公布日：2023.11.07
申請日：2023.08.31
分類號：C25B11/093(2021.01)I;C25B11/063(2021.01)I;C25B1/04(2021.01)I;C02F1/461(2023.01)I
摘要
本發(fā)明屬于新材料制備技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種含氯廢水電解用電極催化涂層、電極及其制備方法，用于覆蓋在電極結(jié)構(gòu)表面同時作為陽極和陰極的碳化鈦涂層，碳化鈦涂層由納米碳化鈦顆粒噴涂形成，碳化鈦上負(fù)載有二氧化釕顆粒，所述二氧化釕在碳化鈦上的負(fù)載量為1-30％。本發(fā)明的電極采用冷噴涂工藝在金屬基體的表面形成碳化鈦負(fù)載的二氧化釕粉涂層，從動力學(xué)的角度優(yōu)選為通過控制二氧化釕在碳化鈦表面的負(fù)載量可以更好地調(diào)控陽極催化反應(yīng)的選擇性與之陰極析氫催化相匹配，獲得了一種耐腐蝕的雙功能催化劑。
權(quán)利要求書
1.一種含氯廢水電解用電極催化涂層，其特征在于：用于覆蓋在電極結(jié)構(gòu)表面同時作為陽極和陰極的碳化鈦涂層，碳化鈦涂層由負(fù)載有二氧化釕顆粒的納米碳化鈦顆粒復(fù)合材料噴涂形成，所述二氧化釕在碳化鈦上的負(fù)載量為1-30％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含氯廢水電解用電極催化涂層，其特征在于：納米碳化鈦顆粒的粒徑為40-60nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含氯廢水電解用電極催化涂層，其特征在于：二氧化釕顆粒的粒徑為5-20nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含氯廢水電解用電極催化涂層，其特征在于：負(fù)載有二氧化釕顆粒的碳化鈦層厚度為40-60μm。
5.一種電極結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括作為金屬基體的鈦片，在鈦板表面涂覆有上述權(quán)利要求1-4中任一項所述的電極催化涂層，作為陰極或陽極電極使用。
6.一種制備方法，其特征在于：用于制備上述權(quán)利要求5中的電極結(jié)構(gòu)，將負(fù)載有二氧化釕粉末的碳化鈦顆粒通過冷噴涂工藝在工業(yè)鈦片表面形成催化涂層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種制備方法，其特征在于：在涂覆電催化涂層前，對工業(yè)鈦板表面進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理包括清洗和噴砂粗化處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種制備方法，其特征在于：在噴砂粗化處理過程中，噴砂角度為60-80°，噴砂距離為50mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種制備方法，其特征在于：所述冷噴涂工藝中，工作氣體為惰性氣體，工作溫度在450-600℃范圍內(nèi)，工作氣壓為1.5-2.0MPa。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種含氯廢水電解用電極催化涂層、電極及其制備方法，通過采用新的材料優(yōu)化，能夠同時針對陽極和陰極材料形成雙功能催化效果，并利用優(yōu)化后的制備方法制作的電極能夠起到較好的電催化電解效果。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：
第一方面，本發(fā)明提供一種含氯廢水電解用電極催化涂層，用于覆蓋在電極結(jié)構(gòu)表面同時作為陽極和陰極的碳化鈦涂層，碳化鈦涂層由負(fù)載有二氧化釕顆粒的納米碳化鈦顆粒復(fù)合材料噴涂形成，所述二氧化釕在碳化鈦上的負(fù)載量為1-30％。
結(jié)合第一方面，本發(fā)明提供第一方面的第一種實施方式，納米碳化鈦顆粒的粒徑為40-60nm。
結(jié)合第一方面，本發(fā)明提供第一方面的第二種實施方式，二氧化釕顆粒的粒徑為5-20nm。
結(jié)合第一方面，本發(fā)明提供第一方面的第三種實施方式，負(fù)載有二氧化釕顆粒的碳化鈦層厚度為40-60μm。
第二方面，本發(fā)明還公開一種電極結(jié)構(gòu)，包括作為金屬基體的鈦片，在鈦板表面涂覆有上述中任一項所述的電極催化涂層，作為陰極或陽極電極使用。
第三方面，本發(fā)明還公開一種制備方法，用于制備上述中的電極結(jié)構(gòu)，將負(fù)載有二氧化釕粉末的碳化鈦顆粒通過冷噴涂工藝在工業(yè)鈦片表面形成催化涂層。
結(jié)合第三方面，本發(fā)明提供第三方面的第一種實施方式，在涂覆電催化涂層前，對工業(yè)鈦板表面進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理包括清洗和噴砂粗化處理。
結(jié)合第三方面的第一種實施方式，本發(fā)明提供第三方面的第二種實施方式，在噴砂粗化處理過程中，噴砂角度為60-80°，噴砂距離為50mm。
結(jié)合第三方面，本發(fā)明提供第三方面的第三種實施方式，所述冷噴涂工藝中，工作氣體為惰性氣體，工作溫度在450-600℃范圍內(nèi)，工作氣壓為1.5-2.0MPa。
本發(fā)明的有益效果為：
(1)本發(fā)明的電極采用冷噴涂工藝在金屬基體的表面形成碳化鈦負(fù)載的二氧化釕粉涂層，從動力學(xué)的角度優(yōu)選為通過控制二氧化釕在碳化鈦表面的負(fù)載量可以更好地調(diào)控陽極催化反應(yīng)的選擇性與之陰極析氫催化相匹配，獲得了一種耐腐蝕的雙功能催化劑；
(2)本發(fā)明中的電極可以在嚴(yán)苛的腐蝕環(huán)境下長時間服役；通過調(diào)整陽極和陰極的成分結(jié)構(gòu)，使得陰極和陽極達(dá)到高效協(xié)同催化，在高效處理廢水的同時可以高效產(chǎn)氫，從而降低了廢水的排放量，且采用廉價的金屬材料作為基體，生產(chǎn)工藝簡單、穩(wěn)定性高、成本低、能耗低，為高COD廢水處理和電解水制氫提供新選擇；
(3)本發(fā)明中電極選擇力學(xué)與加工性能優(yōu)異的常用鈍性金屬作為金屬基體，無需采用貴金屬，并且可以用于高COD廢水直接電解制氫，降低了對電解制氫的水質(zhì)要求，可實現(xiàn)低成本、高效產(chǎn)氫以及高效處理廢水。
（發(fā)明人：徐朝權(quán);雷憲章;王勇）
