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
本發明屬于新材料制備技術領域，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，用于覆蓋在電極結構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，碳化鈦上負載有二氧化釕顆粒，所述二氧化釕在碳化鈦上的負載量為1-30％。本發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載的二氧化釕粉涂層，從動力學的角度優選為通過控制二氧化釕在碳化鈦表面的負載量可以更好地調控陽極催化反應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：用于覆蓋在電極結構表面同時作為陽極和陰極的碳化鈦涂層，碳化鈦涂層由負載有二氧化釕顆粒的納米碳化鈦顆粒復合材料噴涂形成，所述二氧化釕在碳化鈦上的負載量為1-30％。
2.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求1所述的一種含氯廢水電解用電極催化涂層，其特征在于：負載有二氧化釕顆粒的碳化鈦層厚度為40-60μm。
5.一種電極結構，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：用于制備上述權利要求5中的電極結構，將負載有二氧化釕粉末的碳化鈦顆粒通過冷噴涂工藝在工業鈦片表面形成催化涂層。
7.根據權利要求6所述的一種制備方法，其特征在于：在涂覆電催化涂層前，對工業鈦板表面進行預處理，預處理包括清洗和噴砂粗化處理。
8.根據權利要求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.根據權利要求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，工作氣壓為1.5-2.0MPa。
發明內容
為了解決現有技術存在的問題，本發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。
本發明所采用的技術方案為：
第一方面，本發明提供一種含氯廢水電解用電極催化涂層，用于覆蓋在電極結構表面同時作為陽極和陰極的碳化鈦涂層，碳化鈦涂層由負載有二氧化釕顆粒的納米碳化鈦顆粒復合材料噴涂形成，所述二氧化釕在碳化鈦上的負載量為1-30％。
結合第一方面，本發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。
結合第一方面，本發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。
結合第一方面，本發明提供第一方面的第三種實施方式，負載有二氧化釕顆粒的碳化鈦層厚度為40-60μm。
第二方面，本發明還公開一種電極結構，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，本發明還公開一種制備方法，用于制備上述中的電極結構，將負載有二氧化釕粉末的碳化鈦顆粒通過冷噴涂工藝在工業鈦片表面形成催化涂層。
結合第三方面，本發明提供第三方面的第一種實施方式，在涂覆電催化涂層前，對工業鈦板表面進行預處理，預處理包括清洗和噴砂粗化處理。
結合第三方面的第一種實施方式，本發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。
結合第三方面，本發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，工作氣壓為1.5-2.0MPa。
本發明的有益效果為：
(1)本發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載的二氧化釕粉涂層，從動力學的角度優選為通過控制二氧化釕在碳化鈦表面的負載量可以更好地調控陽極催化反應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)本發明中的電極可以在嚴苛的腐蝕環境下長時間服役；通過調整陽極和陰極的成分結構，使得陰極和陽極達到高效協同催化，在高效處理廢水的同時可以高效產氫，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，生產工藝簡單、穩定性高、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)本發明中電極選擇力學與加工性能優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要求，可實現低成本、高效產氫以及高效處理廢水。
（發明人：徐朝權;雷憲章;王勇）
