公布日：2023.11.07
申请日：2023.08.31
分类号：C25B11/093(2021.01)I;C25B11/063(2021.01)I;C25B1/04(2021.01)I;C02F1/461(2023.01)I
摘要
本发明属于新材料制备技术领域，公开了一种含氯废水电解用电极催化涂层、电极及其制备方法，用于覆盖在电极结构表面同时作为阳极和阴极的碳化钛涂层，碳化钛涂层由纳米碳化钛颗粒喷涂形成，碳化钛上负载有二氧化钌颗粒，所述二氧化钌在碳化钛上的负载量为1-30％。本发明的电极采用冷喷涂工艺在金属基体的表面形成碳化钛负载的二氧化钌粉涂层，从动力学的角度优选为通过控制二氧化钌在碳化钛表面的负载量可以更好地调控阳极催化反应的选择性与之阴极析氢催化相匹配，获得了一种耐腐蚀的双功能催化剂。
权利要求书
1.一种含氯废水电解用电极催化涂层，其特征在于：用于覆盖在电极结构表面同时作为阳极和阴极的碳化钛涂层，碳化钛涂层由负载有二氧化钌颗粒的纳米碳化钛颗粒复合材料喷涂形成，所述二氧化钌在碳化钛上的负载量为1-30％。
2.根据权利要求1所述的一种含氯废水电解用电极催化涂层，其特征在于：纳米碳化钛颗粒的粒径为40-60nm。
3.根据权利要求1所述的一种含氯废水电解用电极催化涂层，其特征在于：二氧化钌颗粒的粒径为5-20nm。
4.根据权利要求1所述的一种含氯废水电解用电极催化涂层，其特征在于：负载有二氧化钌颗粒的碳化钛层厚度为40-60μm。
5.一种电极结构，其特征在于：包括作为金属基体的钛片，在钛板表面涂覆有上述权利要求1-4中任一项所述的电极催化涂层，作为阴极或阳极电极使用。
6.一种制备方法，其特征在于：用于制备上述权利要求5中的电极结构，将负载有二氧化钌粉末的碳化钛颗粒通过冷喷涂工艺在工业钛片表面形成催化涂层。
7.根据权利要求6所述的一种制备方法，其特征在于：在涂覆电催化涂层前，对工业钛板表面进行预处理，预处理包括清洗和喷砂粗化处理。
8.根据权利要求7所述的一种制备方法，其特征在于：在喷砂粗化处理过程中，喷砂角度为60-80°，喷砂距离为50mm。
9.根据权利要求6所述的一种制备方法，其特征在于：所述冷喷涂工艺中，工作气体为惰性气体，工作温度在450-600℃范围内，工作气压为1.5-2.0MPa。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种含氯废水电解用电极催化涂层、电极及其制备方法，通过采用新的材料优化，能够同时针对阳极和阴极材料形成双功能催化效果，并利用优化后的制备方法制作的电极能够起到较好的电催化电解效果。
本发明所采用的技术方案为：
第一方面，本发明提供一种含氯废水电解用电极催化涂层，用于覆盖在电极结构表面同时作为阳极和阴极的碳化钛涂层，碳化钛涂层由负载有二氧化钌颗粒的纳米碳化钛颗粒复合材料喷涂形成，所述二氧化钌在碳化钛上的负载量为1-30％。
结合第一方面，本发明提供第一方面的第一种实施方式，纳米碳化钛颗粒的粒径为40-60nm。
结合第一方面，本发明提供第一方面的第二种实施方式，二氧化钌颗粒的粒径为5-20nm。
结合第一方面，本发明提供第一方面的第三种实施方式，负载有二氧化钌颗粒的碳化钛层厚度为40-60μm。
第二方面，本发明还公开一种电极结构，包括作为金属基体的钛片，在钛板表面涂覆有上述中任一项所述的电极催化涂层，作为阴极或阳极电极使用。
第三方面，本发明还公开一种制备方法，用于制备上述中的电极结构，将负载有二氧化钌粉末的碳化钛颗粒通过冷喷涂工艺在工业钛片表面形成催化涂层。
结合第三方面，本发明提供第三方面的第一种实施方式，在涂覆电催化涂层前，对工业钛板表面进行预处理，预处理包括清洗和喷砂粗化处理。
结合第三方面的第一种实施方式，本发明提供第三方面的第二种实施方式，在喷砂粗化处理过程中，喷砂角度为60-80°，喷砂距离为50mm。
结合第三方面，本发明提供第三方面的第三种实施方式，所述冷喷涂工艺中，工作气体为惰性气体，工作温度在450-600℃范围内，工作气压为1.5-2.0MPa。
本发明的有益效果为：
(1)本发明的电极采用冷喷涂工艺在金属基体的表面形成碳化钛负载的二氧化钌粉涂层，从动力学的角度优选为通过控制二氧化钌在碳化钛表面的负载量可以更好地调控阳极催化反应的选择性与之阴极析氢催化相匹配，获得了一种耐腐蚀的双功能催化剂；
(2)本发明中的电极可以在严苛的腐蚀环境下长时间服役；通过调整阳极和阴极的成分结构，使得阴极和阳极达到高效协同催化，在高效处理废水的同时可以高效产氢，从而降低了废水的排放量，且采用廉价的金属材料作为基体，生产工艺简单、稳定性高、成本低、能耗低，为高COD废水处理和电解水制氢提供新选择；
(3)本发明中电极选择力学与加工性能优异的常用钝性金属作为金属基体，无需采用贵金属，并且可以用于高COD废水直接电解制氢，降低了对电解制氢的水质要求，可实现低成本、高效产氢以及高效处理废水。
（发明人：徐朝权;雷宪章;王勇）