一种亚氧化钛电极的制备方法与流程

本发明涉及一种亚氧化钛电极的制备方法，属电化学技术领域。

背景技术：

含有机物的污水难以自然降解为无害的无机物，有害有机物污染的废水排放到自然界中会严重破坏生态环境，保护生态环境需要有效降解污水中的有机物，高效的有机物降解方法是有机废水处理的发展趋势。电化学氧化法是一种降解有机物的方法，有机物在阳极表面被氧化降解，电化学氧化法降解有机物的效率与阳极材料有关，具有较高电化学活性的阳极材料降解有机物的效率较高。

亚氧化钛ti4o7是一种电化学氧化法的阳极材料，其具有较高的电导率和析氧电位，这使得ti4o7的电化学氧化活性较高。此外，ti4o7具有较好的耐腐蚀性，这使得ti4o7电极的使用寿命较长，因此，ti4o7是一种较理想的电化学氧化阳极材料。

在制备ti4o7电极过程中，一般需要先制备tio2粉，再将tio2粉还原为ti4o7粉，后将ti4o7粉制成ti4o7层。ti4o7电极的制备工艺步骤较多，工艺稳定性不高。简化ti4o7电极的制备工艺及提高工艺稳定性是ti4o7电极发展的趋势。

技术实现要素：

本发明的目的是，为了简化ti4o7电极的制备工艺，提高其工艺稳定性，提出一种亚氧化钛电极的制备方法。

本发明实现的技术方案如下，一种亚氧化钛电极的制备方法，所述方法采用微波等离子体沉积法，在钛基底表面制备tio2层；再通过微波等离子体还原法将tio2层还原为ti4o7层，制得ti4o7电极。

一种亚氧化钛电极的制备方法，步骤如下：

（1）钛片表面清洁。将钛片裁剪后在砂纸表面研磨5min，再将钛片放入无水乙醇中超声清洗30min，后将钛片在50℃真空干燥2h；

（2）tio2层的制备。采用沉积法在钛基底表面制备tio2层，在钛片放入反应室中，利用机械真空泵抽真空至10pa；再通入反应气体，反应气体包括氩气、氧气和钛源，钛源是通过氩气携带进入反应室中；微波功率为300-400w，氩气流量为400-600ml/min，氧气流量为30-50ml/min，钛源蒸气流量为1-3ml/min，气压为20-30kpa，沉积时间为3-4h，在钛基底表面制备tio2层；

（3）ti4o7层的制备。采用还原法将tio2层还原为ti4o7层，反应室不变，利用机械真空泵抽真空至10pa，后通入反应气体，反应气体为氢气，氢气流量为130-150ml/min，气压为14-16kpa；微波功率为600-700w，反应时间为25-35min，将tio2层还原为ti4o7层，制得ti4o7电极。

所述还原法为微波等离子体还原法。

所述沉积法为微波等离子体沉积法。

所述的钛源为四氯化钛。

本发明的有益效果是，本发明中tio2层的制备过程和ti4o7层的制备过程是在同一个反应室中进行，工艺步骤不复杂，通过调节工艺参数控制制备工艺，工艺可控性和工艺稳定性较高。

附图说明

图1为本发明一种亚氧化钛电极的制备方法流程示意图；

图2为实施例1制备的ti4o7电极电化学氧化降解苯酚的曲线图。

具体实施方式

本发明的具体实施方式如图1的流程图所示。

实施例1

将钛片裁剪后在砂纸上研磨5min，再将钛片放入无水乙醇中超声清洗30min，后将钛片在50℃真空干燥2h。

采用微波等离子体沉积法在钛基底表面制备tio2层。先将钛片放入反应室中，后利用机械真空泵抽真空至10pa，再通入反应气体，反应气体包括氩气、氧气和四氯化钛蒸气；四氯化钛蒸气是通过氩气携带进入反应室内，氩气的流量为400ml/min，氧气流量为30ml/min，四氯化钛蒸气流量为1ml/min，气压调节为20kpa，微波功率300w，沉积时间为4h。

制得tio2层后，采用微波等离子体还原法将tio2层还原为ti4o7层，反应室不变，利用机械泵抽真空至10pa，后通入反应气体，反应气体为氢气，氢气流量为130ml/min，气压调节为14kpa，微波功率为600w，还原时间为35min，将tio2层还原为ti4o7层，制得ti4o7电极。

配制苯酚溶液，将其作为模拟废水，用于测试ti4o7电极的电化学氧化降解活性。

苯酚溶液中苯酚的浓度为100mg/l，硫酸钠的浓度为14.2g/l。每隔30min测试苯酚溶液的化学需氧量，化学需氧量高低对应苯酚浓度的高低。当电流密度为1.2ma/cm²时，测试的化学耗氧量随时间的变化曲线如附图2所示，初始化学耗氧量为215mg/l，180min后的化学需氧量为42mg/l，苯酚的去除率为80.5%，这说明制备的亚氧化钛电极的电化学氧化活性较高。

实施例2

将钛片裁剪后在砂纸上研磨5min，再将钛片放入无水乙醇中超声清洗30min，后将钛片在50℃真空干燥2h。

采用微波等离子体沉积法在钛基底表面制备tio2层。先将钛片放入反应室中，后利用机械真空泵抽真空至10pa，再通入反应气体，反应气体包括氩气、氧气和四氯化钛蒸气，四氯化钛蒸气是通过氩气携带进入反应室内，氩气的流量为500ml/min，氧气流量为40ml/min，四氯化钛蒸气流量为2ml/min，气压调节为25kpa，微波功率350w，沉积时间为3.5h。

制得tio2层后，采用微波等离子体还原法将tio2层还原为ti4o7层，反应室不变，利用机械泵抽真空至10pa，后通入反应气体，反应气体为氢气，氢气流量为140ml/min，气压调节为15kpa，微波功率为650w，还原时间为30min，将tio2层还原为ti4o7层，制得ti4o7电极。

配制苯酚溶液，将其作为模拟废水，用于测试ti4o7电极的电化学氧化降解活性。

苯酚溶液中苯酚的浓度为100mg/l，硫酸钠的浓度为14.2g/l。每隔30min测试苯酚溶液的化学需氧量，化学需氧量高低对应苯酚浓度的高低。当电流密度为1.2ma/cm²时，初始化学耗氧量为215mg/l，180min后的化学需氧量为38mg/l，苯酚的去除率为82.3%，这说明制备的亚氧化钛电极的电化学氧化活性较高。

实施例3

将钛片裁剪后在砂纸上研磨5min，再将钛片放入无水乙醇中超声清洗30min，后将钛片在50℃真空干燥2h。采用微波等离子体沉积法在钛基底表面制备tio2层。先将钛片放入反应室中，后利用机械真空泵抽真空至10pa，再通入反应气体，反应气体包括氩气、氧气和四氯化钛蒸气，四氯化钛蒸气是通过氩气携带进入反应室内，氩气的流量为600ml/min，氧气流量为50ml/min，四氯化钛蒸气流量为3ml/min，气压调节为30kpa，微波功率400w，沉积时间为3h。

制得tio2层后，采用微波等离子体还原法将tio2层还原为ti4o7层，反应室不变，利用机械泵抽真空至10pa，后通入反应气体，反应气体为氢气，氢气流量为150ml/min，气压调节为16kpa，微波功率为700w，还原时间为25min，将tio2层还原为ti4o7层，制得ti4o7电极。

配制苯酚溶液，将其作为模拟废水，用于测试ti4o7电极的电化学氧化降解活性。

苯酚溶液中苯酚的浓度为100mg/l，硫酸钠的浓度为14.2g/l。每隔30min测试苯酚溶液的化学需氧量，化学需氧量高低对应苯酚浓度的高低。当电流密度为1.2ma/cm²时，初始化学耗氧量为215mg/l，180min后的化学需氧量为44mg/l，苯酚的去除率为79.5%，这说明制备的亚氧化钛电极的电化学氧化活性较高。