CN112921354B - 一种阳极及其制备方法和应用、臭氧发生系统和食品净化器 - Google Patents

一种阳极及其制备方法和应用、臭氧发生系统和食品净化器 Download PDF

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Abstract

本申请涉及电解用电极技术领域，具体公开了一种阳极及其制备方法和应用、臭氧发生系统和食品净化器。阳极主要包括钛基材和涂层，涂层原料按重量份计包括氯铱酸、四氯化锡、三氯化铋、三氧化二锑、聚乙烯醇、酸和醇；阳极的制备方法为：先将钛基材进行预处理，然后制备涂层溶液，最后涂覆钛基材。本申请制备的阳极可用于电解水制备臭氧工艺中，其具有涂层不易剥落且阳极使用寿命高的优点；另外，本申请的制备方法具有分散过程安全高效的优点。

Description

一种阳极及其制备方法和应用、臭氧发生系统和食品净化器
技术领域
本申请涉及电解用电极技术领域，更具体地说，它涉及一种阳极及其制备方法和应用、臭氧发生系统和食品净化器。
背景技术
食品净化器是对食品进行灭菌处理的设备，通常利用光触媒、超声波或者紫光灯对食物灭菌解毒，但是上述方式只能通过食品移动而使超声波等与食品接触，此时不利于与食品的每一处充分接触而有效对食品杀菌。
臭氧由于氧化作用极强，且对细菌、病毒等大多数有害物质都能起到氧化降解的作用，降解产物为二氧化碳、水或无机盐等，臭氧自身分解也只会产生氧气，不会对环境造成二次污染，故越来越多地被应用至食品净化器中，臭氧以气体的形式在空气中发挥其氧化作用，故臭氧可与食品的每个角落都能充分接触而达到对食品充分杀菌的目的。
臭氧的制备方法主要包括无声放电法、紫外线照射法和电解法，无声放电法是一种将干燥的含氧气体通过电晕放电产生臭氧的方法，该法设备庞大，且臭氧中还含有一定量的致癌物质NOx；紫外线辐射法是用人工产生的紫外线促使氧分子分解并聚合成臭氧的方法，该方法能耗较高，不能高效生产大量臭氧；电解法产生臭氧是利用直流电源电解含氧电解质，电解法不产生氮氧化物，且电解法臭氧发生器的设备小而轻，结构简单，具有广阔的应用前景。
在电解法制备臭氧的技术中，阳极材料的选择极其关键，目前常用的阳极多是在基体上涂覆涂层，如钌系涂层的二元氧化物铂电极，属于金属氧化物电极，是目前电催化领域较受关注的一类析氧超电位较高、且具有优良阳极性能的电极。
上述中的相关技术存在的不足之处在于，阳极在使用过程中，铂基体表面的涂层易出现表面裂纹，电解时产生的气体透过涂层的表面裂纹氧化基体，形成导电性差的基体，恶化电极性能，且易造成涂层与铂基体结合力不好而脱落，使涂层氧化寿命较短，最终导致电解槽存在电压过高、电流效率较低。
发明内容
为了降低涂层从阳极基体表面脱落的可能性，本申请提供一种阳极及其制备方法和应用、臭氧发生系统和食品净化器。
本申请提供的一种阳极采用如下的技术方案：
一种阳极，包括钛基材和涂层，涂层原料按重量份计，包括氯铱酸0.6～1份、四氯化锡3～3.5份、三氯化铋0.8～1.2份、三氧化二锑1～1.5份、聚乙烯醇1～2.2份、酸7-8份和醇40～51份。
可选的，所述酸采用盐酸、柠檬酸和乙酸中的任意一种。
可选的，所述醇采用乙醇、异丙醇和正丁醇中的任意两种。
通过采用上述技术方案，四氯化锡和氯铱酸相互作用可提高钛基材的导电性和电催化性能，酸与醇混合后可使整个涂层的粘稠度增加，进而可提高涂层与钛基材之间的结合力，延长阳极的使用寿命；氯铱酸与四氯化锡可作为阳极中的电催化剂、三氧化二锑和三氯化铋作为稳定增强剂和导电粘合剂，不仅能够对导电钛基材起到保护作用，还能降低阳极在使用过程中因暴露在外界而发生氧化腐蚀的可能性，还能提高整个阳极的导电性能；聚乙烯醇与三氧化二锑和三氯化铋共同作用，可进一步提高涂层溶液与钛基材之间的黏合性，使涂层在阳极使用过程中不易掉落，进一步增加阳极的分散活性和使用寿命。
可选的，所述涂层原料还包括δ型三氧化二铋0.08～0.12重量份。
通过采用上述技术方案，δ型三氧化二铋为立方萤石矿型结构，具有较高的导电性能，δ型三氧化二铋与氯铱酸及四氯化锡配合使用可提高臭氧的产量，使阳极更好地发挥还原性能。
第二方面，本申请还提供一种阳极的制备方法，采用如下技术方案：
一种阳极的制备方法，包括以下步骤：
S1,钛基材预处理：包括以下步骤，
(1)除油处理，对钛基材进行打磨，将打磨后的钛基材浸入饱和氢氧化钠溶液中煮沸40～50min，得到净化钛基材；
(2)喷砂处理，在喷嘴压力为0.3～0.5MPa的喷射条件下将粒度为180～220目的磨料喷射在步骤(1)中得到的净化钛基材表面，喷砂时间为15～30s，用水冲洗喷砂完毕后的钛基材,得到粗化钛基材；
(3)刻蚀处理，将步骤(2)中得到的粗化钛基材浸入酸溶液中，在80～90℃的温度下浸蚀50～80min,水洗并自然晾干，得到麻面钛基材；
S2,制备涂层溶液：包括以下步骤，
A.将酸和聚乙烯醇加入至醇中，在500～600r/min的搅拌速度，40～60℃的分散温度下分散40～50min，得到基液；
B.将氯铱酸、四氯化锡、三氧化二锑和三氯化铋加入醇中，在60～75℃的分散温度，500～600r/min的搅拌速度下分散30～35min，得到料液；
C.将步骤A中得到的基液加入至步骤B中的料液中，在60～75℃的分散温度，500～600r/min的搅拌速度下分散50～60min，得涂层溶液；
所述步骤A中的醇与步骤B中的醇的重量比为(20～28):(20～23)；
S3,涂覆钛基材：
将步骤C中得到的涂层溶液均匀地涂刷于步骤(3)中的麻面钛基材的表面，涂层厚度为25～40μm，在150～200℃下烘干30～40min，在500℃～600℃的温度下焙烧240～360min，在相同条件下焙烧6～8次，得到目标阳极。
可选的，所述步骤(3)中的酸溶液采用的浓度为1～1.5mol/L的草酸溶液。
可选的，所述步骤A中还加入δ型三氧化二铋。
通过采用上述技术方案，对钛基材打磨可初步除去钛基材表面的氧化膜，减少钛基材的表面划痕，使钛基材表面呈现金属光泽；煮沸条件下的氢氧化钠溶液可快速与钛基材表面的油脂发生皂化反应，生成相应的有机酸钠盐和醇，使钛基材纯净，利于钛基材与涂层的粘附。
喷砂会使钛基材表面凹凸不平，当向粗化钛基材的表面涂覆涂层溶液时，粗糙的钛基材表面可以打乱涂层的收缩力方向，使涂层与钛基材表面间的结合强度高于光滑表面的结合强度，使阳极在使用过程中涂层不易从钛基材的表面脱落，也不易使钛基材发生氧化而导致钛基材的钝化，增加了阳极的使用寿命；
刻蚀处理首先可以充分去除钛基材中的杂质，其次可进一步增加粗化钛基材表面的粗糙度，使粗化钛基材表面形成大量凸起，粗化钛基材的表面微观凸起的数量较多时，析氧电流越大，阳极的电氧催化性能越高，涂层涂覆在凸起处的密集程度要大于涂覆在钛基材平坦处的密集程度，使涂层不易从钛基材的表面脱落，而且由于钛基材的有效表面积增大，从而有助于增加阳极的析臭氧含量。
在制备涂层溶液的过程中，基液与料液分开制备后再混合，可使制得的涂层溶液均匀致密，且有助于增加涂层溶液与钛基材之间的粘附性。
在麻面钛基材的表面涂覆涂层溶液后重复多次烧结有助于使涂层与钛基材直接贴附紧密，并增强涂层的机械强度，延长阳极的使用寿命。
第三方面，本申请还提供一种阳极的应用，其技术方案如下，
阳极在电解水制备臭氧工艺中的应用中，工艺条件包括，电压为20～24V，恒流电流密度为25～30mA/cm2
通过采用上述技术方案，采用本发明中的阳极电解水制备臭氧的过程中，提供的电压值和电流值均较低，但是制备得到的臭氧含量较高。
第四方面，本申请还提供了一种臭氧发生系统，其主要技术方案如下：
一种臭氧发生系统，包括阳极、阴极和电解质，所述阳极为本申请中的阳极或者由本申请中提供的方法制备的目标阳极，阴极为经过步骤(1)的预处理后的钛基材，电解质为水。
通过采用上述技术方案，臭氧发生系统在电解水制备臭氧的过程中，由于阳极的使用寿命较长，故有助于使整个臭氧发生系统能持续制备臭氧，而且在单位时间内臭氧的含量较高。
第五方面，本申请还提供了一种食品净化器，所述食品净化器包括本申请中的臭氧发生系统。
通过采用上述技术方案，将本申请中的臭氧发生系统用于食品净化器中，通过臭氧发生系统持续制备高含量臭氧，臭氧可对放入食品净化器中的食品进行全方位高效灭菌，有助于对食品进行充分杀菌。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、通过在涂层溶液中加入三氯化铋、聚乙烯醇和三氧化二锑，可使涂层紧密贴合在钛基材中，使阳极在使用过程中，涂层不易脱落，从而增加了阳极的使用寿命；
2、通过在涂层溶液中加入δ型三氧化二铋，可使阳极有效制备臭氧，有助于增加阳极的使用性能；
3、通过将本申请提供的臭氧发生系统应用于食品净化器中，臭氧发生系统持续制备高含量臭氧，臭氧可对放入食品净化器中的食品进行全方位高效灭菌，有助于对食品进行充分杀菌。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
下述实施方式中使用的原料来源：
盐酸、柠檬酸和乙酸：广州市纯正化工有限公司；
乙醇、异丙醇和正丁醇：上海凌峰化学试剂有限公司；
草酸：河南亿鑫化工有限公司；
氯铱酸：宇瑞(上海)化学有限公司；
四氯化锡：上海宏瑞化工有限公司；
三氯化铋、三氧化二锑：国药集团化学试剂有限公司；
δ型三氧化二铋、聚乙烯醇：科莱恩化工有限公司。
实施例
实施例1
采用如下根据本申请提供的一种臭氧发生系统制备臭氧：
将两块阳极和三块阴极应用于电解槽中进行电解水试验，电解液选用8L水,并向电解槽中输入20V的电压，30mA/cm2的恒流电流密度，在室温的条件下进行电解操作。
上述阳极采用如下方法制备：
S1,钛基材预处理：包括以下步骤，
(1)除油处理，拿砂纸对厚度为2mm的钛基材进行打磨，将打磨后的钛基材浸入饱和氢氧化钠溶液中煮沸40min，得到净化钛基材；
(2)喷砂处理，在喷嘴压力为0.5MPa的喷射条件下将粒度为180目的金刚玉粉末喷射在步骤(1)中得到的净化钛基材表面，喷砂时间为30s，用水冲洗喷砂完毕后的钛基材,得到粗化钛基材；
(3)刻蚀处理，将步骤(2)中得到的粗化钛基材浸入1mol/L的草酸溶液中，在80℃的温度下浸蚀80min,水洗并自然晾干，得到麻面钛基材；
S2,制备涂层溶液：包括以下步骤，
A.将7g盐酸和1g聚乙烯醇加入至28g乙醇溶液中，再加入0.08gδ型三氧化二铋，在600r/min的搅拌速度，40℃的分散温度下分散50min，得到基液；
B.将0.6g氯铱酸、3.5g四氯化锡、0.8g三氯化铋和1.5g三氧化二锑加入20g异丙醇中，在75℃的分散温度，500r/min的搅拌速度下分散35min，得到料液；
C.将步骤A中得到的基液加入至步骤B中的料液中，在60℃的分散温度，600r/min的搅拌速度下分散50min，得涂层溶液；
S3,涂覆钛基材：
用毛刷将步骤C中得到的涂层溶液均匀地涂刷于步骤(3)中的麻面钛基材的表面，涂层厚度为40μm，在150℃下烘干40min，在500℃的温度下焙烧360min，在相同条件下焙烧6次，得到目标阳极。
上述阴极采用如下方法制备：将钛基材经过把上述步骤(1)中的除油处理即可投入使用。
实施例2
采用如下根据本申请提供的一种臭氧发生系统制备臭氧：
将两块阳极和三块阴极应用于电解槽中进行电解水试验，电解液选用8L水,并向电解槽中输入20V的电压，30mA/cm2的恒流电流密度，在室温的条件下进行电解操作。
上述阳极采用如下方法制备：
S1,钛基材预处理：包括以下步骤，
(1)除油处理，拿砂纸对厚度为2mm的钛基材进行打磨，将打磨后的钛基材浸入饱和氢氧化钠溶液中煮沸40min，得到净化钛基材；
(2)喷砂处理，在喷嘴压力为0.5MPa的喷射条件下将粒度为180目的金刚玉粉末喷射在步骤(1)中得到的净化钛基材表面，喷砂时间为30s，用水冲洗喷砂完毕后的钛基材,得到粗化钛基材；
(3)刻蚀处理，将步骤(2)中得到的粗化钛基材浸入1.5mol/L的草酸溶液中，在80～90℃的温度下浸蚀80min,水洗并自然晾干，得到麻面钛基材；
S2,制备涂层溶液：包括以下步骤，
A.将10g盐酸和2.2g聚乙烯醇加入至20g乙醇中，再加入0.12g三氧化二铋，在600r/min的搅拌速度，40℃的分散温度下分散50min，得到基液；
B.将1g氯铱酸、3.5g四氯化锡、1.2g三氯化铋和1g三氧化二锑加入23g异丙醇中，在75℃的分散温度，500r/min的搅拌速度下分散35min，得到料液；
C.将步骤A中得到的基液加入至步骤B中的料液中，在60℃的分散温度，600r/min的搅拌速度下分散50min，得涂层溶液；
S3,涂覆钛基材：
用毛刷将步骤C中得到的涂层溶液均匀地涂刷于步骤(3)中的麻面钛基材的表面，涂层厚度为40μm，在150℃下烘干40min，在500℃的温度下焙烧360min，在相同条件下焙烧6次，得到目标阳极。
上述阴极采用如下方法制备：将钛基材经过把上述步骤(1)中的除油处理即可投入使用。
实施例3
采用如下根据本申请提供的一种臭氧发生系统制备臭氧：
将两块阳极和三块阴极应用于电解槽中进行电解水试验，电解液选用8L水,并向电解槽中输入20V的电压，30mA/cm2的恒流电流密度，在室温的条件下进行电解操作。
上述阳极采用如下方法制备：
S1,钛基材预处理：包括以下步骤，
(1)除油处理，拿砂纸对厚度为2mm的钛基材进行打磨，将打磨后的钛基材浸入饱和氢氧化钠溶液中煮沸50min，得到净化钛基材；
(2)喷砂处理，在喷嘴压力为0.3MPa的喷射条件下将粒度为220目的金刚玉粉末喷射在步骤(1)中得到的净化钛基材表面，喷砂时间为15s，用水冲洗喷砂完毕后的钛基材,得到粗化钛基材；
(3)刻蚀处理，将步骤(2)中得到的粗化钛基材浸入1mol/L的草酸溶液中，在90℃的温度下浸蚀50min,水洗并自然晾干，得到麻面钛基材；
S2,制备涂层溶液：包括以下步骤，
A.将10g柠檬酸和2.2g聚乙烯醇加入至20g异丙醇，再加入0.08gδ型三氧化二铋，在500r/min的搅拌速度，60℃的分散温度下分散50min，得到基液；
B.将1g氯铱酸、3g四氯化锡、1.2g三氯化铋和1g三氧化二锑加入23g正丁醇中，在60℃的分散温度，600r/min的搅拌速度下分散30min，得到料液；
C.将步骤A中得到的基液加入至步骤B中的料液中，在75℃的分散温度，500r/min的搅拌速度下分散60min，得涂层溶液；
S3,涂覆钛基材：
用毛刷将步骤C中得到的涂层溶液均匀地涂刷于步骤(3)中的麻面钛基材的表面，涂层厚度为40μm，在200℃下烘干30min，在600℃的温度下焙烧240min，在相同条件下焙烧8次，得到目标阳极。
上述阴极采用如下方法制备：将钛基材经过把上述步骤(1)中的除油处理即可投入使用。
实施例4
采用如下根据本申请提供的一种臭氧发生系统制备臭氧：
将两块阳极和三块阴极应用于电解槽中进行电解水试验，电解液选用8L水,并向电解槽中输入24V的电压，25mA/cm2的恒流电流密度，在室温的条件下进行电解操作。
上述阳极采用如下方法制备：
S1,钛基材预处理：包括以下步骤，
(1)除油处理，拿砂纸对厚度为2mm的钛基材进行打磨，将打磨后的钛基材浸入饱和氢氧化钠溶液中煮沸45min，得到净化钛基材；
(2)喷砂处理，在喷嘴压力为0.4MPa的喷射条件下将粒度为220目的金刚玉粉末喷射在步骤(1)中得到的净化钛基材表面，喷砂时间为20s，用水冲洗喷砂完毕后的钛基材,得到粗化钛基材；
(3)刻蚀处理，将步骤(2)中得到的粗化钛基材浸入1.2mol/L的草酸溶液中，在85℃的温度下浸蚀65min,水洗并自然晾干，得到麻面钛基材；
S2,制备涂层溶液：包括以下步骤，
A.将9g乙酸和2g聚乙烯醇加入至24g正丁醇中，再加入0.1gδ型三氧化二铋，在550r/min的搅拌速度，50℃的分散温度下分散45min，得到基液；
B.将0.8g氯铱酸、3.2g四氯化锡、1g三氯化铋和1.3g三氧化二锑加入22g异丙醇中，在68℃的分散温度，560r/min的搅拌速度下分散33min，得到料液；
C.将步骤A中得到的基液加入至步骤B中的料液中，在70℃的分散温度，530r/min的搅拌速度下分散55min，得涂层溶液；
S3,涂覆钛基材：
用毛刷将步骤C中得到的涂层溶液均匀地涂刷于步骤(3)中的麻面钛基材的表面，涂层厚度为30μm，在180℃下烘干35min，在550℃的温度下焙烧300min，在相同条件下焙烧7次，得到目标阳极。
上述阴极采用如下方法制备：将钛基材经过把上述步骤(1)中的除油处理即可投入使用。
实施例5
采用如下根据本申请提供的一种臭氧发生系统制备臭氧：
将两块阳极和三块阴极应用于电解槽中进行电解水试验，电解液选用8L水,并向电解槽中输入22V的电压，28mA/cm2的恒流电流密度，在室温的条件下进行电解操作。
上述阳极采用如下方法制备：
S1,钛基材预处理：包括以下步骤，
(1)除油处理，拿砂纸对厚度为2mm的钛基材进行打磨，将打磨后的钛基材浸入饱和氢氧化钠溶液中煮沸42min，得到净化钛基材；
(2)喷砂处理，在喷嘴压力为0.4MPa的喷射条件下将粒度为200目的金刚玉粉末喷射在步骤(1)中得到的净化钛基材表面，喷砂时间为25s，用水冲洗喷砂完毕后的钛基材,得到粗化钛基材；
(3)刻蚀处理，将步骤(2)中得到的粗化钛基材浸入1.5mol/L的草酸溶液中，在85℃的温度下浸蚀65min,水洗并自然晾干，得到麻面钛基材；
S2,制备涂层溶液：包括以下步骤，
A.将8g柠檬酸和1.8g聚乙烯醇加入至25g正丁醇中，再加入0.1gδ型三氧化二铋，在550r/min的搅拌速度，55℃的分散温度下分散48min，得到基液；
B.将0.88g氯铱酸、3.3g四氯化锡、1g三氯化铋和1.2g三氧化二锑加入21g异丙醇中，在65℃的分散温度，550r/min的搅拌速度下分散32min，得到料液；
C.将步骤A中得到的基液加入至步骤B中的料液中，在65℃的分散温度，560r/min的搅拌速度下分散55min，得涂层溶液；
S3,涂覆钛基材：
用毛刷将步骤C中得到的涂层溶液均匀地涂刷于步骤(3)中的麻面钛基材的表面，涂层厚度为30μm，在170℃下烘干35min，在550℃的温度下焙烧300min，在相同条件下焙烧7次，得到目标阳极。
上述阴极采用如下方法制备：将钛基材经过把上述步骤(1)中的除油处理即可投入使用。
实施例6
采用如下根据本申请提供的一种臭氧发生系统制备臭氧：
与实施例4的不同之处在于步骤A中未加入δ型三氧化二铋。
对比例
对比例1
采用如下臭氧发生系统制备臭氧：
将两块阳极和三块阴极应用于电解槽中进行电解水试验，电解液选用8L水,并向电解槽中输入24V的电压，25mA/cm2的恒流电流密度，在室温的条件下进行电解操作。
上述阳极采用如下方法制备：
S1,钛基材预处理：包括以下步骤，
(1)除油处理，拿砂纸对厚度为2mm的钛基材进行打磨，将打磨后的钛基材浸入饱和氢氧化钠溶液中煮沸45min，得到净化钛基材；
(2)喷砂处理，在喷嘴压力为0.4MPa的喷射条件下将粒度为220目的金刚玉粉末喷射在步骤(1)中得到的净化钛基材表面，喷砂时间为20s，用水冲洗喷砂完毕后的钛基材,得到粗化钛基材；
(3)刻蚀处理，将步骤(2)中得到的粗化钛基材浸入1.1mol/L的草酸溶液中，在85℃的温度下浸蚀65min,水洗并自然晾干，得到麻面钛基材；
S2,制备涂层溶液：包括以下步骤，
A.将6g乙酸和3g聚乙烯醇加入至30g正丁醇中,，再加入0.1gδ型三氧化二铋，在550r/min的搅拌速度，50℃的分散温度下分散45min，得到基液；
B.将1.3g氯铱酸、2.5g四氯化锡、1.5g三氯化铋和2g三氧化二锑加入22g异丙醇中，在68℃的分散温度，560r/min的搅拌速度下分散33min，得到料液；
C.将步骤A中得到的基液加入至步骤B中的料液中，在70℃的分散温度，530r/min的搅拌速度下分散55min，得涂层溶液；
S3,涂覆钛基材：
用毛刷将步骤C中得到的涂层溶液均匀地涂刷于步骤(3)中的麻面钛基材的表面，涂层厚度为30μm，在180℃下烘干35min，在550℃的温度下焙烧300min，在相同条件下焙烧7次，得到目标阳极。
上述阴极采用如下方法制备：将钛基材经过把上述步骤(1)中的除油处理即可投入使用。
对比例2
采用如下臭氧发生系统制备臭氧：
将两块阳极和三块阴极应用于电解槽中进行电解水试验，电解液选用8L水,并向电解槽中输入24V的电压，25mA/cm2的恒流电流密度，在室温的条件下进行电解操作。
上述阳极采用如下方法制备：
S1,钛基材预处理：包括以下步骤，
(1)除油处理，拿砂纸对厚度为2mm的钛基材进行打磨，将打磨后的钛基材浸入饱和氢氧化钠溶液中煮沸45min，得到净化钛基材；
(2)喷砂处理，在喷嘴压力为0.4MPa的喷射条件下将粒度为220目的金刚玉粉末喷射在步骤(1)中得到的净化钛基材表面，喷砂时间为20s，用水冲洗喷砂完毕后的钛基材,得到粗化钛基材；
(3)刻蚀处理，将步骤(2)中得到的粗化钛基材浸入1mol/L的草酸溶液中，在85℃的温度下浸蚀65min,水洗并自然晾干，得到麻面钛基材；
S2,制备涂层溶液：包括以下步骤，
A.将9g乙酸和2g聚乙烯醇加入至24g正丁醇中，再加入0.1gδ型三氧化二铋，在800r/min的搅拌速度75℃的分散温度下分散30min，得到基液；
B.将0.8g氯铱酸、4g四氯化锡、1g三氯化铋和1.3g三氧化二锑加入22g异丙醇中，在80℃的分散温度，650r/min的搅拌速度下分散40min，得到料液；
C.将步骤A中得到的基液加入至步骤B中的料液中，在50℃的分散温度，500r/min的搅拌速度下分散70min，得涂层溶液；
S3,涂覆钛基材：
用毛刷将步骤C中得到的涂层溶液均匀地涂刷于步骤(3)中的麻面钛基材的表面，涂层厚度为30μm，在230℃下烘干40min，在650℃的温度下焙烧300min，在相同条件下焙烧7次，得到目标阳极。
上述阴极采用如下方法制备：将钛基材经过把上述步骤(1)中的除油处理即可投入使用。
对比例3
采用如下臭氧发生系统制备臭氧：
与实施例4的不同之处在于，阳极所用的钛基材未进行步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)中的预处理。
对比例4
采用如下臭氧发生系统制备臭氧：
与实施例4的不同之处在于步骤A中未加入聚乙烯醇和δ型三氧化二铋，步骤B中未加入三氯化铋和三氧化二锑。
对比例5
采用如下臭氧发生系统制备臭氧：
与实施例4的不同之处在于，步骤B中未加入氯铱酸。
对比例6
采用如下臭氧发生系统制备臭氧：
与实施例4的不同之处在于，步骤B中未加入四氯化锡。
性能检测试验
性能检测试验1(臭氧含量的检测)
上述实施例1-6和对比例1-6中的臭氧发生系统工作30min后，测定水溶液中的臭氧含量，测定方法如下；采用购自West Japan Sales Offices的型号为EL～550溶解性臭氧检测器校对后直接检测水溶液中的臭氧含量直接，测试实验进行三次后取均值，实验结果见表1。
性能检测试验2(阳极使用寿命的检测)
将上述实施例1-6和对比例1-6中的臭氧发生系统中阳极的寿命进行检测，检测方法如下：臭氧发生系统持续工作，观测阳极表面涂层的状态，当阳极涂层发生剥落时，记录时间，此时间即为阳极的使用寿命，测试实验进行三次后取均值，阳极的使用寿命数据见表1。
性能检测试验3(食品净化器对食物杀菌效果的检测)
将上述实施例1-6和对比例1-6中的臭氧发生系统用于食品净化器中，将食品净化器对食物的灭菌效果进行检测，测试实验进行三次后取均值，检测方法如下：
首先以圣女果为载体，在圣女果的表面涂覆已知菌落数的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，然后将圣女果分为两份，一份圣女果作为对照组放置于自然环境中，放置30min时，其上的菌落数为对照组平均菌落数Ct(cfu/PCS)，另一份圣女果置于食品净化器中，当食品净化器工作30min时，其上的菌落数为试验组平均菌落数Tt(cfu/PCS)，食品净化器对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的灭菌率测试结果列于表2，灭菌率的计算公式为：
灭菌率＝(Ct-Tt)/Tt
其中，大肠杆菌的Ct为4.7×106(cfu/PCS)，金黄色葡萄球菌的Ct为1.9×106(cfu/PCS)；
其次，以圣女果为载体，在圣女果表面涂覆初始浓度为1.64mg/kg的敌敌畏和1.94mg/kg的乐果后放入食品净化器中，食品净化器工作30min后，参照SB/T11190-2017附录B《果蔬农残降解试验方法》中的检测方法计算食品净化器对敌敌畏和乐果的去除率，计算结果列于表2；最后，以猪肉为载体，将初始浓度为6.07mg/kg克伦特罗和初始浓度为476μg/kg的阿莫西林涂覆在猪肉表面后放入食品净化器中，食品净化器工作30min后，参照GB/T5009.116-2003《畜、禽肉中土霉素、四环素、金霉素残留量的测定(高效液相色谱法)》中的检测方法计算食品净化器对圣女果表面的克伦特罗的去除率，参照GB/T20755-2006《畜禽肉中九种青霉素类药物残留量的测定液相色谱-串联质谱法》中的检测方法计算食品净化器对阿莫西林的去除率，去除率数据见表2。
表1.臭氧发生系统产生的臭氧含量(ppm)和阳极使用寿命(h)
项目 臭氧含量(ppm) 阳极使用寿命(h)
实施例1 2.36 2879
实施例2 2.45 2883
实施例3 2.40 2885
实施例4 2.50 2889
实施例5 2.38 2881
实施例6 2.32 2879
对比例1 1.66 2520
对比例2 1.83 2650
对比例3 1.84 2690
对比例4 1.21 2203
对比例5 1.18 2619
对比例6 1.09 2648
表2.食品净化器对食品的灭菌效果检测(以圣女果和猪肉为载菌体)
Figure BDA0002913649170000121
Figure BDA0002913649170000131
参照表1，可以得出以下结论：
1)比较实施例1-6和对比例1-6中的数据可以看出，采用本申请范围内的涂层配比，并通过本申请范围内的制备方法制备得到的阳极的使用寿命较长，且将阳极应用在电解水制备臭氧的过程中，臭氧含量较高，说明阳极具有较好的电化学性能，且阳极的使用寿命长，说明涂层不易从阳极表面剥落；
2)比较实施例4和对比例1-2的数据可知，并非任意配比的涂层均可达到较好的电解水制备高含量臭氧的效果，且阳极的制备方法也对阳极的使用性能有很大影响；
3)比较实施例4和对比例3的数据可知，对钛基材的预处理过程也对阳极的产臭氧量和使用寿命有影响，可能是由于若钛基材未进行预处理，则基层与钛基材之间的粘附性较差，在阳极参与反应的过程中，涂层易脱落而使整个臭氧发生系统的产氧量降低。
4)通过比较实施例4和对比例4-6可知，当涂层中不包括氯铱酸或者四氯化锡时，阳极的使用寿命有所降低，但下降程度不大，可是整个臭氧发生系统中的臭氧含量大幅降低；而当涂层中不包括三氧化二锑和三氯化铋以及聚乙烯醇时，阳极的使用寿命和产生的臭氧含量均大幅降低，这说明当涂层缺少三氧化二锑、三氯化铋以及聚乙烯醇时，涂层易从钛基材的表面脱落，缩短了阳极的使用寿命，而且当涂层易从阳极脱落时，阳极的电化学性能也相应减弱，从而使得整个系统中的臭氧含量下降。
参照表2，比较实施例1-6和对比例1-6中的数据可以看出，采用本申请提供的臭氧发生系统形成的食品净化器对食物具有较好的杀菌能力，通过比较实施例4和对比例4-6的数据可以发现，对比例4-6中的食品净化器对食品的灭菌效果较差，再结合表1中对比例4-6的数据可以推断，食品净化器对食物的灭菌效果与食品净化器中的臭氧含量有关，而食品净化器中的臭氧含量与阳极的涂层有关，当涂层与钛基材之间粘附性较好时，且涂层中含有电催化性物质时，有助于提高阳极的使用寿命和电化学活性。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种阳极，其特征在于，包括钛基材和涂层，涂层原料按重量份计，包括氯铱酸0.6～1份、四氯化锡3～3.5份、三氯化铋0.8～1.2份、三氧化二锑1～1.5份、聚乙烯醇1～2.2份、酸7-10份和醇40～51份，涂层还包括δ型三氧化二铋0.08～0.12重量份。
2.根据权利要求1所述的一种阳极，其特征在于：所述酸采用盐酸、柠檬酸和乙酸中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种阳极，其特征在于：所述醇采用乙醇、异丙醇和正丁醇中的任意两种。
4.一种权利要求1-3任意所述的阳极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1,钛基材预处理：包括以下步骤，
(1)除油处理，对钛基材进行打磨，将打磨后的钛基材浸入饱和氢氧化钠溶液中煮沸40～50min，得到净化钛基材；
(2)喷砂处理，在喷嘴压力为0.3～0.5MPa的喷射条件下将粒度为180～220目的磨料喷射在步骤(1)中得到的净化钛基材表面，喷砂时间为15～30s，用水冲洗喷砂完毕后的钛基材,得到粗化钛基材；
(3)刻蚀处理，将步骤(2)中得到的粗化钛基材浸入酸溶液中，在80～90℃的温度下浸蚀50～80min,水洗并自然晾干，得到麻面钛基材；
S2,制备涂层溶液：包括以下步骤，
A.将酸、δ型三氧化二铋和聚乙烯醇加入至醇中，在500～600r/min的搅拌速度，40～60℃的分散温度下分散40～50min，得到基液；
B.将氯铱酸、四氯化锡、三氧化二锑和三氯化铋加入醇中，在60～75℃的分散温度，500～600r/min的搅拌速度下分散30～35min，得到料液；
C.将步骤A中得到的基液加入至步骤B中的料液中，在60～75℃的分散温度，500～600r/min的搅拌速度下分散50～60min，得涂层溶液；
所述步骤A中的醇与步骤B中的醇的重量比为（20～28）:（20～23）；
S3,涂覆钛基材：
将步骤C中的涂层溶液均匀地涂刷于步骤(3)中的麻面钛基材的表面，涂层厚度为25～40μm，在150～200℃下烘干30～40min，在500℃～600℃的温度下焙烧240～360min，在相同条件下焙烧6～8次，得到目标阳极。
5.根据权利要求4所述的一种阳极的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的酸溶液采用的浓度为1～1.5mol/L的草酸溶液。
6.权利要求1-3任意一项所述的阳极或者权利要求4-5任意一项所述的制备方法制备得到的阳极在电解水制备臭氧工艺中的应用，其特征在于：所述电解水制备臭氧工艺的条件包括，电压20～24V，恒流电流密度25～30mA/cm2。
7.一种臭氧发生系统，其特征在于，包括阳极、阴极和电解质，所述阳极为权利要求1-3任意一项所述的阳极或者权利要求4-5任意一项所述的方法制备得到的目标阳极，阴极为经过步骤(1)的预处理后的钛基材，电解质为水。
8.一种食品净化器，其特征在于，包括权利要求7所述的臭氧发生系统。
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