一种处理工业废水的镍钛基复合电极制备工艺的制作方法

1.本发明涉及镍钛基复合电极领域，具体是指一种处理工业废水的镍钛基复合电极制备工艺。


背景技术：

2.随着人们环保意识的增强，各国对污染物排放的限制标准越来越严格，对环保高效的工业难降解有机废水处理技术的需求越来越迫切。尽管生化法在工业废水处理领域得到了较为广泛的应用，然而对于化工、制药等来源的工业废水，由于含高浓度有毒且难生物降解有机物，采用传统单一的生化法处理易发生活性污泥膨胀、微生物中毒等问题，不能取得令人满意的处理效果。另外，生化法受水温、ph、微生物对污染物的降解能力和耐受力等影响较大，对环境非常敏感，并且占地面积大、工艺流程长，这些大大限制了其在很多工业废水处理中的实际应用。
3.电催化氧化法因具有环境兼容性好、不易产生二次污染、处理效率高、操作简便、易于实现自动化等特点，引起国内外业内人士的广泛关注，是当前生物难降解有机废水处理领域的研究热点和前沿领域之一。高性能、低成本电极材料的开发是电催化氧化技术实现规模化应用的关键。
4.因此，一种处理工业废水的镍钛基复合电极制备工艺成为整个社会亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种处理工业废水的镍钛基复合电极制备工艺，包括以下制备工艺，
6.(1)丝网状的纯镍、纯钛，丝网网格的目数，横切剖面的结构：100-200-100-50-20-20-20-20-100-200-100目数，按照该剖面结构可以镍、钛相间分布组成电极基材；
7.(2)将上述步骤(1)按照该剖面结构可以镍、钛相间分布组成电极基材；
8.(3)对其对镍钛网格基材表面的油污以及自然形成的氧化膜进行预处理，处理方法为：a、在超声浴中用丙酮有机溶剂清洗30min以去除基材表面残留的沙砾；b、再次将基材置于80℃、10％(质量分数)的naoh溶液中，浸泡60min进行除油处理；
9.(4)将步骤(3)中多金属氧化物粉体的混合体，配适量的环氧树脂ab胶(结构胶)，共同溶解于稀盐酸溶液中，加入乙二醇进行超声振动15min，静置陈化2h，制得溶胶涂液；
10.(5)用毛刷将步骤(4)的涂液均匀涂抹覆盖在经上述步骤(1)、(2)、(3)、(4)处理后的镍钛复合网格电极基材表面，再放入120℃的烘烤箱烘干15min，随后放入马弗炉(muffle furnace)高温氧化15min，退火置冷却至室温后取出，再涂覆、烘干、热氧化、冷却、取出，重复5次；
11.(6)经步骤(5)处理的复合电极板，用适量的丙酮作为溶剂，清除电极板涂层上的胶体，就得到多层网格、多价带、多金属氧化物耦合的镍钛网格基材复合电极板，并制作成“长250mm、宽200mm、厚5mm”的大小规格的阳极电极板。
12.进一步地，所述步骤(2)中基材厚度为5mm。
13.发明与现有技术相比的优点在于：本发明以多层多网格镍钛网烧结的合金作为基体，并将多金属氧化物涂层嵌入多层网格结构的合金基体中，经热处理后形成复合电极材料。该复合电极材料具有多价带多金属及其氧化物作为涂层和极高的比表面积，以及多金属氧化物产生良好的协同作用,使得电极整体的比电容量得到巨大提升，因其电催化氧化活性高、制作工艺简单，成本低廉，且具有非常良好循环寿命，并有效应用于难于降解的工业有机废水处理工程中。制备过程无污染,不产生污染环境或危害人体的物质,更加绿色环保。
附图说明
14.图1为单元电极系统。
15.图2是电极组合联合系统。
具体实施方式
16.下面对本发明做进一步的详细说明。
17.本发明在具体实施时提供了一种处理工业废水的镍钛基复合电极制备工艺，包括以下制备工艺，
18.(1)丝网状的纯镍、纯钛，丝网网格的目数，横切剖面的结构：100-200-100-50-20-20-20-20-100-200-100目数，按照该剖面结构可以镍、钛相间分布组成电极基材；
19.(2)将上述步骤(1)按照该剖面结构可以镍、钛相间分布组成电极基材；该结构是对基体的微孔孔隙大小、渗透性能和强度特性进行合理的匹配与设计，从而使其具有优良的渗透性、通透性、耐磨性、耐热性和被加工性。
20.通过上述步骤(2)压制烧结的合金网格基材，具有较高机械强度和整体刚性结构的一种新型基体材料；其各层丝网的网孔相互交错、形成一种均一而理想的结构，克服了普通金属丝网强度低、刚性差、网孔形状不稳定的不足；该基材可耐用于从-200℃～650℃的温度环境以及酸碱腐蚀的环境系统；具有优良的清洗性，逆流清洗效果佳，可反复使用，寿命长。
21.(3)对其对镍钛网格基材表面的油污以及自然形成的氧化膜进行预处理，处理方法为：a、在超声浴中用丙酮有机溶剂清洗30min以去除基材表面残留的沙砾；b、再次将基材置于80℃、10％(质量分数)的naoh溶液中，浸泡60min进行除油处理；
22.(4)为了保证金属氧化物涂层与镍钛网格基体有良好的结合力，以及电极具有较好的导电性，将步骤(3)中多金属氧化物粉体的混合体，配适量的环氧树脂ab胶(结构胶)，共同溶解于稀盐酸溶液中，加入乙二醇进行超声振动15min，静置陈化2h，制得溶胶涂液；
23.(5)用毛刷将步骤(4)的涂液均匀涂抹覆盖在经上述步骤(1)、(2)、(3)、(4)处理后的镍钛复合网格电极基材表面，再放入120℃的烘烤箱烘干15min，随后放入马弗炉(muffle furnace)高温氧化15min，退火置冷却至室温后取出，再涂覆、烘干、热氧化、冷却、取出，重复5次；
24.(6)经步骤(5)处理的复合电极板，用适量的丙酮作为溶剂，清除电极板涂层上的
胶体，就得到多层网格、多价带、多金属氧化物耦合的镍钛网格基材复合电极板，并制作成“长250mm、宽200mm、厚5mm”的大小规格的阳极电极板。
25.作为本发明的进一步阐述，所述步骤(2)中基材厚度为5mm。
26.作为本发明的进一步阐述，电极板极性如下：
27.1、孔隙通道平均精度约为120-30nm，开孔率约45％左右。
28.2、多金属氧化物烧结耦合阳极电极板电驱动与传统电极板机理一致，只是电位差和晶格结构发生变化，因其特殊的多金属氧化物多微孔结构，因此理化性能也所提升。
29.3、通过上述(一)制备的镍钛基复合电极板作为阳极，与同样平面大小规格(长250mm、宽200mm)，但厚度8mm的铝板或铁板作为阴极，阳极与阴极两板之间距离为25mm，构建一个多价带、多网格、多金属的电解系统。也称为三维多层网格微孔结构的复合电极电解系统。(如图1)
30.4、上述3电解系统，为ph中性电解提供了充分必要条件和作用机理，可以与任何有机和无机物发生电驱动电解应用。
31.5、上述3电解系统，通过外加电场直接将电能转化为化学能，主要利用阳极表面生成的大量
·
oh、超氧自由基(
·
o2)、h202等活性基团或电极表面，直接传递电子将溶液中的有机物氧化去除。也就是利用电化学产生的强氧化性物质将有机污染物完全矿化。(见附件1)
32.作为本发明的进一步阐述，电解系统应用
33.1、由于传统电分解系统，采用单属性金属板作为阳极板和阴极板，金属之间价带能级不高，反应速度慢，水体中活泼金属和变价金属例如锑，砷等很难电分解，很难置换化合吸附祛除；
34.2、由于传统电分解系统，采用单属性金属板作为阳极板和阴极板，其金属表面无微孔，与水体接触比表面积少，横截面减少，导致电阻增大，能耗增加，损耗高等缺陷；
35.3、由于传统电分解系统，采用单属性金属板作为阳极板和阴极板，其金属价带少，为了提高使用效率，故此盲目扩大电极板极数和数量，导致使用量大，占地面积大，总体投资大等缺陷；
36.4、对工业废水中祛除多环芬芳烃、单环芬芳烃、各类重金属及盐类等污染物的效果很好，祛除率可达90％以上。其它各类污染物，例如cod、tds、油脂、氨氮、磷等污染物的去除率都达到80％－90％左右(见附件1)。
37.5、ph6～9中性电解，无需调整电解质酸碱性。不需要加酸，加碱，加盐调整其液体电解质，与传统单一极性金属电极板有着明显的区别；
38.6、电位差明显高于传统电极材料，更便于电离难溶解的含金属污染物；
39.7、多金属，多价带，多网格微孔结构特征，极大扩大了与液相污染物接触比表面积，电离势能驱动能力更强，更迅速；
40.8、由于是三维网格微孔结构电极材料，更能与液相中各类污染物形成配位原电池进行电化学沉积反应；
41.9、对于有机污染，无机污染物，菌团和病毒都能很好发生络合物析出降解。特别电解过程中释放出氢气，羟基自由基(.oh)超氧基团因子，对于各类有机或无机污染物都能很好降解作用。
42.10、通过上述(二)3制备的电解系统，可以单独使用，也可多电极构建组合联合系统(如图2)。
43.1.影响镍钛基多金属合金电解系统效果的主要因素
[0044][0045]
2.镍钛基多金属合金电解系统祛除水体中各类重金属及盐
[0046]
[0047][0048]
3.镍钛基多金属合金电解系统降解水体其它污染物祛除率
[0049]
污染物处理结果(祛除率)cod80％tss(clay，coal，silt，etc)80％污水中的脂肪、油脂、多环芬芳烃、单环芬芳烃99％氨氮75％以上磷处理70％特定离子处理(溶解硅)80％以上
[0050]
4、传统电分解系统和镍钛基多金属合金电解系统的比较
[0051]
区分传统电分解系统镍钛基多金属合金电解系统所需面积大小设备投资费多少运营费高低维护费高中等能耗大少处理时间长非常短(小于30分钟)处理效率偏好重金属及除菌、有机物残留等尤其突出脱色处理不完全能达到90％
[0052]
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。