[0052] 实施例1一种高效苯酚废水降解用阳极材料,所述材料通过如下方法制备:
(1)提供钛或钛合金金属基材,并对所述金属基材进行预处理,所述预处理包括有机械打磨-碱洗-酸洗,所述打磨为依次使用300目和800目砂纸打磨抛光,然后去离子水冲洗,所述碱洗为10g/L碳酸钠、10g/L磷酸三钠、10g/L硅酸钠、1g/L辛基酚聚氧乙烯醚的混合水溶液,温度40oC,时间10min,
酸洗为2wt.%草酸和1wt.%盐酸的复合酸洗液,酸洗温度50oC,时间30min,酸洗后使用去离子多次洗涤。
[0053] (2)配置含有碳纳米管的阳极氧化液,所述阳极氧化液为4g/L氟化铵、300ml乙二醇、0.15wt.%酸化处理的碳纳米管的水溶液50ml,所述碳纳米管的管径50-70nm,长度5-8μm,所述酸化处理的碳纳米管过程如下:将碳纳米管置于三口烧瓶内,经过100oC混酸酸化,冷却水回流处理5h,所述混酸为体积比为2.5:1的98wt.%的H2SO4和65%-67wt.%的HNO3混酸。
[0054] (3)以步骤(1)预处理后的金属基材为阳极,以步骤(2)配置的阳极氧化液为电解液,对所述基材进行阳极氧化处理,在所述金属基材表面形成阳极氧化膜,所述阳极氧化膜内部包覆有碳纳米管,阳极氧化的电压15V,反应时间60min。
[0055] (4)化学腐蚀除去部分阳极氧化膜,露出碳纳米管;化学腐蚀的溶液为5wt.%的酒o石酸,腐蚀时间为10min,温度40C。
[0056] (5)去离子水洗涤获得Ti/TiO2-CNT材料。
[0057] (6)配置碱性铅电沉积液;碱性铅电沉积液包括有15-20g/L氧化铅,氢氧化钠100g/L。
[0058] (7)以步骤(5)中获得的Ti/TiO2-CNT材料为阳极,铂片为阴极,电解制备获得Ti/TiO2-CNT/α-氧化铅材料,去离子多次洗涤;电解参数如下:电流密度为30mA/cm2,温度30oC,时间40min,极板间距1.5cm。
[0059] (8)配置酸性铅电沉积液;铅电沉积液0.45mol/L的Pb(NO3)2、0.01mol/L的NaF、适量HNO3、使用酒石酸调节电解液的pH为1。
[0060] (9)以步骤(7)中获得的Ti/TiO2-CNT/α-氧化铅材料为阳极,铂片为阴极,电解制备获得Ti/TiO2-CNT/α-氧化铅/β-氧化铅材料, 电沉积时间1.0h,沉积温度为40℃,电沉积电流密度为10mA/cm2,极板间距3cm。
[0061] 实施例2一种高效苯酚废水降解用阳极材料,所述材料通过如下方法制备:
(1)提供钛或钛合金金属基材,并对所述金属基材进行预处理,所述预处理包括有机械打磨-碱洗-酸洗,所述打磨为依次使用300目和800目砂纸打磨抛光,然后去离子水冲洗,所述碱洗为15g/L碳酸钠、15g/L磷酸三钠、15g/L硅酸钠、1.5g/L辛基酚聚氧乙烯醚的混合水溶液,温度15oC,时间12.5min,
酸洗为2.5wt.草酸和1.25wt.%盐酸的复合酸洗液,酸洗温度55oC,时间35min,酸洗后使用去离子多次洗涤。
[0062] (2)配置含有碳纳米管的阳极氧化液,所述阳极氧化液为4.5g/L氟化铵、400ml乙二醇、0.175wt.%酸化处理的碳纳米管的水溶液55ml,所述碳纳米管的管径50-70nm,长度5-8μm,所述酸化处理的碳纳米管过程如下:将碳纳米管置于三口烧瓶内,经过100oC混酸酸化,冷却水回流处理5h,所述混酸为体积比为2.5:1的98wt.%的H2SO4和65%-67wt.%的HNO3混酸。
[0063] (3)以步骤(1)预处理后的金属基材为阳极,以步骤(2)配置的阳极氧化液为电解液,对所述基材进行阳极氧化处理,在所述金属基材表面形成阳极氧化膜,所述阳极氧化膜内部包覆有碳纳米管,阳极氧化的电压17.5V,反应时间90min。
[0064] (4)化学腐蚀除去部分阳极氧化膜,露出碳纳米管;化学腐蚀的溶液为10wt.%的酒石酸,腐蚀时间为12.5min,温度45oC。
[0065] (5)去离子水洗涤获得Ti/TiO2-CNT材料。
[0066] (6)配置碱性铅电沉积液;碱性铅电沉积液包括有27.5g/L氧化铅,氢氧化钠110g/L。
[0067] (7)以步骤(5)中获得的Ti/TiO2-CNT材料为阳极,铂片为阴极,电解制备获得Ti/TiO2-CNT/α-氧化铅材料,去离子多次洗涤;电解参数如下:电流密度为40mA/cm2,温度o32.5C,时间45min,极板间距1.75cm。
[0068] (8)配置酸性铅电沉积液;铅电沉积液0.45mol/L的Pb(NO3)2、0.01mol/L的NaF、适量HNO3、使用酒石酸调节电解液的pH为1.5。
[0069] (9)以步骤(7)中获得的Ti/TiO2-CNT/α-氧化铅材料为阳极,铂片为阴极,电解制备获得Ti/TiO2-CNT/α-氧化铅/β-氧化铅材料, 电沉积时间1.25h,沉积温度为45℃,电沉积电流密度为12.5mA/cm2,极板间距3.5cm。
[0070] 实施例3一种高效苯酚废水降解用阳极材料,所述材料通过如下方法制备:
(1)提供钛或钛合金金属基材,并对所述金属基材进行预处理,所述预处理包括有机械打磨-碱洗-酸洗,所述打磨为依次使用300目和800目砂纸打磨抛光,然后去离子水冲洗,所述碱洗为20g/L碳酸钠、20g/L磷酸三钠、20g/L硅酸钠、2g/L辛基酚聚氧乙烯醚的混合水溶液,温度50oC,时间15min,
酸洗为3wt.草酸和1.5wt.%盐酸的复合酸洗液,酸洗温度60oC,时间40min,酸洗后使用去离子多次洗涤。
[0071] (2)配置含有碳纳米管的阳极氧化液,所述阳极氧化液为5g/L氟化铵、300-500ml乙二醇、2wt.%酸化处理的碳纳米管的水溶液60ml,所述碳纳米管的管径50-70nm,长度5-8μm,所述酸化处理的碳纳米管过程如下:将碳纳米管置于三口烧瓶内,经过100oC混酸酸化,冷却水回流处理5h,所述混酸为体积比为2.5:1的98wt.%的H2SO4和65%-67wt.%的HNO3混酸。
[0072] (3)以步骤(1)预处理后的金属基材为阳极,以步骤(2)配置的阳极氧化液为电解液,对所述基材进行阳极氧化处理,在所述金属基材表面形成阳极氧化膜,所述阳极氧化膜内部包覆有碳纳米管,阳极氧化的电压20V,反应时间120min。
[0073] (4)化学腐蚀除去部分阳极氧化膜,露出碳纳米管;化学腐蚀的溶液为15wt.%的酒石酸,腐蚀时间为15min,温度50oC。
[0074] (5)去离子水洗涤获得Ti/TiO2-CNT材料。
[0075] (6)配置碱性铅电沉积液;碱性铅电沉积液包括有20g/L氧化铅,氢氧化钠120g/L。
[0076] (7)以步骤(5)中获得的Ti/TiO2-CNT材料为阳极,铂片为阴极,电解制备获得Ti/TiO2-CNT/α-氧化铅材料,去离子多次洗涤;电解参数如下:电流密度为50mA/cm2,温度35oC,时间50min,极板间距2cm。
[0077] (8)配置酸性铅电沉积液;铅电沉积液0.45mol/L的Pb(NO3)2、0.01mol/L的NaF、适量HNO3、使用酒石酸调节电解液的pH为2。
[0078] (9)以步骤(7)中获得的Ti/TiO2-CNT/α-氧化铅材料为阳极,铂片为阴极,电解制备获得Ti/TiO2-CNT/α-氧化铅/β-氧化铅材料, 电沉积时间1.5h,沉积温度为50℃,电沉积电流密度为15mA/cm2,极板间距4cm。
[0079] 以实施例2的方法制备获得的样品进行电催化活性测试。
[0080] (1)线性LSV测试:操作参数:电压范围1.0-2.2V,扫速为100mV/s,溶液0.1M硫酸钠。
[0081] 线性扫描伏安法(LSV)是研究电极在发生电催化氧化时产生的析氧过电位的一种传统方法。在电氧化有机废水时,阳极可能会发生副反应导致氧气的产生,这既不能降解有机物又会引起电能的损耗,造成降解有机废水效率降低。更高的析氧电位意味着羟基自由基 更难发生析氧副反应,析氧副反应是羟基自由基参与有机污染物矿化过程中主要的竞争反应,从而提高了羟基自由基的有效利用率,使电极片具有更高催化活性 因此,在降解有机废水过程中,一个催化性能优异的阳极材料其析氧过电位要足够大,从而在一定电压下氧化有机废水时不会发生析氧副反应,提高降解效率。如图6线性扫描伏安曲线LSV所示,Ti/TiO2-CNT/α-氧化铅/β-氧化铅电极的吸氧过电位1.81V,此外,苯酚在电极上的氧化峰电位为0.69V,峰电流密度为0.51mA/cm2,所述析氧电位与苯酚电催化氧化电位之差为1.12V,充分说明高过氧电位在降解过程中容易产生更多的强氧化剂或羟基自由基,有利于提高降解有机废水效率。
[0082] (2)降解苯酚测试:以实施例2的样品为阳极,钛片为阴极,控制间距1.5cm,反应温度40oC,30mA/cm2下,通过紫外分光光度计测试不同降解时间苯酚的浓度,通过如下公式计算:其中C0为初始苯酚浓度,Ct为t时间后苯酚浓度,同时检测有机碳量的变化,如下公式其中,TOC0为初始苯酚所含有机碳量,TOCt为t时间后有机碳量浓度,
如附图7和附图8所示,在40oC,30mA/cm2下,使用所述阳极进行模拟苯酚废水降解
100min后,苯酚的去除率为84.1,COD去除率为66.3%。
[0083] (3)寿命测试:以所制实施例2制备的电极为阳极,铜板为阴极,电极间距为 10mm,测定电极在 60℃下、1.0mol/L H2SO4水溶液中,电流密度从零开始每分钟增加 0.5A/cm2,直到电流密度为
4.0A/cm2,保持稳定的电流密度 4.0A/cm2进行测试,初始槽电压在 4.5V 左右,当操作电压上升到 10V 时作为评价电极失活的判据,此时的电解时间即为该电极的寿命。
[0084] 热冲击实验条件:样品初始试验温度为 140℃,将电极置于马弗炉中 10分钟,取出并迅速置于 20℃的水中,马弗炉升高 20℃后,再将电极放置于马弗炉中煅烧,直到涂层破坏暴露基体。
[0085] 本发明实施例2发生击穿电压的时间分别为387h,换算成工业寿命为4.25年,达到了工业使用标准。
[0086] 本发明实施例2的热冲击终点温度为 290 ℃,其与电极寿命对应。
[0087] 以上,虽然通过优选的实施例对本实用发明进行了例示性的说明,但本发明并不局限于这种特定的实施例,可以在记载于本发明的保护范围的范畴内实施适当的变更。