一种低铱含量铱钽钛阳极的制备方法与流程

本发明属于电化学行业中dsa阳极材料制备，具体涉及一种低铱含量铱钽钛阳极的制备方法。背景技术：：：1、阳极材料是电催化氧化技术的核心。一方面因为电化学氧化反应的主要区域在阳极表面及其附近溶液区域，阳极材料的活性及催化氧化能力对有机物的降解效果有显著影响；另一方面因为在反应过程中，阳极附近会产生强氧化性物质和强酸性环境，对阳极材料的耐腐蚀性要求较高。因此，理想的阳极材料应具备高催化活性、高稳定性和低制备成本。2、金属氧化物阳极(dimensionally stable anode，dsa)，一般由三部分组成：金属基体、中间惰性涂层和表面活性涂层。金属基体的作用是骨架和导电，常用的是钛基体，一般会对其进行预处理，包括碱洗除油和酸洗刻蚀，目的是增加基体层和表层的结合面积，保证稳定性。中间惰性涂层的作用是提高电极稳定性，阻止电解液及活性氧向基体迁移，避免氧化物层的脱落和基体的钝化。表面活性涂层是参与电化学反应的主要部分，起导电和电催化作用。3、dsa电极是在预处理后的钛基体上通过刷涂-高温热分解法制备具备高催化活性和高稳定性的金属氧化物涂层(例如：ruo2、iro2、pbo2、sb-sno2等)所制得的电极，因其具有制备方法简单、价格相对低廉、易于功能化改性等一系列优点而受到广泛研究和应用。早期的dsa电极主要以ruo2-tio2氧化物为主，随着应用领域的扩大和研究的深入，iro2在析氧条件下良好的电催化活性和稳定性逐渐被发现；同时，ta2o5是一种良好的惰性组分，既可以稳定iro2的结构又可以减缓ir的溶蚀。研究表明，ti/iro2-ta2o5电极具备优异的电催化性能和较长的使用寿命，是析氧工业中较为理想的阳极，已广泛应用于电解铜箔、环境保护、水处理和湿法冶金等领域。4、近年来，贵金属铱的价格在不断上涨，ti/iro2-ta2o5电极的制备成本也在不断提高，影响其工业化发展。因此，降低贵金属铱含量的新型析氧阳极开发迫在眉睫。技术实现思路1、为了解决上述问题，本发明的目的在于提供了一种低铱含量铱钽钛阳极的制备方法，通过往铱钽涂层中添加铂族贵金属铑元素，不仅可以有效提高其电催化活性和使用寿命，还可以降低制备成本。2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：3、一种低铱含量铱钽钛阳极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：4、步骤1，钛基体预处理：对钛基体表面进行喷砂、碱洗、酸蚀、清洗及烘干处理；5、步骤2，中间层制备：向步骤1处理后的钛基体表面涂刷前驱体溶液a，后烧结冷却；所述前驱体溶液a由一种或多种盐的组合和有机溶剂配制而成，所述盐包含铱盐、钌盐、钽盐、锑盐中的一种或多种的组合；6、步骤3，表面氧化物活性层制备：向步骤2处理后的钛基体表面涂刷前驱体溶液b，烧结；所述前驱体溶液b由铱源、钽源、铑源和有机溶剂配制而成。7、优选的，所述喷砂砂型选自钢砂、棕刚玉和白刚玉中的一种或多种的组合。8、优选的，所述喷砂后的粗糙度ra值介于7-9μm，rz值介于35-40μm。9、优选的，所述酸蚀处理是在3-10％的草酸溶液或5-20％的硫酸溶液中煮沸1-3h。10、优选的，所述前驱体溶液a中总离子浓度范围为0.05-0.25mol/l。11、优选的，所述前驱体溶液b中铱源为ircl3、h2ircl6、k2ircl6、h2irbr6中的一种或多种的组合，所述钽源为正丁醇钽、乙醇钽、丁二醇钽中的一种或多种的组合，所述铑源为三氯化铑、氧化铑、硝酸铑中的一种或多种的组合。12、优选的，所述前驱体溶液b中铱钽摩尔比控制在1-4.5之间，铑铱摩尔比控制在0.05-2之间，总离子浓度范围为0.05-0.5mol/l。13、优选的，所述前驱体溶液a、所述前驱体溶液b中的有机溶剂均为正丁醇、乙二醇、无水乙醇、丁二醇中的一种或多种的组合。14、优选的，所述步骤2具体包括以下步骤：15、2.1)将涂刷有前驱体溶液a的钛基体，自然晾干；16、2.2)将步骤2.1)处理后的钛基体在450-550℃烧结氧化10-60min，自然冷却至室温后进行下一次涂刷，重复上述2.1)步骤，进行多次涂刷烧结，冷却后形成中间层。17、优选的，所述步骤3具体包括以下步骤：18、3.1)将涂刷有前驱体溶液b的钛基体，自然晾干；19、3.2)将步骤3.1)处理后的钛基体在450-550℃保温10分钟，然后在450-550℃烧结10-60min，自然冷却至室温后进行下一次涂刷，重复上述3.1)步骤，直至前驱体溶液b涂刷完；20、3.3)最后一次烧结时间为1-3h，自然冷却至室温后即可完成阳极板表面活性涂层的制备。21、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：22、1、本发明一种低铱含量铱钽钛阳极的制备方法，通过往铱钽涂层中添加铂族贵金属铑元素，不仅可以有效提高其电催化活性和使用寿命，还可以降低制备成本。铑元素和铱元素的价电子结构和元素的物理化学性能接近，具备良好的导电性、导热性、稳定性且耐化学腐蚀；通过控制金属氧化物阳极表面涂层的成分配比，即铱元素和铑元素的混合比例，不仅可以增大阳极表面积，增多阳极表面电催化活性位点，提高涂层的电催化活性，降低析氧电位，减少能耗，降低阳极表面电荷转移电阻，还可以延长其使用寿命。23、2、本发明一种低铱含量铱钽钛阳极的制备方法，采用传统的热分解涂刷法制备阳极，即将前驱体溶液涂覆在钛基体上，经固化和热氧化制成，具备操作简单，易于生产等优点。技术特征：1.一种低铱含量铱钽钛阳极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：2.根据权利要求1所述的低铱含量铱钽钛阳极的制备方法，其特征在于，所述喷砂砂型选自钢砂、棕刚玉和白刚玉中的一种或多种的组合。3.根据权利要求1所述的低铱含量铱钽钛阳极的制备方法，其特征在于，所述喷砂后的粗糙度ra值介于7-9μm，rz值介于35-40μm。4.根据权利要求1所述的低铱含量铱钽钛阳极的制备方法，其特征在于，所述酸蚀处理是在3-10％的草酸溶液或5-20％的硫酸溶液中煮沸1-3h。5.根据权利要求1所述的低铱含量铱钽钛阳极的制备方法，其特征在于，所述前驱体溶液a中总离子浓度范围为0.05-0.25mol/l。6.根据权利要求1所述的低铱含量铱钽钛阳极的制备方法，其特征在于，所述前驱体溶液b中铱源为ircl3、h2ircl6、k2ircl6、h2irbr6中的一种或多种的组合，所述钽源为正丁醇钽、乙醇钽、丁二醇钽中的一种或多种的组合，所述铑源为三氯化铑、氧化铑、硝酸铑中的一种或多种的组合。7.根据权利要求1所述的低铱含量铱钽钛阳极的制备方法，其特征在于，所述前驱体溶液b中铱钽摩尔比控制在1-4.5之间，铑铱摩尔比控制在0.05-2之间，总离子浓度范围为0.05-0.5mol/l。8.根据权利要求1所述的低铱含量铱钽钛阳极的制备方法，其特征在于，所述前驱体溶液a、所述前驱体溶液b中的有机溶剂均为正丁醇、乙二醇、无水乙醇、丁二醇中的一种或多种的组合。9.根据权利要求1所述的低铱含量铱钽钛阳极的制备方法，其特征在于，所述步骤2具体包括以下步骤：10.根据权利要求1所述的低铱含量铱钽钛阳极的制备方法，其特征在于，所述步骤3具体包括以下步骤：技术总结本发明属于电化学行业中DSA阳极材料制备技术领域：：，具体涉及一种低铱含量铱钽钛阳极的制备方法，包括以下步骤：对钛基体进行表面预处理；在预处理后的钛基体表面先涂刷前驱体溶液A烧结；再涂刷前驱体溶液B烧结。本发明通过往铱钽涂层中添加铂族贵金属铑元素，不仅可以有效提高其电催化活性和使用寿命，还可以降低制备成本。技术研发人员：王雪,冯庆,贾波,郝小军,柴作强,薛建超受保护的技术使用者：西安泰金新能科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/18