• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看

      ?

      鈦基β-PbO2電極α-PbO2中間層的形貌與結構

      2012-11-30 09:53:18段小月馬放袁中新
      電鍍與涂飾 2012年11期
      關鍵詞:中間層底層電流密度

      段小月,馬放,袁中新

      (1.哈爾濱工業(yè)大學市政環(huán)境工程學院,黑龍江 哈爾濱 150090;2.吉林師范大學環(huán)境工程學院,吉林 四平 136000)

      鈦基β-PbO2電極α-PbO2中間層的形貌與結構

      段小月1,2,馬放1,*,袁中新1

      (1.哈爾濱工業(yè)大學市政環(huán)境工程學院,黑龍江 哈爾濱 150090;2.吉林師范大學環(huán)境工程學院,吉林 四平 136000)

      為了改善鈦基β-PbO2電極的性能,以含SnCl4和SbCl3的異丙醇–濃鹽酸混合液為原料,采用熱沉積法制備了SnO2–Sb2O3底層,再采用電沉積方法在由PbO和NaOH組成的電解液中制備了α-PbO2中間層。利用掃描電鏡(SEM)和X射線衍射(XRD)考察了SnO2–Sb2O3底層的形貌與結構,并研究了電沉積時的電流密度、溫度和時間對α-PbO2中間層的影響。實驗結果表明,SnO2–Sb2O3底層主要由SnO2晶體組成,其表面呈干裂泥土狀。在電沉積α-PbO2中間層時,電流密度不宜大于3 mA/cm2,溫度宜為40 ~ 60 °C,時間應控制在1.0 h左右。

      鈦;二氧化鉛;中間層;錫銻氧化物;電沉積;形貌;晶型

      1 前言

      電催化氧化技術具有無二次污染、操作簡單靈活、占地面積小、容易實現自動化、成本低和能夠處理難生物降解的有毒有害的有機物等優(yōu)點[1-3],是近年來比較受重視并有良好應用前景的水處理技術之一。β-PbO2電極是電催化氧化技術中常用的陽極,具有較高的析氧電位、良好的耐腐蝕性能和較低的成本等優(yōu)點[4-6],所以在電鍍、冶煉、廢水處理領域廣泛應用[7]。但β-PbO2活性層在使用過程中很容易從基材脫落,造成電極失活[8]。為了提高電極的壽命,人們開發(fā)了帶有底層和中間層的鈦基β-PbO2電極。大量研究表明,增加底層和中間層有利于增強鍍層與基體間的結合力,可有效地提高電極的壽命[9-11],但關于底層和中間層的形貌和結構的詳細研究卻很少。本文以熱沉積法獲得的SnO2–Sb2O3作為底層,研究了電沉積條件對α-PbO2中間層形貌和結構的影響。

      2 實驗

      2. 1 電極的制備

      2. 1. 1 基材及預處理

      以5 cm × 3 cm的鈦板為基材,依次用240#、600#、1200#的砂紙打磨鈦板以除去氧化層,再置于丙酮中超聲10 min去除油污,去離子水洗凈后,將鈦板置于85 °C的15%(質量分數)的草酸溶液中刻蝕2 h,得到有均勻麻面的鈦基體。

      2. 1. 2 SnO2–Sb2O3底層的制備

      將含有20 g SnCl4和2 g SbCl3的100 mL異丙醇和濃鹽酸混合液均勻涂在刻蝕后的鈦基體上,放入烘箱中120 °C下烘10 min,再放入馬弗爐中500 °C焙燒10 min,反復操作10次,第10次時焙燒1 h,得到厚約2.5 μm的SnO2–Sb2O3涂層。

      2. 1. 3 電沉積α-PbO2中間層

      采用與鈦板等面積的不銹鋼電極作為陰極。α-PbO2中間層的厚度隨工藝條件的不同而變化較大,為7.0 ~ 50.0 μm。

      2. 2 分析方法

      采用日本日立的 S-570型掃描電子顯微鏡(SEM)觀察沉積層的表面形貌;采用日本理學D-max/3C型X射線衍射儀(XRD)分析沉積層的相組成。

      3 結果與討論

      3. 1 基底與底層的形貌與結構

      圖 1a、1b分別為刻蝕后的鈦基底和 SnO2–Sb2O3氧化物底層的SEM照片。

      圖1 刻蝕后的鈦基底和SnO2–Sb2O3氧化物底層的SEM照片Figure 1 SEM images of etched Ti substrate and SnO2–Sb2O3 primary coating

      由圖 1可知,經酸蝕刻的鈦基體表面形成了凹凸不平的微孔,比表面積明顯增大,有利于提高鈦基體與金屬氧化物膜層之間的結合力。由于SnO2–Sb2O3氧化物層和基體的熱膨脹系數不同,因此經過熱沉積后表面呈干裂泥土狀,有均勻的龜裂。

      圖2為鈦基底和SnO2–Sb2O3氧化物層的XRD圖。由圖2可知,SnO2-Sb2O3氧化層基本可以將鈦基體覆蓋,主要的晶型結構為SnO2,但并沒有Sb氧化物的衍射峰出現,這可能是因為Sb的摻雜量太少,并未達到XRD最低探測限。

      3. 2 電流密度對α-PbO2中間層的形貌與結構的影響

      圖3為電沉積時間為1 h,溫度為40 °C時,不同電流密度下電沉積α-PbO2中間層的SEM照片。

      圖2 刻蝕后的鈦基底和SnO2–Sb2O3氧化物底層的相結構Figure 2 Phase structure of etched Ti substrate and SnO2–Sb2O3 primary coating

      圖3 不同電流密度下電沉積α-PbO2中間層的SEM照片Figure 3 SEM images of α-PbO2 interlayers electrodeposited at different current densities

      由圖 3可知,1 mA/cm2電流密度下電沉積的α-PbO2中間層晶粒尺寸大,表面不規(guī)則。2 mA/cm2和3 mA/cm2電流密度下電沉積的α-PbO2中間層表面規(guī)則、致密,無明顯的晶界。進一步升高電流密度,出現大量有明顯晶界的小晶粒,晶粒尺寸均勻,表面光滑,不利于中間層與活性層的咬合;并且表面疏松多孔,穩(wěn)定性差。另外,隨著電流密度的增大,晶核的生長加速,容易造成沉積層過厚,使內應力增大,在電沉積活性層過程中出現鼓泡現象,嚴重影響電極的穩(wěn)定性[12]。所以電沉積α-PbO2中間層時電流密度不宜大于3 mA/cm2。

      圖 4為不同電流密度下電沉積α-PbO2中間層的XRD譜圖。

      圖4 不同電流密度下電沉積α-PbO2中間層的XRD譜圖Figure 4 XRD patterns of α-PbO2 interlayers electrodeposited at different current densities

      由圖 4可知,在不同電流密度下電沉積的中間層均可將基體覆蓋,隨著電流密度的增大,晶相組成不發(fā)生變化。將圖4所示電極的XRD圖與α-PbO2晶體的JCPDS卡(卡號:45-1416)比較可知,圖中衍射峰位置與α-PbO2(2θ = 36.160°、60.588°、76.588°)基本吻合。根據Debye-Scherrer公式計算平均晶粒尺寸,可知在不同電流密度下所獲電極的晶粒尺寸差別不大,但有電流密度越大則晶粒尺寸越小的趨勢。這主要是因為高電流密度有利于在電極表面形成大量的晶核,抑制了晶核的生長[13]。

      3. 3 電沉積溫度對α-PbO2中間層的形貌與結構的影響

      圖5為電沉積電流密度為3 mA/cm2,時間為1 h時不同溫度下電沉積所得α-PbO2中間層的SEM照片。由圖5可知,溫度對α-PbO2表面形貌的影響較大,20 °C時表面均勻一致,但疏松多孔,穩(wěn)定性差。隨著溫度升高,表面越來越致密,但在80 °C時出現了米狀小顆粒,可能是由于溫度過高,溶液中水分揮發(fā),導致PbO顆粒析出,繼而在電沉積過程中直接摻雜在電極表面。進一步的XRD分析證實了這一推斷。

      圖5 不同溫度下電沉積α-PbO2中間層的SEM照片Figure 5 SEM images of α-PbO2 layers electrodeposited at different temperatures

      圖6 不同溫度下電沉積α-PbO2中間層的XRD譜圖Figure 6 XRD patterns of α-PbO2 layers electrodeposited at different temperatures

      圖 6為不同溫度下電沉積α-PbO2中間層的 XRD譜圖。由圖 6可知,在不同溫度下電沉積的中間層均可將基體覆蓋,將圖6所示電極的XRD圖衍射峰與JCPDS卡(卡號:45-1416)比較可知,在20、40和60 °C下的衍射峰位置與α-PbO2基本吻合,可見在這些溫度下可獲得α-PbO2,但當溫度為60 °C時,鍍層晶體的擇優(yōu)取向變得不明顯。根據Debye-Scherrer公式計算主峰(200)晶面的晶粒尺寸,可知在40 °C時所獲得的晶粒尺寸最小,為55.05 nm。當溫度達到80 °C時,出現了大量新的衍射峰,α-PbO2的衍射峰基本消失,可見當溫度高于80 °C后產生新的晶型。與α-PbO晶體的JCPDS卡(卡號:03-0610)比較可知,這些衍射峰位置與α-PbO(2θ = 29.655°、41.186°、49.785°、57.557°、79.867°)基本吻合。因此,電沉積α-PbO2層的溫度宜控制在60 °C以下。

      3. 4 電沉積時間對α-PbO2中間層的形貌與結構的影響

      圖7為電沉積電流密度為3 mA/cm2,溫度40 °C下電沉積不同時間所得α-PbO2中間層的SEM照片。由圖7可知,時間對α-PbO2表面形貌的影響不大,只是隨著電沉積時間的增長,電極表面趨于平整、致密。為了保證與β-PbO2之間有較大的咬合力,表面不宜過于光滑,因此電沉積時間宜控制在1 h左右。

      圖7 電沉積不同時間α-PbO2中間層的SEM照片Figure 7 SEM images of α-PbO2 interlayers electrodeposited for different time

      圖8為不同時間下電沉積制備的α-PbO2中間層的XRD譜圖。

      圖8 電沉積不同時間α-PbO2中間層的XRD譜圖Figure 8 XRD patterns of α-PbO2 layers electrodeposited for different time

      由圖8可知,電沉積時間對α-PbO2層的晶相結構影響不大,在不同電沉積時間下的衍射峰位置沒有變化,均與α-PbO2吻合。根據Debye-Scherrer公式計算主峰(200)晶面的晶粒尺寸可知,在不同電沉積時間下所獲得的沉積層的晶粒尺寸大小相近。

      4 結論

      (1) 采用熱沉積法制備了 Ti/SnO2–Sb2O3/α-PbO2/ β-PbO2電極的SnO2–Sb2O3底層,該底層呈干裂泥土狀,主要的晶型結構為SnO2,并未發(fā)現Sb氧化物的XRD衍射峰。

      (2) 采用電沉積法制備 Ti/SnO2–Sb2O3/α-PbO2/ β-PbO2電極的α-PbO2中間層,研究了電沉積條件對電極形貌和結構的影響。結果表明:在不同電流密度下均可得到α相PbO2,電流密度較低時鍍層較致密,當電流密度達到4 mA/cm2時鍍層疏松多孔;溫度對鍍層的影響較明顯,20 °C時鍍層疏松多孔,溫度升高則鍍層致密平整,但當溫度達到80 °C時出現了大量α-PbO晶體;時間對鍍層的形貌和結構影響不大。因此,在電沉積α-PbO2中間層時,電沉積電流密度不宜大于3 mA/cm2,電沉積溫度不宜高于60 °C,電沉積時間在1 h左右為宜。

      [1] ZHUO Q F, DENG S B, YANG B, et al. Efficient electrochemical oxidation of perfluorooctanoate using a Ti/SnO2–Sb–Bi anode [J]. Environmental Science and Technology, 2011, 45 (7): 2973-2979.

      [2] ELAOUD S C, PANIZZA M, CERISOLA G, et al. Electrochemical degradation of sinapinic acid on a BDD anode [J]. Desalination, 2011, 272 (1/3): 148-153.

      [3] 劉偉, 常立民, 計曉旭. 不銹鋼基二氧化鉛涂層陽極的制備及電化學性能[J]. 電鍍與涂飾, 2011, 30 (7): 1-4.

      [4] ANDRADE L S, ROCHA-FILHO R C, BOCCHI N, et al. Degradation of phenol using Co- and Co, F-doped PbO2anodes in electrochemical filter-press cells [J]. Journal of Hazardous Materials, 2008, 153 (1/2): 252-260.

      [5] YANG X P, ZOU R Y, HUO F, et al. Preparation and characterization of Ti/SnO2–Sb2O3–Nb2O5/PbO2thin films as electrode material for the degradation of phenol [J]. Journal of Hazardous Materials, 2009, 164 (1): 367-373.

      [6] LIU Y, LIU H L, MA J, et al. Investigation on electrochemical properties of cerium doped lead dioxide anode and application for elimination of nitrophenol [J]. Electrochimica Acta, 2011, 56 (3): 1352-1360.

      [7] 蔡天曉, 鞠鶴, 武宏讓, 等. β-PbO2電極中加入納米級TiO2的性能研究[J].稀有金屬材料與工程, 2003, 32 (7): 558-560.

      [8] 蔡天曉, 鞠鶴, 武宏讓. β-PbO2電極的改性制備及其性能[J]. 表面技術, 2002, 31 (5): 22-23.

      [9] UEDA M, WATANABE A, KAMEYAMA T, et al. Performance characteristics of a new type of lead dioxide-coated titanium anode [J]. Journal of Applied Electrochemistry, 1995, 25 (9): 817-822.

      [10] DEVILLIERS D, DINH THI M T, MAHé E, et al. Cr(III) oxidation with lead dioxide-based anodes [J]. Electrochimica Acta, 2003, 48 (28): 4301-4309.

      [11] 孫鳳梅, 潘建躍, 羅啟富. 含鉑中間層二氧化鉛陽極的制備及其性能[J].材料保護, 2006, 39 (1): 53-54.

      [12] 張海波. 稀土改性二氧化鉛電極制備及電催化降解硝基苯的研究[D].哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學, 2006.

      [13] 鐘耀. 電催化氧化苯胺模擬廢水實驗研究[D]. 蘭州: 西北師范大學, 2009.

      Morphology and structure of α-PbO2interlayer of β-PbO2electrode //

      DUAN Xiao-yue, MA Fang*, YUAN Zhong-xin

      Aiming at improving the performance of β-PbO2electrode, a SnO2–Sb2O3primary coating was prepared by thermal deposition with an isopropyl alcohol and concentrated hydrochloric acid mixed solution containing SnCl4and SbCl3, and a α-PbO2interlayer was subsequently electrodeposited from a bath consisting of PbO and NaOH. The morphology and structure of SnO2–Sb2O3primary coating were examined by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD), and the effects of current density, temperature, and time in electrodeposition on α-PbO2interlayer were studied. The results showed that the SnO2–Sb2O3primary coating is mainly composed of SnO2and presents a mud-crack surface morphology. The suitable parameters for electrodeposition of α-PbO2interlayer are current density ≤3 mA/cm2, temperature 40-60 °C, and time ca.1.0 h.

      titanium; lead (IV) oxide; interlayer; antimony tin oxide; electrodeposition; morphology; crystalline structure

      College of Environmental Engineering, Jilin Normal University, Siping 136000, China

      TQ153

      A

      1004 – 227X (2012) 11 – 0005 – 04

      2012–04–08

      2012–05–16

      段小月(1980–),女,河北承德人,在讀博士研究生,講師,研究方向為電化學水處理。

      馬放,教授,(E-mail) mafang@hit.edu.cn。

      [ 編輯:吳杰 ]

      猜你喜歡
      中間層底層電流密度
      航天企業(yè)提升采購能力的底層邏輯
      基于WIA-PA 無線網絡的鍍鋅電流密度監(jiān)測系統(tǒng)設計
      滾鍍過程中電流密度在線監(jiān)控系統(tǒng)的設計
      電流密度對鍍錳層結構及性能的影響
      電流密度對Fe-Cr合金鍍層耐蝕性的影響
      鎳基高溫合金TLP擴散焊中間層材料研究進展
      焊接(2016年8期)2016-02-27 13:05:10
      B含量對IC10合金TLP焊接用中間層材料及接頭組織的影響
      焊接(2016年6期)2016-02-27 13:04:55
      回到現實底層與悲憫情懷
      小說林(2014年5期)2014-02-28 19:51:47
      社會中間層建設與活動機制網研究
      柵格中間層數據在數字地形分析中的應用
      扎兰屯市| 米林县| 松江区| 德清县| 新乐市| 长春市| 靖西县| 偏关县| 开化县| 龙游县| 微山县| 临洮县| 广宁县| 阆中市| 罗山县| 通许县| 高州市| 阜南县| 平遥县| 长寿区| 永康市| 佛学| 平塘县| 常山县| 汕尾市| 仪征市| 墨玉县| 浮梁县| 乐平市| 上林县| 西平县| 石城县| 东台市| 贵德县| 平南县| 广州市| 长汀县| 广灵县| 吉隆县| 济阳县| 肃宁县|