載水的處理方法包括過濾法、旋流分離法、紫外輻射法、超聲法、臭氧法和電解法等，其中電解法處理壓載水通過電解海水形成NaClO、Cl2和HClO等強氧化性物質來殺滅壓載水中的水生生物和病原體等，是具有發展前景的主要方法之一。電解海水採用對析氯反應有電催化活性的電極，主要是鈦基金屬氧化物陽極，也叫尺寸穩定性陽極(DSA)，其通常以RuO2和IrO2作為主要活性物質，前者催化活性高，後者則具有更高的耐久性，也可以通過製備複合金屬氧化物的方法，如Ti/ RuO2-IrO2-Sb2O5-SnO2，來獲得兼具催化活性和耐久性的DSA，在此方面已開展大量研究工作和實踐應用。
但是，遠洋船舶的壓載水處理經常在低溫(0-15℃)下進行。傳統的電極材，如Ti/ RuO2-IrO2-Sb2O5-SnO2在低溫使用環境(5 和10℃)中的活性極差，且在使用初期活性塗層已脫落。因此，開發適用於船舶壓載水電解處理的特種耐低溫DSA 是一項十分緊迫而有意義的工作。
技術實現要素：
本發明提供一種海水用鈦基金屬氧化物陽極的製備方法，得到的鈦基金屬氧化物陽極，可以在低溫海水中使用。
海水用鈦基金屬氧化物陽極的製備方法，包含以下步驟：
（1）採用鈦板作為電極基體，用pH=8-9的NaOH溶液清洗3次，然後蒸餾水清洗5次，在質量分數為8-12%的草酸溶液中於95 ℃下蝕刻3h，然後放置在蒸餾水中備用；
（2）取2 mL五氯化鉭正丁醇飽和溶液, 加入16 mg 的TiN納米粉體，超聲處理，然後將此溶液塗覆於步驟（1）的鈦板上，於121 ℃下烘乾10 min, 然後在馬弗爐中於350℃空氣氣氛下焙燒15min，再重複此塗覆-乾燥-焙燒過程1次，即得到塗覆有中間層樣品的鈦板；
（3）將氯銥酸、正丁醇和鹽酸按1：10：1的體積比混合均勻，得到氯銥酸-正丁醇-鹽酸混合液，然後將此混合液塗覆於步驟（2）得到的塗覆有中間層樣品的鈦板上，於121 ℃下烘乾10 min，然後在馬弗爐中於400-500℃空氣氣氛下焙燒15min，重複此塗覆-乾燥-焙燒過程共3次，即得到海水用鈦基金屬氧化物陽極。
優選地，步驟（1）中鈦板的尺寸為25 mm×25 mm×2 mm。
優選地，步驟（1）中草酸溶液的質量分數為10%。
優選地，步驟（2）中，超聲處理的條件為在200W的超聲功率下處理1h。
本發明的優點：
本發明製備得到的鈦基金屬氧化物陽極，可以在低溫海水（0-15℃）中使用，具有在較高的電催化活性。
具體實施方式
實施例1
海水用鈦基金屬氧化物陽極的製備方法，包含以下步驟：
（1）採用鈦板作為電極基體，用pH=8-9的NaOH溶液清洗3次，然後蒸餾水清洗5次，在質量分數為8%的草酸溶液中於95 ℃下蝕刻3h，然後放置在蒸餾水中備用；
（2）取2 mL五氯化鉭正丁醇飽和溶液, 加入16 mg 的TiN納米粉體，超聲處理，然後將此溶液塗覆於步驟（1）的鈦板上，於121 ℃下烘乾10 min, 然後在馬弗爐中於350℃空氣氣氛下焙燒15min，再重複此塗覆-乾燥-焙燒過程1次，即得到塗覆有中間層樣品的鈦板；
（3）將氯銥酸、正丁醇和鹽酸按1：10：1的體積比混合均勻，得到氯銥酸-正丁醇-鹽酸混合液，然後將此混合液塗覆於步驟（2）得到的塗覆有中間層樣品的鈦板上，於121 ℃下烘乾10 min，然後在馬弗爐中於400-500℃空氣氣氛下焙燒15min，重複此塗覆-乾燥-焙燒過程共3次，即得到海水用鈦基金屬氧化物陽極。
實施例2
海水用鈦基金屬氧化物陽極的製備方法，包含以下步驟：
（1）採用鈦板作為電極基體，用pH=8-9的NaOH溶液清洗3次，然後蒸餾水清洗5次，在質量分數為12%的草酸溶液中於95 ℃下蝕刻3h，然後放置在蒸餾水中備用；
（2）取2 mL五氯化鉭正丁醇飽和溶液, 加入16 mg 的TiN納米粉體，超聲處理，然後將此溶液塗覆於步驟（1）的鈦板上，於121 ℃下烘乾10 min, 然後在馬弗爐中於350℃空氣氣氛下焙燒15min，再重複此塗覆-乾燥-焙燒過程1次，即得到塗覆有中間層樣品的鈦板；
（3）將氯銥酸、正丁醇和鹽酸按1：10：1的體積比混合均勻，得到氯銥酸-正丁醇-鹽酸混合液，然後將此混合液塗覆於步驟（2）得到的塗覆有中間層樣品的鈦板上，於121 ℃下烘乾10 min，然後在馬弗爐中於400-500℃空氣氣氛下焙燒15min，重複此塗覆-乾燥-焙燒過程共3次，即得到海水用鈦基金屬氧化物陽極。
實施例3
海水用鈦基金屬氧化物陽極的製備方法，包含以下步驟：
（1）採用鈦板作為電極基體，其中，鈦板的尺寸為25 mm×25 mm×2 mm，用pH=8-9的NaOH溶液清洗3次，然後蒸餾水清洗5次，在質量分數為10%的草酸溶液中於95 ℃下蝕刻3h，然後放置在蒸餾水中備用；
（2）取2 mL五氯化鉭正丁醇飽和溶液, 加入16 mg 的TiN納米粉體，在200W的超聲功率下處理1h，然後將此溶液塗覆於步驟（1）的鈦板上，於121 ℃下烘乾10 min, 然後在馬弗爐中於350℃空氣氣氛下焙燒15min，再重複此塗覆-乾燥-焙燒過程1次，即得到塗覆有中間層樣品的鈦板；
（3）將氯銥酸、正丁醇和鹽酸按1：10：1的體積比混合均勻，得到氯銥酸-正丁醇-鹽酸混合液，然後將此混合液塗覆於步驟（2）得到的塗覆有中間層樣品的鈦板上，於121 ℃下烘乾10 min，然後在馬弗爐中於400-500℃空氣氣氛下焙燒15min，重複此塗覆-乾燥-焙燒過程共3次，即得到海水用鈦基金屬氧化物陽極。