專利名稱：一種新型二氧化鉛電極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種二氧化鉛電極及其制備方法。
背景技術(shù)：
PbO2電極作為一種性能良好、價(jià)格便宜的不溶性陽(yáng)極材料，不僅在化學(xué)工業(yè)上已有使用價(jià)值，在環(huán)保領(lǐng)域也有很好的應(yīng)用前景。
PbO2電極可分為基體和無(wú)基體電極二類。傳統(tǒng)的無(wú)基體PbO2電極由于機(jī)械強(qiáng)度差，不宜于工業(yè)應(yīng)用。目前應(yīng)用的一般是基體PbO2電極，其中研究較多的是鈦基PbO2電極。鈦是閥型金屬，對(duì)許多電催化活性材料是良好的載體，鈦基上鍍覆一層導(dǎo)電、耐蝕的PbO2后表現(xiàn)出優(yōu)良的陽(yáng)極性能；但鍍層會(huì)出現(xiàn)一些晶界縫隙，電解時(shí)產(chǎn)生的氧氣透過(guò)鍍層的晶界縫隙氧化基體，形成導(dǎo)電性差的氧化鈦，惡化電極性能。為了克服長(zhǎng)時(shí)間電解生產(chǎn)過(guò)程中鈦的鈍化，提高二氧化鉛陽(yáng)極的工作穩(wěn)定性和使用壽命，人們?cè)阝伝w和PbO2鍍層之間添加中間層，以抑制鈦的鈍化。但此工藝增加了電極的制作成本和工藝復(fù)雜性，且不能從根本上解決鈦基的鈍化問(wèn)題。為了克服這些弊端，人們又試制出一種新型的陶瓷基體PbO2電極。由于陶瓷的耐蝕性、不導(dǎo)電性，不存在基體鈍化問(wèn)題；然而陶瓷本身機(jī)械強(qiáng)度低、易破碎，只能制成圓棒狀，而不能制成板(片)狀，這給大規(guī)模生產(chǎn)的電解槽設(shè)計(jì)帶來(lái)不便。同時(shí)由于陶瓷管的管壁要求有一定的厚度，這樣便使陶瓷基體自重增加，且高溫?zé)铺沾刹灰?，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成品率低，致使其成本較高。因此，人們進(jìn)一步考慮采用機(jī)械性能良好、化學(xué)性能穩(wěn)定、表面可鍍以質(zhì)輕、成本低的ABS塑料作為PbO2電極的基體，但其應(yīng)用尚未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。除此以外，以鐵板、石墨、環(huán)氧塑料等為基體的制備研究也有報(bào)導(dǎo)。但這些技術(shù)都是以電鍍法為基本方法，無(wú)論以什么材料為基體，都不能從根本上避免電鍍過(guò)程造成的鍍層縫隙引起的腐蝕問(wèn)題。
PbO2電極在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用報(bào)導(dǎo)也較少，但已有研究證明，PbO2在陽(yáng)極條件下會(huì)產(chǎn)臭氧，并具有很高的電化學(xué)活性，可以考慮作為電解法處理有機(jī)廢水的電極材料。但這方面的研究?jī)H限于電鍍法制備的PbO2電極，其他方法制備的PbO2電極是否也具有較高的電化學(xué)活性尚未見(jiàn)諸報(bào)導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提出一種抗腐蝕性好、電化學(xué)活性高、制備工藝簡(jiǎn)單的新型無(wú)基體PbO2電極及其制備方法，從根本上解決鍍層PbO2電極的脫落問(wèn)題，并將其應(yīng)用于廢水處理。
本發(fā)明提出的無(wú)基體PbO2電極，由二氧化鉛粉末與聚四氟乙烯或聚丙烯微粒經(jīng)壓片制得。其中，組份的質(zhì)量比例為1/2≤二氧化鉛∶聚四氟乙烯或聚丙烯≤7，聚四氟乙烯或聚丙烯微粒的平均粒徑小于100微米。
本發(fā)明電極制備方法如下將二氧化鉛粉末與聚四氟乙烯或聚丙烯微粒，按上述重量比例均勻混合，在10-30MPa壓力下壓成片狀電極；對(duì)成形電極采用預(yù)電解老化或高溫烘干處理等方法進(jìn)行穩(wěn)定或改性。
上述方法中，二氧化鉛粉末來(lái)源為市售或化學(xué)法制備。聚四氟乙烯或聚丙烯微粒平均粒徑小于100微米。
兩種材料的混合比例(質(zhì)量比)為1/2≤PbO2∶聚四氟乙烯或聚丙烯≤7。
壓片工藝條件壓力范圍在10MPa～30MPa。
穩(wěn)定或改性條件在目標(biāo)電解液中預(yù)電解，時(shí)間一般可為10-24小時(shí)，高溫烘干處理的溫度為100-300℃，時(shí)間一般為2-5小時(shí)，以提高電極穩(wěn)定性。還可進(jìn)一步在300～500℃條件下高溫處理電極，以改變聚四氟乙烯的形態(tài)，從而改變電極的微觀結(jié)構(gòu)。
用本發(fā)明制備的PbO2電極作為陽(yáng)極，用于電解處理有機(jī)染料廢水，在脫色率和COD去除率上都比普通石墨陽(yáng)極有明顯優(yōu)勢(shì)。
由本發(fā)明制備的PbO2電極屬于無(wú)基體制備法，從根本上避免了鍍層脫落等問(wèn)題。通過(guò)加入穩(wěn)定性極高的聚四氟乙烯微粉起粘合作用，既解決了傳統(tǒng)無(wú)基體PbO2電極機(jī)械強(qiáng)度差的缺點(diǎn)，又不會(huì)因?yàn)橐腚s質(zhì)而影響整個(gè)電解體系的工作。而且制備過(guò)程非常簡(jiǎn)單，有利于工業(yè)化應(yīng)用。以該法制備的電極抗腐蝕性好，電化學(xué)性高，作為陽(yáng)極電解處理有機(jī)廢水可達(dá)到明顯的降解效果。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。
實(shí)施例1，將化學(xué)沉淀法制備的二氧化鉛粉末與上海三愛(ài)富新材料有限公司提供的FR002A型聚四氟乙烯微粉(平均粒徑為5微米)以質(zhì)量比7∶1均勻混合，在20MPa壓力下壓成100mm×30mm矩形片。將該片在250-300攝氏度條件下烘2小時(shí)后，作為使用電極。該電極表面光滑、牢固緊致，電阻為50～100Ω。在電壓100V、電流密度1000A/m2條件下工作，年腐蝕率小于0.05％。應(yīng)用于染料中性棗紅溶液電解處理時(shí)，在外加功率18W條件下電解1.5小時(shí)，脫色率為75％左右，約為同樣條件下普通石墨電極的1.7倍；COD去除率為30％左右，約為同樣條件下普通石墨電極的2倍。
實(shí)施例2，將市售二氧化鉛粉末與工業(yè)級(jí)聚四氟乙烯微粉(平均粒徑小于20微米)以質(zhì)量比0.5∶1均勻混合，在10MPa壓力下壓成100mm×30mm矩形片。將該片在目標(biāo)處理溶液中性棗紅溶液中預(yù)電解10-24小時(shí)后，作為使用電極。該電極表面光滑，機(jī)械強(qiáng)度高，電阻為2～3kΩ。在電壓100V、電流密度1000A/m2條件下工作，年腐蝕率小于0.05％。在外加功率18W條件下電解中性棗紅溶液1.5小時(shí)，脫色率為70％左右，約為同樣條件下普通石墨電極的1.6倍；COD去除率為30％左右，約為同樣條件下普通石墨電極的2倍。
實(shí)施例3，將化學(xué)沉淀法制備的二氧化鉛粉末與工業(yè)級(jí)聚四氟乙烯微粉(平均粒徑小于100微米)以質(zhì)量比2.5∶1均勻混合，在30MPa壓力下壓成100mm×30mm矩形片。將該片在100攝氏度條件下烘3-5小時(shí)后，作為使用電極。該電極表面光滑，機(jī)械強(qiáng)度高，電阻為200～500Ω。在電壓100V、電流密度1000A/m2條件下工作，年腐蝕率小于0.05％。應(yīng)用于染料茜素紅溶液電解處理時(shí)，在外加功率18W條件下電解1.5小時(shí)，脫色率為60％左右，約為同樣條件下普通石墨電極的2倍；COD去除率為15％左右，約為同樣條件下普通石墨電極的1.5倍。
權(quán)利要求
1.一種二氧化鉛電極，其特征在于由二氧化鉛粉末與聚四氟乙烯或聚丙烯微粒經(jīng)壓片制得；其中，組份的質(zhì)量比例為1/2≤二氧化鉛聚四氟乙烯或聚丙烯≤7，聚四氟乙烯或聚丙烯微粒的平均粒徑小于100微米。
2.一種如權(quán)利要求1所述的二氧化鉛電極的制備方法，其特征在于將二氧化鉛粉末與聚四氟乙烯或聚丙烯微粒，按所述質(zhì)量比例均勻混合，在10-30MPa壓力下壓成片狀電極；對(duì)成形電極采用預(yù)電解老化或高溫烘干處理方法進(jìn)行穩(wěn)定或改性。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所說(shuō)預(yù)電解老化時(shí)間為10-24小時(shí)，高溫烘干的溫度為100-300℃，時(shí)間為2-5小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于對(duì)電極進(jìn)一步在300-500℃條件下高溫處理。
全文摘要
本發(fā)明屬電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種新型的二氧化鉛電極及其制備方法。該電極由二氧化鉛粉末和聚四氧乙烯或聚丙烯微粒按一定的質(zhì)量比例混和后經(jīng)壓片工藝而制得。本發(fā)明屬無(wú)基體制備法，從根本上解決了鍍層脫落等問(wèn)題，電極的機(jī)械強(qiáng)度高，抗腐蝕性好，電化學(xué)活性高，制備工藝簡(jiǎn)單。該電極作為陽(yáng)極處理有機(jī)廢水，降解效果良好。
文檔編號(hào)C25B11/00GK1635183SQ20041008456
公開(kāi)日2005年7月6日 申請(qǐng)日期2004年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月25日
發(fā)明者侯惠奇, 董文博, 張仁熙, 徐鶯 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)