会员体验
专利管家(专利管理)
工作空间(专利管理)
风险监控(情报监控)
数据分析(专利分析)
侵权分析(诉讼无效)
联系我们
交流群
官方交流:
QQ群: 891211   
微信请扫码    >>>
现在联系顾问~
首页 / 专利分类库 / 水、废水、污水或污泥的处理 / 电极材料及其制备方法和应用

电极材料及其制备方法和应用

申请号 CN202311813105.4 申请日 2023-12-26 公开(公告)号 CN117802340A 公开(公告)日 2024-04-02
申请人 郑州铁路职业技术学院; 河南工大高新产业技术研究院有限公司; 河南工业大学; 发明人 田亚芳; 栗正新; 李跃;
摘要 本 发明 提供了一种 电极 材料及其制备方法和应用,涉及材料技术领域。本发明提供的电极材料的制备方法,包括:将 银 粉和含 硼 金刚石微粉进行球磨混合,然后置于模具中依次进行 冷压 和 热压 烧结 ,制备得到电极材料;所述银粉和含硼金刚石微粉的 质量 比为3:16;所述热压烧结的工艺条件为:压 力 35~40MPa, 温度 950~1000℃,保压5~7min。该制备方法简单方便,生产成本低,更容易实现工业化,制备得到的电极材料具有良好的电学性能,能够作为 阳极 电极运用在降解污 水 领域。
权利要求

1.一种电极材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
粉和含金刚石微粉进行球磨混合,然后置于模具中依次进行冷压热压烧结,制备得到电极材料;
所述银粉和含硼金刚石微粉的质量比为1:9~1:4;
所述热压烧结的工艺条件为:压35~40MPa,温度950~1000℃,保压5~7min。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述球磨混合前还包括对含硼金刚石微粉进行预处理;
所述预处理包括:对含硼金刚石微粉依次进行处理、洗至中性、酸处理、水洗至中性和干燥。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述碱处理包括采用氢化钠溶液处理含硼金刚石微粉;
所述氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量分数为5%‑15%。
4.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述酸处理包括采用硝酸溶液处理含硼金刚石微粉;
所述硝酸溶液中HNO3的质量分数为25%‑35%。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述银粉的粒度为2‑3μm;
所述含硼金刚石微粉的粒度号为325/400目。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,采用球磨机进行球磨混合,磨球的材质包括化钨,磨球与银粉和含硼金刚石微粉混合物的质量比为2:(0.5‑2);
球磨过程中添加乙醇,乙醇与银粉和含硼金刚石微粉混合物的质量比为2:(0.5‑2);
所述球磨的时间为10‑20min。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述冷压的压力为33‑37MPa,保压25‑
35s。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述含硼金刚石微粉的含硼量为1500~2000ppm。
9.一种电极材料,其特征在于,采用权利要求1‑8任一项所述的制备方法制备得到。
10.权利要求9所述的电极材料在污水处理中的应用。

说明书全文

电极材料及其制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明涉及材料技术领域,尤其是涉及一种电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 金刚石具有极高的硬度、高导热性和化学惰性等优异的物理化学性能。含金刚石因硼原子的引进,使其具有p型半导体的结构特点,表现出良好的导电性能。研究证明,含硼金刚石中随着含硼量的增加,含硼金刚石的导电性也随之增强。目前在电学领域,由气相沉积工艺制备的含硼金刚石薄膜在污处理领域表现出了良好的表现。作为一种被应用于降解污水的新兴电极,含硼金刚石电极在电化学化技术领域显示出独特的优势。含硼金刚石电极具有背景电流小、介电常数小、电化学势窗宽和空穴迁移率高等特点。含硼金刚石电极作为阳极时可以降解废水中难生物降解的有机污染物;作为阴极时,含硼金刚石电极可以对污水中的重金属离子、亚硝酸盐等成分进行处理降解。
[0003] 气相沉积法制备的含硼金刚石薄膜电极在生产的过程中,存在其硼烷气体具有一定的毒性,而且工艺生产周期长、成本高等问题,导致目前含硼金刚石薄膜电极在降解污水领域很难实现产业化。
[0004] 而且目前关于采用含硼金刚石微粉为原料的复合材料的研究相当于较少。在含硼聚晶金刚石的研究中,虽然解决了聚晶内部大部分结构的致密度问题,但是采用六面顶压机无法制备出使用于大型废水池用的含硼金刚石电。因此,有必要寻找一种新的含硼金刚石电极的制备方法。
[0005] 有鉴于此,特提出本发明。

发明内容

[0006] 本发明的第一目的在于提供一种电极材料的制备方法,以得到适用于污水处理的含硼金刚石电极材料,同时降低电极材料的制备成本,以解决上述问题。
[0007] 本发明的第二目的在于提供一种电极材料。
[0008] 本发明的第三目的在于上述电极材料在污水处理中的应用。
[0009] 第一方面,本发明提供了一种电极材料的制备方法,包括以下步骤:
[0010] 将粉和含硼金刚石微粉进行球磨混合,然后置于模具中依次进行冷压热压烧结,制备得到电极材料;
[0011] 所述银粉和含硼金刚石微粉的质量比为1:9~1:4;
[0012] 所述热压烧结的工艺条件为:压35~40MPa,温度950~1000℃,保压5~7min。
[0013] 作为进一步技术方案,所述球磨混合前还包括对含硼金刚石微粉进行预处理;
[0014] 所述预处理包括:对含硼金刚石微粉依次进行处理、水洗至中性、酸处理、水洗至中性和干燥。
[0015] 作为进一步技术方案,所述碱处理包括采用氢氧化钠溶液处理含硼金刚石微粉;
[0016] 所述氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量分数为5%‑15%。
[0017] 作为进一步技术方案,所述酸处理包括采用硝酸溶液处理含硼金刚石微粉;
[0018] 所述硝酸溶液中HNO3的质量分数为25%‑35%。
[0019] 作为进一步技术方案,所述银粉的粒度为2‑3μm;
[0020] 所述含硼金刚石微粉的粒度号为325/400目。
[0021] 作为进一步技术方案,采用球磨机进行球磨混合,磨球的材质包括化钨,磨球与银粉和含硼金刚石微粉混合物的质量比为2:(0.5‑2);
[0022] 球磨过程中添加乙醇,乙醇与银粉和含硼金刚石微粉混合物的质量比为2:(0.5‑2);
[0023] 所述球磨的时间为10‑20min。
[0024] 作为进一步技术方案,所述冷压的压力为33‑37MPa,保压25‑35s。
[0025] 作为进一步技术方案,所述含硼金刚石微粉的含硼量为1500~2000ppm。
[0026] 第二方面,本发明提供了一种电极材料,采用上述制备方法制备得到。
[0027] 第三方面,本发明提供了上述电极材料在污水处理中的应用。
[0028] 与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
[0029] 1.本发明提供以银粉为结合剂制备电极材料,一方面银增加了电极材料的电学性能;另一方面银的熔点为961.78℃,在高温的条件下,银会首先变为液相态,液相的生成对含硼金刚石起到了保护作用,避免了含硼金刚石出现石墨化现象。
[0030] 2.本发明以特定配比的银粉和含硼金刚石微粉制备电极材料,不引入其他副反应,通过预压和热压烧结制备致密度良好的银/含硼金刚石复合材料。
[0031] 3.采用冷压进行预压并通过热压烧结工艺来制备含硼金刚石的复合材料可以解决电极材料的尺寸问题,更容易制备出符合大型废水池所需的阳极电极;而且采用冷压进行预压保证了反应原料的致密度,大幅降低电极材料制备所需的温度压力条件。
[0032] 4.相较于高温高压法进行含硼金刚石聚晶的合成,本发明制备的电极材料可以做到更大表面积,更适用于作为电极材料用于污水处理领域。
[0033] 5.与气相沉积法制备得到的含硼金刚石复合材料相比,本发明提供的制备方法简单方便,生产成本低,更容易实现工业化,制备得到的电极材料具有良好的电学性能。附图说明
[0034] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035] 图1为本发明实施例1提供电极材料的电镜图。

具体实施方式

[0036] 下面将结合实施方式和实施例对本发明的实施方案进行详细描述,但是本领域技术人员将会理解,下列实施方式和实施例仅用于说明本发明,而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0037] 第一方面,本发明提供了一种电极材料的制备方法,包括以下步骤:
[0038] 将银粉和含硼金刚石微粉进行球磨混合,然后置于模具中依次进行冷压和热压烧结,制备得到电极材料;
[0039] 所述银粉和含硼金刚石微粉的质量比为1:9~1:4;
[0040] 所述热压烧结的工艺条件为:压力35~40MPa,温度950~1000℃,保压5~7min。
[0041] 本发明提供的制备方法简单方便,生产成本低,更容易实现工业化,制备得到的电极材料具有良好的电学性能,可以作为阳极电极运用在降解污水领域。
[0042] 在一些可选的实施方式中,所述球磨混合前还包括对含硼金刚石微粉进行预处+ ‑理,通过预处理防止H和OH等杂质对产品产生影响。
[0043] 所述预处理包括:对含硼金刚石微粉依次进行碱处理、水洗至中性、酸处理、水洗至中性和干燥。
[0044] 在一些可选的实施方式中,所述碱处理包括采用氢氧化钠溶液处理含硼金刚石微粉;
[0045] 所述氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量分数例如可以为,但不限于5%、10%或15%;
[0046] 所述碱处理的时间例如可以为,但不限于3min、4min或5min。
[0047] 在一些可选的实施方式中,所述酸处理包括采用硝酸溶液处理含硼金刚石微粉;
[0048] 所述硝酸溶液中HNO3的质量分数例如可以为,但不限于25%、30%或35%;
[0049] 所述酸处理的时间例如可以为,但不限于3min、4min或5min。
[0050] 在一些可选的实施方式中,所述干燥的温度例如可以为,但不限于70℃、75℃、80℃、85℃或90℃。
[0051] 在一些可选的实施方式中,所述银粉的粒度例如可以为,但不限于2μm、2.5μm或3μm;
[0052] 所述含硼金刚石微粉的粒度号为325/400目。
[0053] 在一些可选的实施方式中,采用球磨机进行球磨混合,磨球的材质包括碳化钨,磨球与银粉和含硼金刚石微粉混合物的质量例如可以为,但不限于2:0.5、2:1、2:1.5或2:2;
[0054] 球磨过程中添加乙醇,乙醇与银粉和含硼金刚石微粉混合物的质量比例如可以为,但不限于2:0.5、2:1、2:1.5或2:2;
[0055] 所述球磨的时间例如可以为,但不限于10min、15min或20min。
[0056] 在一些可选的实施方式中,所述冷压的压力例如可以为,但不限于33Mpa、34Mpa、35Mpa、36Mpa或37Mpa,保压时间例如可以为,但不限于25s、30s或35s。
[0057] 在一些可选的实施方式中,所述含硼金刚石微粉的含硼量为1500~2000ppm。
[0058] 第二方面,本发明提供了一种电极材料,采用上述制备方法制备得到。
[0059] 该电极材料具有良好的电学性能,比表面积大,能够作为阳极电极运用在降解污水领域。
[0060] 第三方面,本发明提供了上述电极材料在污水处理中的应用。
[0061] 下面通过具体的实施例和对比例进一步说明本发明,但是,应当理解为,这些实施例仅仅是用于更详细地说明之用,而不应理解为用于以任何形式限制本发明。
[0062] 需要说明的是,以下含硼金刚石的硼含量为1500~2000ppm。
[0063] 实施例1
[0064] 一种电极材料,其电镜图如图1所示,制备方法如下:
[0065] 步骤1:将含硼金刚石微粉进行预处理。称取一定量粒度号为325/400的含硼金刚石微粉放到10%NaOH溶液中去油,并利用搅拌器使含硼金刚石悬浮于溶液中,3min~5min后取出用去离子水漂洗至中性;将除油后的金刚石放入质量分数为30%的硝酸溶液,用磁力搅拌器搅拌溶液,使含硼金刚石悬浮在硝酸溶液中。3min~5min后取出用去离子水漂洗至中性;将漂洗后的含硼金刚石放置真空干燥箱中,80℃烘干;
[0066] 步骤2:将粒度为2‑3μm的银粉和步骤1中干燥的含硼金刚石微粉按照质量比3:16进行称量混合,将混合粉末放置于行星式球磨机(磨球材质为WC,磨球与混合粉末质量比为2:1)中,并加入2倍混合粉末质量的无水乙醇,进行球磨、混合15min,将混合后的粉末放置真空干燥箱中80℃烘干;
[0067] 步骤3:将步骤2的混合粉末填装到已经涂抹过脱模剂的石墨模具中,将石墨模具首先放置于液压机进行预压,预压的压力为35MPa,保压30s,然后放入到真空热压烧结炉中按照设定好的工艺曲线进行烧结;
[0068] 步骤4:将步骤3烧结完成后的石墨磨具取出,将试样进行脱模,最后将试样进行打磨抛光,去除表面的脱模剂。
[0069] 实施例2
[0070] 一种电极材料,其制备方法与实施例1的区别在于,银粉和含硼金刚石微粉的质量比为1:4;冷压的压力为33MPa,保压35s;热压烧结的工艺为压力35MPa,温度950℃,保压5min。
[0071] 实施例3
[0072] 一种电极材料,其制备方法与实施例1的区别在于,银粉和含硼金刚石微粉的质量比为1:9;冷压的压力为37MPa,保压25s;热压烧结的工艺为压力40MPa,温度1000℃,保压7min。
[0073] 对比例1
[0074] 一种电极材料,其制备方法与实施例1的区别在于,不添加银粉,采用Cu为添加剂,其复合材料在酸碱溶液中,结合剂脱落。
[0075] 对比例2
[0076] 一种电极材料,其制备方法与实施例1的区别在于,银粉和含硼金刚石微粉的质量比为1:1,其制备的复合材料中无新物质的生成,可判断在制备过程中无副反应的发生。
[0077] 对比例3
[0078] 一种电极材料,其制备方法与实施例1的区别在于,不进行冷压,其制备的复合材料的致密度小。
[0079] 对比例4
[0080] 一种电极材料,其制备方法与实施例1的区别在于,不添加银粉,采用陶瓷结合剂,其复合材料的导电性能变差,且有部分石墨化现象。
[0081] 试验例1
[0082] 对实施例1‑3和对比例1‑3提供的电极材料(尺寸为50mm×10mm×5mm的长方体样条)的性能进行检测,结果如下表:
[0083] 表1
[0084]
[0085]
[0086]
[0087] 最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。