摘要
氧化电解水(Electrolyzed Oxidizing Water，EOW),又名强酸性电解水或电解强酸性水溶液,无色透明,无明显刺激和异味,外观似自来水，起源于日本，具有杀菌强，迅速等特点，此外，氧化电解水已被研究证明其对人体无害，所以因其十分显著的效果，在农业上被广泛运用于农作物杀菌保险，是一种新型杀菌技术。氧化电解水是通过对电解氯化钠所得，其中阳极是起关键性作用。尺寸稳定阳极（Dimensionally Stable Anode, DSA）因其优异的导电性、化学稳定性及长期耐用性，是制备氧化电解水的主要材料。IrO2是常见的尺寸稳定阳极涂敷液组分，具有良好的析氯活性，稳定性较好，但是贵金属铱的成本也较高，因此，通常将IrO2和RuO2作为电极的活性成分，具有良好的电催化活性。同时，Ta2O5和TiO2作为惰性成分，能够提高电极的稳定性，却没有催化活性。因此考虑将铱钽和钌钛的结合形成多元的复合氧化物涂层，使电极具备良好的析氯活性和稳定性的同时降低电极成本。本文以钌钛铱钽溶液为基础，制备钌钛铱钽氧化物电极。在此基础上，通过添加中间层和优化基体预处理来改善电极的活性和稳定性，以及制备氧化电解水的效率。具体研究内容如下： (1)制备钌钛铱钽四元复合电氧化物电极（S1系列电极），考察铱含量对电极析氯选择性和稳定性的影响。铱的负载量分别为365.2（S1-1电极）、321.4 （S1-2电极）、297.4（S1-3电极）、203.9（S1-4电极）、98.91（S1-5电极） μg cm-2。同时，制备了不含钌钛的铱钽电极，铱负载量为396.2 μg cm-2 （C-1电极），作为对比电极。电化学活性测试表明，随着铱负载量的下降，析氯活性增加，而析氧活性降低。C-1和S1-1(2,3,4,5)电极的析氯-析氧电势差分别为221、264、271、281、308 mV。这表明，随着电极中铱负载量的减少，其析氯-析氧电势差越大，析氯选择性越好。其中S1-5电极的析氯选择性最好。进一步考察铱负载量对电极寿命的影响，随着铱负载量的增加，电极强化寿命增加，稳定性增加。其中，S1-1 电极的强化使用寿命为 592 h，稳定性优于 C-1 电极（471 h），并且铱负载量少于C-1电极。 (2)添加锡锑复合氧化物涂层，并与钌钛铱钽复合氧化物涂层形成交替结构，得到钌钛铱钽/锡锑复合电极（S2系列电极）。实验结果表明，S2-1(2,3,4,5)电极的析氯-析氧电势差为276、313、325、350和425 mV。与上述S1-1(2,3,4,5)电极相比较，S2-1(2,3,4,5)电极的析氯-析氧差值更大，说明了加入锡锑中间层后的钌钛铱钽/锡锑复合电极的析氯选择性更好。在强化使用寿命考察上，S2-1(2,3,4,5)电极和S1-1(2,3,4,5)电极的寿命强化相比，强化使用寿命分别增长了28.5、49.5、92.5、146、125 h。这说明加入锡锑中间层后，电极寿命更长，稳定性更佳，所以，加入锡锑中间层可以显著提高电极的析氯选择性，同时提高电极的强化使用寿命。 (3)优化基体预处理。采用水热-高温焙烧法预处理钛基体，探索该预处理能否提高钌钛铱钽氧化物电极的活性和稳定性。在研究过程中，将水热-高温焙烧法预处理钛基体组内又细分成两组，即基体草酸刻蚀组（S3-A系列电极）和基体草酸未刻蚀组（S3-B系列电极）。研究结果表明，与未经水热法-高温焙烧法基体制备的S1-2电极（析氯-析氧电势差：271 mV）相比，S3-4(5)-A电极的析氯-析氧电势差(316和336 mV)更大，所以S3-4(5)-A电极的析氯选择性更好。在氧化电解水的制备上，S3-3(4,5)-A电极电解得到的氧化电解水溶液中有效氯含量更高，比采用S1-2电极电解得到的有效氯含量提高了25 mg L-1。其次，S3-4(5)-B电极的析氯-析氧电势差也得到了增加（300和330 mV），提高了析氯选择性。在氧化电解水的制备上，S3-4(5)-B电极与S1-2电极相比，其电解得到的有效氯含量提高了20 mg L-1。另外，在强化使用寿命上，S3-1(2)-B电极的强化使用寿命比S1-2电极的强化使用寿命提高了10-25 h。总之，S3-A系列电极比S3-B系列电极的析氯选择性更好。但从电极的强化寿命上分析，由于基体经过草酸刻蚀， S3-A系列电极涂层脱落较快，稳定性较差；而S3-B系列电极寿命强化时间更长，稳定性更好。
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