CN101914781A - 表面覆盖纳米铑铱涂层的钛电极材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

表面覆盖纳米铑铱涂层的钛电极材料及其制备方法，涉及一种电化学的电极材料。提供一种电流密度较大，过电位较小，使用寿命较长的表面覆盖纳米铑铱涂层的钛电极材料及其制备方法。钛电极材料设有钛金属材料基片，在基片上下表面设有纳米铑铱覆盖层。将厚度为0.04～4.99mm的钛薄板或钛合金薄板剪切成长度为2～200cm，宽度为0.99～200cm的钛金属材料基片；将铑铱盐溶解于正丁醇与异丙醇混和液中，得铑铱溶液，然后将其喷涂在钛金属材料基片的正反两面上，烘干后，烧结，使铑铱盐分解生成纳米铑铱涂层，取出后冷却至室温；直至制备纳米铑铱覆盖层10～15层，制得表面覆盖纳米铑铱涂层的钛电极材料。

Description

表面覆盖纳米铑铱涂层的钛电极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种电化学的电极材料，特别是涉及一种表面覆盖纳米铑铱涂层的钛电极材料及其制造方法。
背景技术
电化学的应用越来越广泛，尤其是在电化学工业(如氯碱工业)、冶金工业(如电解铝、电解铜、电解锰等)、环保工业等都得到十分广泛的应用。特别是近些年来，电化学在废水处理中得到十分快速的发展。目前，在电化学工业中普遍使用的是石墨电极材料和铅合金电极材料，此外，还有铁电极等，其优点是造价低，但是电流密度小，使用寿命短，且因电极消耗，有大量的电极成分留在产品中，增加了后处理工艺，增加了成本。为了促进电化学的更加广泛的应用，满足使用的要求，近来已开发出多种新型电极材料，但多为化学电池电极和电容器电极，而应用于环保领域中的电极材料不多。
中国专利02243152.7公开了一种钛材电极板，它包括基板，在基板的表面还设有钌或者铱的涂层。它具有良好的导电性、耐腐蚀性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电流密度较大，过电位较小，使用寿命较长的表面覆盖纳米铑铱涂层的钛电极材料及其制备方法。
本发明所述表面覆盖纳米铑铱涂层的钛电极材料设有钛金属材料基片，在钛金属材料基片上下表面设有纳米铑铱覆盖层，所述钛金属材料基片可为片状钛金属材料基片或网状钛金属材料基片等。
本发明所述表面覆盖纳米铑铱涂层的钛电极材料的制备方法包括以下步骤：
1)制备钛金属材料基片：将厚度为0.04～4.99mm的钛薄板或钛合金薄板剪切成长度为2～200cm，宽度为0.99～200cm的钛金属材料基片；
2)制备纳米铑铱覆盖层：将铑铱盐溶解于正丁醇与异丙醇混和液中，得铑铱溶液，然后将其喷涂在钛金属材料基片的正反两面上，烘干后，烧结，使铑铱盐分解生成纳米铑铱涂层，取出后冷却至室温；
3)重复步骤2)直至制备纳米铑铱覆盖层10～15层，制得表面覆盖纳米铑铱涂层的钛电极材料(RhO2-IrO2/Ti)。
所得表面覆盖纳米铑铱涂层的钛电极材料的晶粒尺寸为10～25nm。
在步骤1)中，所述钛合金薄板可为钛-铝合金板、钛-钼合金板、钛-硅合金板或钛-铁合金板等；所述钛薄板或钛合金薄板剪切，最好剪切后进行碱性除油、水洗、酸洗、二次水洗、干燥；所述碱性除油，可在温度为35～45℃的条件下，将剪切后的钛薄板或钛合金薄板在碱性除油液中浸泡30～50s；所述碱性除油液的组成可为碳酸钠(Na2CO3)20g/L和硅酸钠(Na2SiO3)15g/l的水溶液；所述水洗，可将经碱性除油的钛基板用水漂洗2次，每次10～15s；所述酸洗，可将水洗所得的钛基板于体积比浓度为15％～20％的稀硝酸溶液中浸泡30～45s；所述二次水洗，可将酸洗后的钛基板用水漂洗2次，每次10～15s；所述干燥，可将经二次水洗所得钛基板挂于挂具上凉干或置于烘箱中65～110℃烘干。
在步骤2)中，所述铑铱盐可为H2RhCl6或H2IrCl6等；所述烘干的温度可为75～180℃，烘干的时间可为8～25min；所述烧结的温度400～550℃，烧结的时间可为15～25min。所述将铑铱盐溶解于正丁醇与异丙醇混和液，按体积比，正丁醇∶异丙醇可为1∶(1～5)；所述铑(Rh)与铱(Ir)的原子比可为6∶1，铑(Rh)和铱(Ir)的总金属浓度可为0.1～1mol/L。
与现有的钛电极材料比较，本发明所述表面覆盖纳米铑铱涂层的钛电极材料具有如下优点：
1)导电效果好
钛具有非常好的耐腐蚀性，但单独作为电极使用，在电解液中的导电效果不理想，由于铑、铱具有良好的导电性，因此在钛电极基板上覆盖纳米铑铱涂层，可得到具有优良导电性能的钛电极。
2)耐腐蚀性强、使用寿命长
经试验，所述表面覆盖有纳米铑铱涂层的钛电极的使用寿命长达86000～113000h。
3)电极价格便宜
铑、铱不仅具有良好的耐腐蚀性和导电性，而且具有很好的电催化效果，但价格太贵，如果单独用其制作电极，价格势必很高。而采取以钛作电极基板，并在其表面覆盖纳米铑铱涂层的办法，从而得到价格便宜的钛电极。
4)过电位低、电效率高
纳米铑铱涂层具有非常强的电催化作用，使电化学反应过电位大大减小，反应快速成百倍甚至千倍增加，工作电压更低，能源消耗大幅度减小。如电解净化海水，其工作电压为3.8～6.5V，吨水耗电0.0057度；电解某印染厂经深度处理的印染废水(COD为300，浊度为3.9，色度为4)，2min就可以使废水中的有色成分完全分解，COD可下降一半以上。
附图说明
图1为本发明所述表面覆盖纳米铑铱涂层的钛电极材料实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例1
如图1所示，所述表面覆盖纳米铑铱涂层的钛电极材料实施例设有钛金属材料基片1，在钛金属材料基片1上下表面设有纳米铑铱覆盖层2，所述钛金属材料基片1可为片状钛金属材料基片或网状钛金属材料基片等。
所述的表面覆盖有纳米铑铱涂层的钛电极材料由以下步骤制成。
1)制备钛金属材料基片：
(1)将厚度为1.99mm的纯钛薄板剪切成长度为200cm，宽度为190cm的钛金属材料基片。
(2)碱性除油：在温度为35℃的条件下，将钛金属材料基片在碳酸钠20g/L和硅酸钠15g/L的水溶液中浸泡50s。
(3)水洗：将经碱性除油的钛金属材料基片在常温条件下用自来水漂洗2次，每次10～15s。
(4)酸洗：在常温条件下，将工序(3)水洗所得的钛金属材料基片于浓度为15％～20％(体积比)的稀硝酸溶液中浸泡30～45s。
(5)二次水洗：将工序(4)酸洗的钛金属材料基片在常温条件下用自来水漂洗2次，每次10～15s。
(6)干燥：将经二次水洗所得钛金属材料基片挂于挂具上自然凉干或置于烘箱中65～110℃烘干得钛基板。
2)制备纳米铑铱覆盖层
(1)铑铱溶液的制备：将H2RhCl6和H2IrCl6溶解于正丁醇与异丙醇混和液中，正丁醇与异丙醇的体积比为5，Rh和Ir的原子比为6∶1，Rh+Ir的总金属浓度为1mol/L。
(2)喷涂：将工序(1)制备的铑铱溶液均匀地喷涂在片状或网状钛金属材料基片的正反两面上，挂于挂具上置于烘箱中180℃烘干8min。
(3)烧结：将工序(2)喷涂了铑铱溶液的钛基板于电炉中550℃烧结15min，使铑铱盐分解生成铑铱氧化物涂层，取出后空气冷却至室温，重复以上步骤直至涂覆10层，制得纳米晶铑铱氧化物涂层钛电极RhO2-IrO2/Ti，晶粒尺寸在10～25nm之间。
实施例2
与实施例1类似，其区别在于：
选取厚度为0.04mm钛-铝薄板切割成长度为200cm，宽度为199.99cm的钛基板。碱性除油时，是在碳酸钠20g/L和硅酸钠15g/L的水溶液中浸泡50s。
制备铑铱溶液时，正丁醇与异丙醇的体积比为1，Rh+Ir的总金属浓度为0.1mol/L。
喷涂时，挂于挂具上置于烘箱中75℃烘干25min。
烧结时，将喷涂了铑铱溶液的钛基板于电炉中400℃烧结25min，重复以上步骤直至涂覆10层。
实施例3
与实施例1类似，其区别在于：
选取厚度为0.99mm钛-铝薄板切割成长度为50cm，宽度为19.90cm的钛基板。
制备铑铱溶液时，正丁醇与异丙醇的体积比为3，Rh+Ir的总金属浓度为0.5mol/L。
喷涂时，挂于挂具上置于烘箱中150℃烘干12min。
烧结时，将喷涂了铑铱溶液的钛基板于电炉中520℃烧结18min。
实施例4
与实施例1类似，其区别在于：
选取厚度为4.99mm钛-铝薄板切割成长度为50cm，宽度为19.9cm的钛基板。
制备铑铱溶液时，正丁醇与异丙醇的体积比为5，Rh+Ir的总金属浓度为0.3mol/L。
烧结时，将喷涂了铑铱溶液的钛基板于电炉中500℃烧结20min，重复以上步骤直至涂覆10层。
实施例5
与实施例1类似，其区别在于：
选取厚度为0.99mm钛-铝薄板切割成长度为150cm，宽度为99.9cm的钛基板。
制备铑铱溶液时，正丁醇与异丙醇的体积比为2，Rh+Ir的总金属浓度为0.6mol/L。
喷涂时，挂于挂具上置于烘箱中120℃烘干10min。
烧结时，将喷涂了铑铱溶液的钛基板于电炉中550℃烧结16min，重复以上步骤直至涂覆15层。

Claims (10)

1.表面覆盖纳米铑铱涂层的钛电极材料，其特征在于设有钛金属材料基片，在钛金属材料基片上下表面设有纳米铑铱覆盖层。
2.如权利要求1所述的表面覆盖纳米铑铱涂层的钛电极材料，其特征在于所述钛金属材料基片为片状钛金属材料基片或网状钛金属材料基片。
3.如权利要求1所述的表面覆盖纳米铑铱涂层的钛电极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)制备钛金属材料基片：将厚度为0.04～4.99mm的钛薄板或钛合金薄板剪切成长度为2～200cm，宽度为0.99～200cm的钛金属材料基片；
2)制备纳米铑铱覆盖层：将铑铱盐溶解于正丁醇与异丙醇混和液中，得铑铱溶液，然后将其喷涂在钛金属材料基片的正反两面上，烘干后，烧结，使铑铱盐分解生成纳米铑铱涂层，取出后冷却至室温；
3)重复步骤2)直至制备纳米铑铱覆盖层10～15层，制得表面覆盖纳米铑铱涂层的钛电极材料。
4.如权利要求3所述的表面覆盖纳米铑铱涂层的钛电极材料的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述钛合金薄板为钛-铝合金板、钛-钼合金板、钛-硅合金板或钛-铁合金板。
5.如权利要求3所述的表面覆盖纳米铑铱涂层的钛电极材料的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述钛薄板或钛合金薄板剪切，是剪切后进行碱性除油、水洗、酸洗、二次水洗、干燥；所述碱性除油，是在温度为35～45℃的条件下，将剪切后的钛薄板或钛合金薄板在碱性除油液中浸泡30～50s；所述碱性除油液的组成为碳酸钠20g/L和硅酸钠15g/l的水溶液。
6.如权利要求3所述的表面覆盖纳米铑铱涂层的钛电极材料的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述水洗，是将经碱性除油的钛基板用水漂洗2次，每次10～15s；所述酸洗，是将水洗所得的钛基板于体积比浓度为15％～20％的稀硝酸溶液中浸泡30～45s；所述二次水洗，是将酸洗后的钛基板用水漂洗2次，每次10～15s；所述干燥，是将经二次水洗所得钛基板挂于挂具上凉干或置于烘箱中65～110℃烘干。
7.如权利要求3所述的表面覆盖纳米铑铱涂层的钛电极材料的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述铑铱盐为H2RhCl6或H2IrCl6。
8.如权利要求3所述的表面覆盖纳米铑铱涂层的钛电极材料的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述烘干的温度为75～180℃，烘干的时间为8～25min；所述烧结的温度400～550℃，烧结的时间为15～25min。
9.如权利要求3所述的表面覆盖纳米铑铱涂层的钛电极材料的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述将铑铱盐溶解于正丁醇与异丙醇混和液，按体积比，正丁醇∶异丙醇为1∶1～5。
10.如权利要求3所述的表面覆盖纳米铑铱涂层的钛电极材料的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述铑与铱的原子比为6∶1，铑和铱的总金属浓度为0.1～1mol/L。
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