一种新型二氧化铅电极及其制备方法 【技术领域】
本发明属电化学技术领域，具体涉及一种二氧化铅电极及其制备方法。
背景技术
PbO2电极作为一种性能良好、价格便宜的不溶性阳极材料，不仅在化学工业上已有使用价值，在环保领域也有很好的应用前景。
PbO2电极可分为基体和无基体电极二类。传统的无基体PbO2电极由于机械强度差，不宜于工业应用。目前应用的一般是基体PbO2电极，其中研究较多的是钛基PbO2电极。钛是阀型金属，对许多电催化活性材料是良好的载体，钛基上镀覆一层导电、耐蚀的PbO2后表现出优良的阳极性能；但镀层会出现一些晶界缝隙，电解时产生的氧气透过镀层的晶界缝隙氧化基体，形成导电性差的氧化钛，恶化电极性能。为了克服长时间电解生产过程中钛的钝化，提高二氧化铅阳极的工作稳定性和使用寿命，人们在钛基体和PbO2镀层之间添加中间层，以抑制钛的钝化。但此工艺增加了电极的制作成本和工艺复杂性，且不能从根本上解决钛基的钝化问题。为了克服这些弊端，人们又试制出一种新型的陶瓷基体PbO2电极。由于陶瓷的耐蚀性、不导电性，不存在基体钝化问题；然而陶瓷本身机械强度低、易破碎，只能制成圆棒状，而不能制成板(片)状，这给大规模生产的电解槽设计带来不便。同时由于陶瓷管的管壁要求有一定的厚度，这样便使陶瓷基体自重增加，且高温烧制陶瓷不易，生产周期长，成品率低，致使其成本较高。因此，人们进一步考虑采用机械性能良好、化学性能稳定、表面可镀以质轻、成本低的ABS塑料作为PbO2电极的基体，但其应用尚未见报导。除此以外，以铁板、石墨、环氧塑料等为基体的制备研究也有报导。但这些技术都是以电镀法为基本方法，无论以什么材料为基体，都不能从根本上避免电镀过程造成的镀层缝隙引起的腐蚀问题。
PbO2电极在环保领域的应用报导也较少，但已有研究证明，PbO2在阳极条件下会产臭氧，并具有很高地电化学活性，可以考虑作为电解法处理有机废水的电极材料。但这方面的研究仅限于电镀法制备的PbO2电极，其他方法制备的PbO2电极是否也具有较高的电化学活性尚未见诸报导。
【发明内容】
本发明目的在于提出一种抗腐蚀性好、电化学活性高、制备工艺简单的新型无基体PbO2电极及其制备方法，从根本上解决镀层PbO2电极的脱落问题，并将其应用于废水处理。
本发明提出的无基体PbO2电极，由二氧化铅粉末与聚四氟乙烯或聚丙烯微粒经压片制得。其中，组份的质量比例为：1/2≤二氧化铅∶聚四氟乙烯或聚丙烯≤7，聚四氟乙烯或聚丙烯微粒的平均粒径小于100微米。
本发明电极制备方法如下：将二氧化铅粉末与聚四氟乙烯或聚丙烯微粒，按上述重量比例均匀混合，在10-30MPa压力下压成片状电极；对成形电极采用预电解老化或高温烘干处理等方法进行稳定或改性。
上述方法中，二氧化铅粉末来源为市售或化学法制备。聚四氟乙烯或聚丙烯微粒平均粒径小于100微米。
两种材料的混合比例(质量比)为：1/2≤PbO2∶聚四氟乙烯或聚丙烯≤7。
压片工艺条件：压力范围在10MPa～30MPa。
稳定或改性条件：在目标电解液中预电解，时间一般可为10-24小时，高温烘干处理的温度为100-300℃，时间一般为2-5小时，以提高电极稳定性。还可进一步在300～500℃条件下高温处理电极，以改变聚四氟乙烯的形态，从而改变电极的微观结构。
用本发明制备的PbO2电极作为阳极，用于电解处理有机染料废水，在脱色率和COD去除率上都比普通石墨阳极有明显优势。
由本发明制备的PbO2电极属于无基体制备法，从根本上避免了镀层脱落等问题。通过加入稳定性极高的聚四氟乙烯微粉起粘合作用，既解决了传统无基体PbO2电极机械强度差的缺点，又不会因为引入杂质而影响整个电解体系的工作。而且制备过程非常简单，有利于工业化应用。以该法制备的电极抗腐蚀性好，电化学性高，作为阳极电解处理有机废水可达到明显的降解效果。
【具体实施方式】
下面通过实施例进一步描述本发明。
实施例1，将化学沉淀法制备的二氧化铅粉末与上海三爱富新材料有限公司提供的FR002A型聚四氟乙烯微粉(平均粒径为5微米)以质量比7∶1均匀混合，在20MPa压力下压成100mm×30mm矩形片。将该片在250-300摄氏度条件下烘2小时后，作为使用电极。该电极表面光滑、牢固紧致，电阻为50～100Ω。在电压100V、电流密度1000A/m2条件下工作，年腐蚀率小于0.05％。应用于染料中性枣红溶液电解处理时，在外加功率18W条件下电解1.5小时，脱色率为75％左右，约为同样条件下普通石墨电极的1.7倍；COD去除率为30％左右，约为同样条件下普通石墨电极的2倍。
实施例2，将市售二氧化铅粉末与工业级聚四氟乙烯微粉(平均粒径小于20微米)以质量比0.5∶1均匀混合，在10MPa压力下压成100mm×30mm矩形片。将该片在目标处理溶液中性枣红溶液中预电解10-24小时后，作为使用电极。该电极表面光滑，机械强度高，电阻为2～3kΩ。在电压100V、电流密度1000A/m2条件下工作，年腐蚀率小于0.05％。在外加功率18W条件下电解中性枣红溶液1.5小时，脱色率为70％左右，约为同样条件下普通石墨电极的1.6倍；COD去除率为30％左右，约为同样条件下普通石墨电极的2倍。
实施例3，将化学沉淀法制备的二氧化铅粉末与工业级聚四氟乙烯微粉(平均粒径小于100微米)以质量比2.5∶1均匀混合，在30MPa压力下压成100mm×30mm矩形片。将该片在100摄氏度条件下烘3-5小时后，作为使用电极。该电极表面光滑，机械强度高，电阻为200～500Ω。在电压100V、电流密度1000A/m2条件下工作，年腐蚀率小于0.05％。应用于染料茜素红溶液电解处理时，在外加功率18W条件下电解1.5小时，脱色率为60％左右，约为同样条件下普通石墨电极的2倍；COD去除率为15％左右，约为同样条件下普通石墨电极的1.5倍。