CN107151803B - 一种电极涂层的析氧抑制剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电极涂层的析氧抑制剂及其制备方法，析氧抑制剂由含锑化合物、含铬化合物、含铈化合物、含钴化合物、含铁化合物中的两种或两种以上组成。本发明提供了一种能够促使次氯酸钠发生器电极析氧电位高、析氧速率小、电极使用寿命长的用于次氯酸钠发生器电极涂层的析氧抑制剂。本发明还提供一种析氧抑制剂的制备方法，该制备方法步骤简单、容易操作，便于大规模工业化生产。

Description

一种电极涂层的析氧抑制剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种析氧抑制剂，具体涉及一种电极涂层的析氧抑制剂及其制备方法。
背景技术
水是生命之源，随着地球上水资源的不断被污染和水资源的不断缺乏，消毒水处理显得越来越重要，目前，从水体消毒的种类来说，有氯气、次氯酸钠、氯胺、紫外线灯消毒模式；以上几种消毒模式中，由于近年来地下水质中各种有机物含量的增加，运用氯气消毒会产生三卤甲烷等致突变与癌变的有机化合物；氯胺消毒则需要较长的接触时间，操作比较复杂，并且氯胺杀菌效果差；而紫外线灭菌作用只在其辐照期间内有效，被处理的水一旦离开消毒器便不具有残余的消毒能力，若有细菌未被灭活，则很容易粘附在下游管道，造成二次污染；次氯酸钠是一种强氧化剂，能杀死水中的病菌，而且次氯酸钠不稳定，容易分解为氯气，氯气扩散到大气中，对水体及环境污染较小，因此与其他消毒技术相比，优势明显。
但目前市场上的次氯酸钠发生器电极使用寿命短，设备在运行1-2年左右就出现电极失效的情况，从而不得不停止运行更换电极。因此，电极失效不仅增加了设备的成本，而且耽误了次氯酸钠发生器的正常运行，造成巨大的经济损失。电极失效的根本原因是电极在电解过程中析氧电位过低、析氧速度过快，产生的氧容易透过涂层与钛基体反应生成不导电的TiO2，从而使得基体钝化、电极失效。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能够促使次氯酸钠发生器电极析氧电位高、析氧速率小、电极使用寿命长的用于次氯酸钠发生器电极涂层的析氧抑制剂。
本发明还提供一种析氧抑制剂的制备方法，该制备方法步骤简单、容易操作，便于大规模工业化生产。
实现本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种电极涂层的析氧抑制剂，其由含锑化合物、含铬化合物、含铈化合物、含钴化合物、含铁化合物中的两种或两种以上组成。
优选地，所述含锑化合物是五氯化锑、五氟化锑、锑酸钠中的一种或两种以上。
优选地，所述含铬化合物是硝酸铬、硫酸铬、铬酸钠中的一种或两种以上。
优选地，所述含铈化合物是氯化铈、硝酸铈、硫酸铈、碳酸铈中的一种或两种以上。
优选地，所述含钴化合物是硝酸钴、硫酸钴、氯化钴、碳酸钴中的一种或两种以上。
优选地，所述含铁化合物是硝酸亚铁、硫酸亚铁、氯化亚铁中的一种或两种以上。
优选地，所述析氧抑制剂中，按金属离子摩尔百分比计包含：
优选地，所述析氧抑制剂中，按金属离子摩尔百分比计包含：
锑离子 45mol％
铈离子 20mol％
钴离子 35mol％。
锑离子为Sb5+；铬离子为Cr6+；铈离子为Ce3+/Ce4+；钴离子为Co2+/Co3+；铁离子为Fe2 +/Fe3+。
本发明还提供一种电极涂层的析氧抑制剂的制备方法，包括以下步骤：按配比将含锑化合物、含铬化合物、含铈化合物、含钴化合物、含铁化合物中的两种或两种以上的组分混合，搅拌均匀，即得到析氧抑制剂。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的电极涂层的析氧抑制剂主要由含锑化合物、含铬化合物、含铈化合物、含钴化合物、含铁化合物中的两种或两种以上组成，将该析氧抑制剂引入到次氯酸钠发生器电极中，能够显著提高次氯酸钠发生器电极的析氧电位、析氧速率和使用寿命；
2、本发明的析氧抑制剂由含锑化合物、含铬化合物、含铈化合物、含钴化合物、含铁化合物中的两种或两种以上组成；电极在电解过程中氧气的析出主要是因为电极涂层中金属氧化物晶格中含有大量的氧空位，与电解水产生的OH-离子结合生成氧气，由于Sb5+、Cr6+价态比电极涂层中Ru4+、Ir4+价态高，当RuO2晶格或IrO2晶格中的两个Ru4+或Ir4+取代时，为了保持电荷平衡，一个氧空位被消除，因此，电极的析氧能力变弱；将Ce3+/Ce4+、Co2+/Co3+、Fe2+/Fe3+等变价金属掺杂到电极材料中，能够减少电解过程中氧气的析出；Ce作为催化助剂最重要的性能之一就是储氧功能，这一性能得益于Ce3+/Ce4+这一氧化还原对的转化过程，该过程会伴随氧化物晶体的氧空位变化，该氧空位的变化会吸附电解水产生的OH-中的活性氧，从而限制了氧气的析出；因此，本发明的电极析氧抑制剂能够显著提高次氯酸钠电极的析氧电位、降低析氧速率，提高电极使用寿命；
3、本发明的析氧抑制剂的制备方法，该制备方法步骤简单、容易操作，便于大规模工业化生产。
附图说明
图1为本发明的实施例1的析氧抑制剂引入到次氯酸钠发生器电极的扫描电子显微结构图。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述：
一种电极涂层的析氧抑制剂，其由含锑化合物、含铬化合物、含铈化合物、含钴化合物、含铁化合物中的两种或两种以上组成。
含锑化合物是五氯化锑、五氟化锑、锑酸钠中的一种或两种以上。
含铬化合物是硝酸铬、硫酸铬、铬酸钠中的一种或两种以上。
含铈化合物是氯化铈、硝酸铈、硫酸铈、碳酸铈中的一种或两种以上。
含钴化合物是硝酸钴、硫酸钴、氯化钴、碳酸钴中的一种或两种以上。
含铁化合物是硝酸亚铁、硫酸亚铁、氯化亚铁中的一种或两种以上。
析氧抑制剂中，按金属离子摩尔百分比计包含：
析氧抑制剂中，按金属离子摩尔百分比计包含：
析氧抑制剂中，按金属离子摩尔百分比计包含：
锑离子 45mol％
铈离子 20mol％
钴离子 35mol％。
本发明还提供一种电极涂层的析氧抑制剂的制备方法，包括以下步骤：按配比将含锑化合物、含铬化合物、含铈化合物、含钴化合物、含铁化合物中的两种或两种以上的组分混合，搅拌均匀，即得到析氧抑制剂。
实施例1-5
实施例1-5中，各组分离子及离子的摩尔百分含量如下表所示：
表1实施例1-5组分及配比
锑离子 铬离子 铈离子 钴离子 铁离子
实施例1 83mol％ - 17mol％ - -
实施例2 73mol％ - - 27mol％ -
实施例3 52.5mol％ 32.5mol％ 15mol％ - -
实施例4 57.5mol％ - 22.5mol％ - 20mol％
实施例5 45mol％ - 20mol％ 35mol％ -
-表示不含有该组分
其中，实施例1的锑离子来自五氯化锑、五氟化锑，铈离子来自硝酸铈；实施例2的锑离子来自锑酸钠，钴离子来自氯化钴、碳酸钴；实施例3的锑离子来自五氯化锑，铬离子来自硝酸铬、硫酸铬，铈离子来自氯化铈、硝酸铈、硫酸铈；实施例4的锑离子来自锑酸钠，铈离子来自硝酸铈，铁离子来自硫酸亚铁；实施例5的锑离子来自五氟化锑，铈离子来自硫酸铈，钴离子来自氯化钴、碳酸钴。
实施例1-5的析氧抑制剂的制备方法，均由以下步骤制备而成：按配比将组分混合，搅拌均匀，即得到析氧抑制剂。
实验例
将实施例1-5的析氧抑制剂引入到次氯酸钠发生器电极中，测试次氯酸钠发生器电极的析氧反应、电位差、强化寿命的影响。
实验步骤如下：
(1)采用钛含量99.9％、厚度为1mm的钛板作为基体，将钛板喷砂打磨去除氧化层之后，置于浓度为10％的NaOH溶液中震荡30min，然后用浓度为20％的草酸溶液对钛板进行蚀刻2h，清洗后置于乙醇溶液中待用；
(2)活性涂液配制：以正丁醇：异丙醇＝2：1的混合溶液作为溶剂，以三氯化钌、氯铱酸、钛酸四丁酯、析氧抑制剂为溶质，以浓盐酸作为稳定剂，配置成活性涂层溶液；其中，析氧抑制剂分别为实施例1-5的析氧抑制剂；
(3)将配置的活性涂液涂敷在经过预处理的钛基体上，放入恒温干燥箱中150℃干燥15min后，放入马弗炉中420℃空气气氛中烧结9min后取出冷却至室温，重复涂覆20次；最后将涂覆好的试样在420℃下烧结60min，随炉冷却至室温。
(4)测试析氧反应、电位差、强化寿命。
另外，还设置对比例，对比例与实验例不同之处在于步骤(2)中溶质去掉析氧抑制剂，只保留三氯化钌、氯铱酸、钛酸四丁酯作为溶剂，其余步骤、参数相同。
测试结果如表2所示:
表2各电极测量效果对比
由表2可见，对比例与实施例1-5相比，对比例的电极的电位差、析氧电位、强化寿命均小于实施例1-5的电极，由此可见，本发明的析氧抑制剂引入到次氯酸钠发生器电极中，能够显著提高次氯酸钠发生器电极的析氧电位、析氧速率和使用寿命。其中，实施例5为最优实施例。
参照图1，由实施例1的析氧抑制剂引入到的次氯酸钠发生器电极的扫描电子显微结构图可以看出，电极涂层均匀致密，裂纹很少，因此涂层的析氧活性点很少，而且氧气很难渗透进去使得电极失效，从而使得电极析氧速率降低，电极使用寿命延长。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电极涂层的析氧抑制剂，其特征在于，其由含锑化合物、含铈化合物、含钴化合物组成；所述含锑化合物是五氯化锑、五氟化锑、锑酸钠中的一种或两种以上；所述析氧抑制剂中按金属离子摩尔百分比计包含：
锑离子 45 mol%
铈离子 20 mol%
钴离子 35 mol%。
2.根据权利要求1所述的析氧抑制剂，其特征在于，所述含铈化合物是氯化铈、硝酸铈、硫酸铈、碳酸铈中的一种或两种以上。
3.根据权利要求1所述的析氧抑制剂，其特征在于，所述含钴化合物是硝酸钴、硫酸钴、氯化钴、碳酸钴中的一种或两种以上。
4.一种根据权利要求1所述的电极涂层的析氧抑制剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按配比将含锑化合物、含铈化合物、含钴化合物组分混合，搅拌均匀，即得到析氧抑制剂。
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