用於難分解廢水處理的尺寸穩定性電極的製作方法
2024-04-05 10:39:05 1
專利名稱：用於難分解廢水處理的尺寸穩定性電極的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於難分解廢水處理的尺寸穩定性電極。
已有許多專利涉及電化學方法，諸如題為「Multi-step electrolyticagglutination system(申請號98-001790)」,「Method for treating dyeingwaste water and pigments waste water using electrolysis and heat-energy」(申請號97-020062，公開號98-001852),「Reagent for treatingdyeing waste water usmg electrolysis」(申請號96-022480，公開號98-001851),「Apparatus for decoloring dyeing waste water」(申請號96-018074，公開號97-074671),「Method for decoloring dyeing wastewater usmg chroline compound and electrolysis」(申請號96-014619，公開號97-074670),「carbon electrode usinga ceramic binder」(申請號97-033560，)等等。
在上述申請中披露的電化學系統包括在其上進行氧化的陽極和其中進行還原的陰極。用於氧化反應的陽極可分為可溶性陽極和非溶性陽極。
可溶性陽極並不昂貴，但其由於二次汙染大量發生而難於純化。
大多數普通非溶性陽極為塗敷有鉑族氧化物的鈦質基底。用於廢水處理的電極具備比氯氣生成電壓高的氧過電壓。
因為普通電極具有低氯過電壓，Cl-容易氧化為氯。所述氯容易與廢水反應而二次汙染之。而且，用於高氧過電壓的催化劑諸如Ru、Pt和Ir的價格昂貴。特別是，由鉑系催化劑製成的電極經過下述反應(1)，其活性因此消失。
……(1)其中，「s」表示固態和「sol」表示從溶液湧出的狀態。
當所述RuO2開始湧出時，所述電極開始損壞，所述鈦質基底被腐蝕，最後，出現空洞。因此，所述電極的壽命極大地縮短了。
伴隨地，當電解槽系統停止時，PbO2電極，作為第二種最常使用的電極，通過快速逆反應被還原成Pb。這樣湧出的Pb帶來另外的汙染。
電化學電極須滿足以下三個條件。
(1)成本(2)電壓(3)壽命本發明提供一種電極，滿足以上所述三個條件。
Ru、Ir、Pt、Ti、Pb等的氧化物可作為電化學催化劑。但是，由於此類材料昂貴，需要尋找替代電極。
本發明中，Sn可作為廢水處理用電極材料，因為其為非鉑族型，相對便宜且具有比氯生成電壓高的氧生成電壓。
影響耐久性的兩個因素為(ⅰ)基底的抗氧化性和(ⅱ)電極的相容性。鈦作為常規基底可分別容易為氧和氫氧化和還原。因此，對氧化和還原具有抗性的鈦氧化物(TiOx)可取代Ti。在此，x為1.1-2，更優選1.1-1.9，以及最優選1.5-1.8。
因為鉑族氧化物被溶解氧氧化，考慮到耐久性電極催化劑須具備較高氧過電壓。此類催化劑有TiO2、PtO2、碳、RuO2、SnO2等等，每一種都具有良好的粘附性。
在電壓方面，應當選擇具有高氧過電壓的電極催化劑材料。在已知的材料中，最優選SnO2。如果SnO2含量迅速增加，導電性也迅速增加。但是，如果SnO2含量迅速增加，同時，SnO2將相對容易氧化而進入電解液中。
因此，鑑於每一種電極催化劑的特性，需要一種兩元素或三元素催化劑體系。例如，一種基於SnO2的催化劑具有相對良好的耐久性、合理的價格和所須的電壓，並且含有一種以上增強耐久性的添加元素。
在TiO2和SnO2兩元素體系的情況下，如果SnO2的含量超過90摩爾％，氧過電壓將迅速下降，因此，電極的耐久性受到損害。
單就導電性而言，可以採用PtO2，但它的穩定性存在問題。而且，碳存在與金屬元素的相容性問題。
為了達到本發明的目的，提供了一種電極，其以SnO2作為主要元素，RuO2低於10摩爾％和Pt低於5摩爾％，其中，所述SnO2用來控制氧過電壓，所述RuO2用來增加導電性和耐久性。
(b)清洗步驟刻蝕後，採用純水除去基底上的酸。
(c)浸漬步驟通過將所述基底浸入電極催化劑溶液中而在基底上塗敷電極催化劑。
(d)燒結步驟塗敷有電極催化劑的基底在高溫下燒結。
(e)質量檢查步驟對塗敷的電極進行質量檢查此後，通過下述實施例對本發明予以更詳盡的描述。
(a)80攝氏度下，基底在1N-HCl溶液中刻蝕1小時。
(b)刻蝕基底以純水清洗。基底表面充分乾燥。
(2)電極催化劑溶液製備如下(a)製備H2PtCl6-6H2O作為Pt的前物質、RuCl4作為RuO2的前物質和SnCl4作為SnO2的前物質。
(b)分別稱量每一種前物質使Pt∶RuO2∶SnO2的摩爾比為10∶10∶80。
(c)經稱量的前物質例如SnCl4、RuCl4和H2PtCl6投入異丙醇(IPA)溶劑，然後溶液超聲波分散。
(3)電極塗敷步驟(a)(1)中製備的電極基底浸入(2)中製備的溶液中5秒鐘，在70攝氏度下遠紅外線乾燥10分鐘。
(b)塗敷有電極催化劑的電極在室環境中480攝氏度燒結1小時。
(c)燒結後，在大氣中乾燥。
(d)重複上述從(a)-(c)的工藝。
(e)重複5次，製得最終電極。
(4)電極分析(a)使用恆電位儀分析氧過電壓。
(ⅰ)採用三電極分析體系檢測氧過電壓，該體系採用(ⅰ)由(3)製備的電極作為工作電極，(ⅱ)碳電極為相反電極和(ⅲ)飽和甘汞電極(SCE)作為輔助電極。
(ⅱ)1摩爾H2SO4作為電解液。
(b)通過加速實驗測定壽命(ⅰ)在分別採用由(3)製備的電極作為陽極、不鏽鋼作為陰極和1摩爾H2SO4作為電解液並且施加20kA/m2電壓的條件下測定電壓-時間的關係。當電壓增加時測定壽命。
(2)電極催化劑溶液製備如下(a)進行實施例1中(2)-(Ⅰ)同樣的步驟。
(b)分別稱量每一種前物質使Pt∶RuO2∶SnO2的摩爾比率為10∶10∶80。
(c)進行(2)-(c)同樣的步驟。
(3)進行實施例1的(3)同樣的電極塗敷步驟。
(4)進行實施例1的(4)同樣的分析步驟。
(2)電極催化劑製備如下(a)製備SnCl4和RuCl4作為SnO2和RuO2的前物質。
(b)分別稱量每一種前物質使SnO2∶RuO2的摩爾比率為20∶80。
(c)經稱量的前物質例如SnCl4和RuCl4投入IPA溶劑，然後溶液超聲波分散。
(3)電極塗敷步驟(a)所述電極清洗並浸入(2)中製備的溶液中5秒鐘，在大氣中乾燥10分鐘。
(b)所述乾燥的電極在480攝氏度燒結10分鐘。
(c)此後，所述電極再次以純水清洗並乾燥。然後，重複上述(a)-(c)的工藝。重複5次後，製得最終電極。
(4)對從(3)中製得的電極進行如實施例1中(4)的電極分析。
(2)按實施例1中(2)同樣的方式製備電極催化劑溶液。
(3)按實施例1中(3)同樣的方式完成電極塗敷過程。
(4)按實施例1中(4)同樣的方式進行電極分析。對比實施例(1)按實施例1中(1)同樣的方式對由鈦製成的基底進行預處理。
(2)電極催化劑溶液製備如下(a)製備RuCl4和TPT分別作為RuO2和TiO2的前物質。
(b)RuCl4和TPT經稱量使RuO2∶TiO2的重量比率為50∶50。
(c)步驟(b)中稱量的RuCl4加入與步驟(b)稱量的RuCl4和TPT的總重量相同重量的IPA(異丙醇)中。此後，所述溶液經超聲波分散1小時。
(d)當TPT加入時溶液攪拌1小時。
(e)在進一步加入50倍於(d)所述溶液體積的IPA，所述溶液攪拌1天。
(3)按實施例1中(3)同樣的方式進行電極塗敷步驟。
(4)按實施例1中(4)同樣的方式進行電極分析。實施例和對比實施例中的結果如下
權利要求
1．用於廢水處理的電極，其包括基底和塗敷於所述基底表面的電極催化劑，其中，所述電極催化劑為包括至少RuO2和SnO2的多元素催化劑。
2．如權利要求1所述的電極，其中所述電極催化劑進一步包括Pt。
3．如權利要求2所述的電極，其中所述Pt∶RuO2∶SnO2的比例為0-20∶10-20∶80摩爾重量％。
4．如權利要求1所述的電極，所述基底由Ti4O7製成。
全文摘要
用於難分解廢水處理的電極須具備高氧過電壓、低價格和耐久性。常規電極不能滿足以上三個條件。本發明提供一種能夠滿足所有以上三個條件的電極,其包括新型基底和新型電極催化劑。所述新型電極催化劑為由Sn－Pt－Ru組成的三元素催化劑,以及新型基底為陶瓷Ti
文檔編號C02F1/46GK1325366SQ99812910
公開日2001年12月5日 申請日期1999年6月19日 優先權日1998年11月9日
發明者金姬廷 申請人:金姬廷