[0041] 实施例1:
[0042] 1#掺石墨烯和镧改性的钛基二氧化铅电极,参阅图1,其具体结构包括:
[0043] 钛基体1;
[0044] 热沉积在钛基体上的锡锑氧化物底层2;
[0045] 电沉积在锡锑氧化物底层上的石墨烯和镧改性的β-PbO2活性层3。
[0046] 在本实施例中,钛基体采用钛丝。
[0047] 1#掺石墨烯和镧改性的钛基二氧化铅电极的具体制备方法如下:
[0048] (1)钛基体的预处理:用钛丝作为钛基体,首先用粗砂纸对钛丝进行打磨抛光,直至其呈现银白色金属光,以去离子水冲洗后;将打磨抛光过的钛丝置于丙酮中超声处理4分钟,去除油污;然后将除油处理后的钛丝置于去离子水中超声处理4分钟,去除丙酮及其它杂质;最后将钛丝浸泡在草酸刻蚀液中进行刻蚀,在微沸的条件下刻蚀1小时后取出,将完成刻蚀后的钛丝置于草酸保存液中保存待用;所述的草酸刻蚀液采用离子水中配制而成,草酸浓度为100g/L;所述的草酸保存液采用离子水中配制而成,草酸浓度为10g/L。
[0049] (2)热沉积锡锑氧化物底层:将四氯化锡和三氯化锑溶于浓盐酸和正丁醇混合溶液中制成涂覆液,将涂覆液涂覆于上述(1)中处理后的钛丝表面上,在鼓风干燥箱内120℃下烘干8分钟,如此涂覆干燥重复8次,再将烘干的钛丝置于马弗炉中500℃下焙烧1小时,取出后自然冷却至室温;涂覆液采用质量浓度为37%浓盐酸配制而成,其中含有87g/L氯化氢,650g/L正丁醇,170g/L四氯化锡和30g/L三氯化锑。
[0050] (3)电沉积石墨烯和镧修饰的β-PbO2活性层:将上述热沉积有锡锑氧化物底层的钛基体作为阳极,等面积的石墨作为阴极,在酸性沉积液中电沉积β-PbO2活性层,制得1#掺石墨烯和镧改性的钛基二氧化铅电极;酸性沉积液采用去离子水配制而成,含有石墨烯0.005g/L、硝酸镧1.7g/L、硝酸铅100g/L、十二烷基苯磺酸钠0.05g/L、硝酸5g/L;电沉积的电流密度是0.5A/dm2,电沉积温度是40℃,电沉积时间是0.5小时。
[0051] 对1#掺石墨烯和镧改性的钛基二氧化铅电极进行检测:将1#掺石墨烯和镧改性的钛基二氧化铅电极作为阳极,电极表面积为1cm2,等面积的石墨作为阴极,极间距为2cm,电催化氧化水中甲基橙,甲基橙的浓度为10mg/L,5g/L的硫酸钠做支持电解质,溶液的体积为100mL,电催化氧化电压为5V,温度为30℃,反应30分钟后甲基橙的去除率为83%;采用此电极为阳极进行加速寿命试验,在1mol/L的硫酸溶液中,温度为60℃,100A/dm2的电流密度下电解5小时后电极的失重为1.7mg/cm2。
[0052] 对1#掺石墨烯和镧改性的钛基二氧化铅电极进行电镜扫描,显示如图2、图3和图4,图2、图3和图4分别为放大倍数为5000、3000和1000倍的扫描电镜图。
[0053] 对比例1:
[0054] 1#普通钛基二氧化铅电极,其具体结构包括:
[0055] 钛基体;
[0056] 热沉积在钛基体上的锡锑氧化物底层;
[0057] 电沉积在锡锑氧化物底层上的α-PbO2层;
[0058] 电沉积在α-PbO2层上的β-PbO2活性层。
[0059] 在本对比例中,钛基体采用钛丝,与实施例1相同。
[0060] 1#普通钛基二氧化铅电极的具体制备方法如下:
[0061] (1)钛基体的预处理:与实施例1中的钛基体的预处理步骤相同;
[0062] (2)热沉积锡锑氧化物底层:与实施例1中的热沉积锡锑氧化物底层的步骤相同;
[0063] (3)电沉积α-PbO2中间层:将热沉积有锡锑氧化物底层的钛基体作为阳极,等面积的石墨作为阴极,在溶有PbO的氢氧化钠溶液中电沉积α-PbO2中间层,PbO浓度220g/L,氢氧化钠浓度130g/L;电沉积的电流密度是3mA/cm2,沉积温度是50℃,沉积时间是1.5小时;
[0064] (4)电沉积β-PbO2活性层:将电沉积有α-PbO2中间层的钛基体作为阳极,等面积的石墨作为阴极,在酸性沉积液中电沉积β-PbO2活性层,制得1#普通钛基二氧化铅电极;酸性沉积液含有硝酸铅100g/L、硝酸5g/L;电沉积的电流密度是0.5A/dm2,电沉积温度是40℃,电沉积时间是0.5小时。
[0065] 对1#普通钛基二氧化铅电极进行检测:将1#普通钛基二氧化铅电极作为阳极,电极表面积为1cm2,等面积的石墨作为阴极,极间距为2cm,电催化氧化水中甲基橙,甲基橙的浓度为10mg/L,5g/L的硫酸钠做支持电解质,溶液的体积为100mL,电催化氧化电压为5V,温度为30℃,反应30分钟后甲基橙的去除率为73%;将该1#普通钛基二氧化铅电极作为阳极2
进行加速寿命试验,在1mol/L的硫酸溶液中,温度为60℃,100A/dm的电流密度下电解5小时后电极的失重为1.9mg/cm2。
[0066] 对1#普通钛基二氧化铅电极进行电镜扫描,显示如图5、图6和图7,图5、图6和图7分别为放大倍数为5000、3000和1000倍的扫描电镜图。
[0067] 扫描电镜图显示,经过石墨稀和镧对β-PbO2活性层的掺杂改性,电极的表面形貌获得了较大的改变,电极表面颗粒变小,结构变的更加细致均匀,微观结构的致密性增加,降低了β-PbO2活性层的内应力,提高了β-PbO2活性层的稳定性,β-PbO2活性层与锡锑氧化物底层具有了更好的结合能力,使改性后电极的使用寿命得以延长;同时由于石墨稀的良好的电学性能,使得改性后电极的β-PbO2活性层的放电容量得以增加,在使用时,可以较大的放电量,在被用于处理污水时,可以产生较多的O2、O3等强氧化性物质,增强了污水处理效果。
[0068] 以上实施例1及对比例1的检测结果显示:
[0069] 经过石墨烯和镧改性的1#掺石墨烯和镧改性的钛基二氧化铅电极较1#普通钛基二氧化铅电极具有了较大的进步:甲基橙的去除效果提高了13.7%,相同条件下电极的寿命提高了11.2%。
[0070] 实施例2:
[0071] 2#掺石墨烯和镧改性的钛基二氧化铅电极,该电极与实施例1的1#掺石墨烯和镧改性的钛基二氧化铅电极的结构相同。
[0072] 在本实施例中,钛基体采用钛丝。
[0073] 2#掺石墨烯和镧改性的钛基二氧化铅电极的具体制备方法如下:
[0074] (1)钛基体的预处理:与实施例1的预处理步骤相同;
[0075] (2)热沉积锡锑氧化物底层:与实施例1的热沉积锡锑氧化物底层的步骤相同;
[0076] (3)电沉积石墨烯和镧修饰的β-PbO2活性层:将上述热沉积有锡锑氧化物底层的钛基体作为阳极,等面积的石墨作为阴极,在酸性沉积液中电沉积β-PbO2活性层,制得2#掺石墨烯和镧改性的钛基二氧化铅电极;酸性沉积液采用去离子水配制而成,含有石墨烯0.02g/L、硝酸镧2.6g/L、硝酸铅132g/L、十二烷基苯磺酸钠0.1g/L、硝酸8g/L;电沉积的电流密度是1A/dm2,电沉积温度是60℃,电沉积时间是1小时。
[0077] 对2#掺石墨烯和镧改性的钛基二氧化铅电极进行检测:将2#掺石墨烯和镧改性的钛基二氧化铅电极作为阳极,电极表面积为1cm2,等面积的石墨作为阴极,极间距为2cm,电催化氧化水中甲基橙,甲基橙的浓度为10mg/L,5g/L的硫酸钠做支持电解质,溶液的体积为100mL,电催化氧化电压为5V,温度为30℃,反应30分钟后甲基橙的去除率为89%;采用此电
2
极为阳极进行加速寿命试验,在1mol/L的硫酸溶液中,温度为60℃,100A/dm的电流密度下电解5小时后电极的失重为1.8mg/cm2。
[0078] 对比例2:
[0079] 2#普通钛基二氧化铅电极,该电极与对比例1的1#普通钛基二氧化铅电极的结构相同
[0080] 在本对比例中,钛基体采用钛丝,与实施例2相同。
[0081] 2#普通钛基二氧化铅电极的具体制备方法如下:
[0082] (1)钛基体的预处理:与实施例2中的钛基体的预处理步骤相同;
[0083] (2)热沉积锡锑氧化物底层:与实施例2中的热沉积锡锑氧化物底层的步骤相同;
[0084] (3)电沉积α-PbO2中间层:与对比例1中的电沉积α-PbO2中间层的步骤相同;
[0085] (4)电沉积β-PbO2活性层:将电沉积有α-PbO2中间层的钛基体作为阳极,等面积的石墨作为阴极,在酸性沉积液中电沉积β-PbO2活性层,制得2#普通钛基二氧化铅电极;酸性沉积液采用去离子水配制而成,酸性沉积液含有硝酸铅132g/L、硝酸8g/L;电沉积的电流密度是1.0A/dm2,电沉积温度是60℃,电沉积时间是1小时。
[0086] 对2#普通钛基二氧化铅电极进行检测:将2#普通钛基二氧化铅电极作为阳极,电极表面积为1cm2,等面积的石墨作为阴极,极间距为2cm,电催化氧化水中甲基橙,甲基橙的浓度为10mg/L,5g/L的硫酸钠做支持电解质,溶液的体积为100mL,电催化氧化电压为5V,温度为30℃,反应30分钟后甲基橙的去除率为77%;将该2#普通钛基二氧化铅电极作为阳极进行加速寿命试验,在1mol/L的硫酸溶液中,温度为60℃,100A/dm2的电流密度下电解5小时后电极的失重为1.8mg/cm2。
[0087] 以上实施例2及对比例2的检测结果显示:
[0088] 经过石墨烯和镧改性的2#掺石墨烯和镧改性的钛基二氧化铅电极较2#普通钛基二氧化铅电极具有了较大的进步:甲基橙的去除效果提高了15.6%,相同条件下电极的寿命相同。
[0089] 以上实施例中所采用的石墨烯购自南京吉仓纳米科技有限公司,型号为JCG-6-5,具体规格及参数如下:
[0090] 外观呈无规薄片状结构,微片大小5um,微片厚度5~8nm,导热系数400w/(m*k),电导率1000S/cm,含碳量>99.5%。