本发明属于电极基体材料
技术领域：
，涉及一种泡沫钛的制备方法。
背景技术：
：泡沫钛材料组成是结构内部孔洞和刚性骨架，特点是质量小、孔径多、高比强度、优秀的吸声和散热以及电磁屏蔽功能，在工业领域被用作吸附材料和结构材料以及金属电极，在医学领域被用作人体骨架。制备泡沫钛采用最多的方法便是粉末烧结法，尤其是功能性材料，工艺流程主要为金属粉末的筛分、按压、烧结，其可大致分为直接烧结法和粉末混合烧结法。直接烧结粉末法原理较为简单，是把散松的钛粉进行压制后烧结，获取孔隙结构的泡沫钛，相比造孔剂添加法，直接烧结所制成品孔隙率则明显低很多，ik-hyunoh等人研究，使用在有压力压制或无压力压制的条件下制备泡沫钛的孔隙率一般在35％以下，孔隙率的增加会导致屈服强度和弹性模量线性下降。n.nomura的实验结果表明，这种方法制备泡沫钛的孔隙率为33％，弹性模量25gpa，压缩强度61mpa。这种方法工艺流程极其简单，代价是成品泡沫钛的强度很低。粉末混合烧结法的原理是在金属钛粉末中添加一定量的物质，要求这种物质是可去除的(化学反应、热处理等方式)，被称作造孔剂，泡沫钛具体的孔隙率和孔径大小的要求均通过造孔剂添加的量和大小来决定，所以也被称之为添加造孔剂法。由于这种方法具备的灵活可控性，使得泡沫钛可以拥有比较均匀的孔径，且机械强度也不错。造孔剂的选择和添加至关重要，目前已知常用的造孔剂有铁丝、碳酸氢铵以及尿素等，其中尿素做造孔剂的研究非常成功。比起其它造孔剂，尿素廉价并且容易脱除，脱除后的气体不会造成环境污染，其大致过程是把准备好的钛粉和尿素按一定的比例混合，放在特定几何形状的磨具中，使用压机压制，再将样品置于真空高温炉内进行烧结，在热处理的过程中，先将作为造孔剂的尿素脱除生成泡沫钛预加热试样，再进行高温烧结成品。经过前人的不懈努力，在尿素含量60％-80％的情况下成功制备出孔隙率在50％-71％的泡沫钛(孔隙率即孔隙体积占总样品体积比)，且成品的杨氏模量和抗压强度理论上可以用作人造骨骼，给人类医学的进步作出巨大贡献。另外，c.e.wen使用碳酸氢铵作为造孔剂时，也制备出了良好生物相容性的泡沫钛。z.esen使用金属镁颗粒作为造孔剂的方法制备出了孔隙率范围为45％-70％的泡沫金属钛。需要注意的是，使用尿素和碳酸氢铵时，在压制成形后需立刻烧结，这是由于造孔剂固有的物化性质导致，碳酸氢铵在室温下不稳定而易分解，尿素的吸水性成为制备泡沫钛不可抗力的干扰因素，泡沫钛功能和性能也随之受到影响。焦化废水是煤制焦炭、煤气净化及焦化产品回收过程中产生的高浓度有机废水。其组成复杂，含有大量的酚类、联苯等有机污染物，还含有氰离子、氟离子和氨氮等毒有害物质。为了深度处理焦化废水和改善传统热分解法和电沉积法制备dsa阳极的缺点，提高催化活性和电极的使用寿命，需要具有微孔结构、多活性点位的泡沫钛做基体。然而现有技术中制备的泡沫钛(见附图1)的孔隙度太小，不适合用作电极基体。因此，开发一种新的泡沫钛的制备方法，以得到具有微孔结构、多活性点位的泡沫钛，用作活性dsa电极的基体，进而用来催化氧化焦化废水中难生化降解的有机物，很有必要。技术实现要素：本发明提出一种泡沫钛的制备方法，解决了现有技术制备的泡沫钛的孔隙度太小，催化活性低，不适合用作电极基体的问题。本发明的技术方案是这样实现的：一种泡沫钛的制备方法，以焦碳为造孔剂，与钛粉混合后烧结，去除造孔剂，得到泡沫钛。作为进一步的技术方案，所述焦碳与所述钛粉的体积比为(0.5～2)：1，所述焦碳的粒径为1～6mm，所述烧结温度为1400～1600℃。作为进一步的技术方案，所述焦碳与所述钛粉的体积比为1：1，所述焦碳的粒径为6mm，所述烧结温度为1500℃。作为进一步的技术方案，所述钛粉的粒径为400目。作为进一步的技术方案，包括以下步骤：s1.将焦碳和钛粉混合后压实，得到混合样品；s2.将混合样品密封，反复抽真空通氩气至杂质气体排尽；s3.升温至1400～1600℃，烧结；冷却至室温，得到泡沫钛中间体。s4.泡沫钛中间体在氩气的保护下，升温至1100℃，改通入二氧化碳，反应一段时间后停止加热，通入氩气，冷却至室温，得到泡沫钛。作为进一步的技术方案，步骤s3升温分三步进行：先以10℃/min的速度升温600℃，保温10min，然后以10℃/min的速度升温至1200℃，保温10min，再以5～7℃/min的速率升温至1400～1600℃，在1400～1600℃烧结时间为1小时。作为进一步的技术方案，步骤s3中冷却时先以5℃/min降温至800℃，再自然降温至室温。作为进一步的技术方案，步骤s4在氩气的保护下升温至1100℃，改通入二氧化碳，反应一段时间后停止加热，改通入氩气，冷却至室温，得到泡沫钛。作为进一步的技术方案，步骤s4中二氧化碳流速为400～600ml/min，反应时间为3小时。本发明的工作原理及有益效果为：1、本发明中，以焦碳为造孔剂，与钛粉混合后烧结，去除造孔剂，得到泡沫钛，焦碳来源广泛，在室温下稳定且不易分解，不易吸水，价格低廉，且容易控制孔隙的连通度和几何形状，从而使得泡沫钛的制备方法简单，制得的泡沫钛具有微孔结构，活性点位多且孔连通度高，表面容易镀上催化层，适合作为电极基体使用，且通过试验证明，将本发明的泡沫钛作为电极基体时催化活性大大提高，使得电极对焦化废水中难生化降解的有机物的去除率大大提高，说明本发明制备的泡沫钛适合用作电极基体，适合推广使用。2、本发明中，发明人通过观察发现，在烧结温度1600℃乃至更高温度时，达到一些化学反应的临界温度点，使样品中的一些杂质在表面生成致密化合物而影响到样品形貌，在烧结温度为1400℃时，泡沫钛表皮呈现黑色，无任何金属光泽，结构松散，硬度极差，捏取时有大量黑色粉末掉落，内部的焦碳表面有未变色的灰色钛粉覆盖；而在烧结温度为1500℃时得到的泡沫钛结构完整，硬度较强，有些许金属光泽，棱角分明，性能更好，克服了现有技术中烧结温度越高泡沫钛性能越好的技术偏见。3、本发明中，在烧结温度为1500℃、焦碳和钛粉的体积比为1：1、焦碳粒径为6mm时得到的泡沫钛硬度适中，金属光泽明显，成品孔隙率在40％-60％，孔隙率连通率更好，泡沫钛的通透性也更好，电解过程中不影响废水流通，符合电极基体对孔隙率的要求。4、本发明中，采用氧化还原反应，以二氧化碳为反应原料，将焦碳中的主要成分碳与二氧化碳反应生成一氧化碳气体来脱除造孔剂，简单方便、成本低廉。由于焦碳的外表有凹凸不平，在脱除焦碳后，得到的泡沫钛表面也有凹凸不平，在将制得的泡沫钛用作电极基体时，这些凸起作为活性点，显著提高了电极活性。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。图1为现有技术中泡沫钛示意图；图2为本发明制备的泡沫钛示意图；图3为本发明制备的泡沫钛又一示意图；具体实施方式下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。实施例1一种泡沫钛的制备方法，包括以下步骤：s1.在金属容器底部铺上一层致密的塑料薄膜，再将粒径为6mm的焦碳颗粒均匀置于金属容器中，再均匀撒入粒径为400目钛粉，焦碳与钛粉的体积比为1：1，盖上压片，适当的进行晃动，以充分混合，压实，得到混合样品；s2.使用被切割过的高温管式炉的管堵来做载体，将混合样品从塑料薄膜中取出，放在载体上，一起放入高温炉，密封高温炉，反复抽真空通氩气至炉内杂质气体排尽；s3.将试样置于高温管式炉中，先以10℃/min的速度升温600℃，保温10min，然后以10℃/min的速度升温至1200℃，保温10min，再以5～7℃/min的速率升温至1400℃，在1400℃烧结时间为1小时；烧结完成后，先以5℃/min降温至800℃，再自然降温至室温，得到泡沫钛中间体。实施例2一种泡沫钛的制备方法，包括以下步骤：s1.在金属容器底部铺上一层致密的塑料薄膜，再将粒径为6mm的焦碳颗粒均匀置于金属容器中，再均匀撒入粒径为400目钛粉，焦碳与钛粉的体积比为1：1，盖上压片，适当的进行晃动，以充分混合压实，得到混合样品；s2.使用被切割过的高温管式炉的管堵来做载体，将混合样品从塑料薄膜中取出，放在载体上，一起放入高温炉，密封高温炉，反复抽真空通氩气至炉内杂质气体排尽；s3.将试样置于高温管式炉中，先以10℃/min的速度升温600℃，保温10min，然后以10℃/min的速度升温至1200℃，保温10min，再以5～7℃/min的速率升温至1500℃，在1500℃烧结时间为1小时；烧结完成后，先以5℃/min降温至800℃，再自然降温至室温，得到泡沫钛中间体。实施例3一种泡沫钛的制备方法，包括以下步骤：s1.在金属容器底部铺上一层致密的塑料薄膜，再将粒径为6mm的焦碳颗粒均匀置于金属容器中，再均匀撒入粒径为400目钛粉，焦碳与钛粉的体积比为1：1，盖上压片，适当的进行晃动，以充分混合压实，得到混合样品；s2.使用被切割过的高温管式炉的管堵来做载体，将混合样品从塑料薄膜中取出，放在载体上，一起放入高温炉，密封高温炉，反复抽真空通氩气至炉内杂质气体排尽；s3.将试样置于高温管式炉中，先以10℃/min的速度升温600℃，保温10min，然后以10℃/min的速度升温至1200℃，保温10min，再以5～7℃/min的速率升温至1600℃，在1600℃烧结时间为1小时；烧结完成后，先以5℃/min降温至800℃，再自然降温至室温，得到泡沫钛中间体。实施例4一种泡沫钛的制备方法，包括以下步骤：s1.在金属容器底部铺上一层致密的塑料薄膜，再将粒径为6mm的焦碳颗粒均匀置于金属容器中，再均匀撒入粒径为400目钛粉，焦碳与钛粉的体积比为2：1，盖上压片，适当的进行晃动，以充分混合压实，得到混合样品；s2.使用被切割过的高温管式炉的管堵来做载体，将混合样品从塑料薄膜中取出，放在载体上，一起放入高温炉，密封高温炉，反复抽真空通氩气至炉内杂质气体排尽；s3.将试样置于高温管式炉中，先以10℃/min的速度升温600℃，保温10min，然后以10℃/min的速度升温至1200℃，保温10min，再以5～7℃/min的速率升温至1500℃，在1500℃烧结时间为1小时；烧结完成后，先以5℃/min降温至800℃，再自然降温至室温，得到泡沫钛中间体。实施例5一种泡沫钛的制备方法，包括以下步骤：s1.在金属容器底部铺上一层致密的塑料薄膜，再将粒径为6mm的焦碳颗粒均匀置于金属容器中，再均匀撒入粒径为400目钛粉，焦碳与钛粉的体积比为0.5：1，盖上压片，适当的进行晃动，以充分混合压实，得到混合样品；s2.使用被切割过的高温管式炉的管堵来做载体，将混合样品从塑料薄膜中取出，放在载体上，一起放入高温炉，密封高温炉，反复抽真空通氩气至炉内杂质气体排尽；s3.将试样置于高温管式炉中，先以10℃/min的速度升温600℃，保温10min，然后以10℃/min的速度升温至1200℃，保温10min，再以5～7℃/min的速率升温至1500℃，在1500℃烧结时间为1小时；烧结完成后，先以5℃/min降温至800℃，再自然降温至室温，得到泡沫钛中间体。实施例6一种泡沫钛的制备方法，包括以下步骤：s1.在金属容器底部铺上一层致密的塑料薄膜，再将粒径为1mm的焦碳颗粒均匀置于金属容器中，再均匀撒入粒径为400目钛粉，焦碳与钛粉的体积比为1：1，盖上压片，适当的进行晃动，以充分混合压实，得到混合样品；s2.使用被切割过的高温管式炉的管堵来做载体，将混合样品从塑料薄膜中取出，放在载体上，一起放入高温炉，密封高温炉，反复抽真空通氩气至炉内杂质气体排尽；s3.将试样置于高温管式炉中，先以10℃/min的速度升温600℃，保温10min，然后以10℃/min的速度升温至1200℃，保温10min，再以5～7℃/min的速率升温至1500℃，在1500℃烧结时间为1小时；烧结完成后，先以5℃/min降温至800℃，再自然降温至室温，得到泡沫钛中间体。实施例7一种泡沫钛的制备方法，包括以下步骤：s1.在金属容器底部铺上一层致密的塑料薄膜，再将粒径为3mm的焦碳颗粒均匀置于金属容器中，再均匀撒入粒径为400目钛粉，焦碳与钛粉的体积比为1：1，盖上压片，适当的进行晃动，以充分混合压实，得到混合样品；s2.使用被切割过的高温管式炉的管堵来做载体，将混合样品从塑料薄膜中取出，放在载体上，一起放入高温炉，密封高温炉，反复抽真空通氩气至炉内杂质气体排尽；s3.将试样置于高温管式炉中，先以10℃/min的速度升温600℃，保温10min，然后以10℃/min的速度升温至1200℃，保温10min，再以5～7℃/min的速率升温至1500℃，在1500℃烧结时间为1小时；烧结完成后，先以5℃/min降温至800℃，再自然降温至室温，得到泡沫钛中间体。实施例8一种泡沫钛的制备方法，包括以下步骤：s1.在金属容器底部铺上一层致密的塑料薄膜，再将粒径为6mm的焦碳颗粒均匀置于金属容器中，再均匀撒入粒径为400目钛粉，焦碳与钛粉的体积比为1：1，盖上压片，适当的进行晃动，以充分混合压实，得到混合样品；s2.使用被切割过的高温管式炉的管堵来做载体，将混合样品从塑料薄膜中取出，放在载体上，一起放入高温炉，密封高温炉，反复抽真空通氩气至炉内杂质气体排尽；s3.将试样置于高温管式炉中，先以10℃/min的速度升温600℃，保温10min，然后以10℃/min的速度升温至1200℃，保温10min，再以5～7℃/min的速率升温至1500℃，在1500℃烧结时间为1小时；烧结完成后，先以5℃/min降温至800℃，再自然降温至室温，得到泡沫钛中间体；s4.将中间体放入焦炭气化小型固定床反应装置中，在氩气的保护下升温至1100℃，改通入二氧化碳，二氧化碳流量为500ml/min，在1100℃下反应3小时后停止加热，改通入氩气，冷却至室温，得到泡沫钛。实施例9一种泡沫钛的制备方法，包括以下步骤：s1.在金属容器底部铺上一层致密的塑料薄膜，再将粒径为6mm的焦碳颗粒均匀置于金属容器中，再均匀撒入粒径为400目钛粉，焦碳与钛粉的体积比为1：1，盖上压片，适当的进行晃动，以充分混合压实，得到混合样品；s2.使用被切割过的高温管式炉的管堵来做载体，将混合样品从塑料薄膜中取出，放在载体上，一起放入高温炉，密封高温炉，反复抽真空通氩气至炉内杂质气体排尽；s3.将试样置于高温管式炉中，先以10℃/min的速度升温600℃，保温10min，然后以10℃/min的速度升温至1200℃，保温10min，再以5～7℃/min的速率升温至1500℃，在1500℃烧结时间为1小时；烧结完成后，先以5℃/min降温至800℃，再自然降温至室温，得到泡沫钛中间体；s4.将中间体放入焦炭气化小型固定床反应装置中，在氩气的保护下升温至1100℃，改通入二氧化碳，二氧化碳流量为400ml/min，在1100℃下反应3小时后停止加热，改通入氩气，冷却至室温，得到泡沫钛。实施例10一种泡沫钛的制备方法，包括以下步骤：s1.在金属容器底部铺上一层致密的塑料薄膜，再将粒径为6mm的焦碳颗粒均匀置于金属容器中，再均匀撒入粒径为400目钛粉，焦碳与钛粉的体积比为1：1，盖上压片，适当的进行晃动，以充分混合压实，得到混合样品；s2.使用被切割过的高温管式炉的管堵来做载体，将混合样品从塑料薄膜中取出，放在载体上，一起放入高温炉，密封高温炉，反复抽真空通氩气至炉内杂质气体排尽；s3.将试样置于高温管式炉中，先以10℃/min的速度升温600℃，保温10min，然后以10℃/min的速度升温至1200℃，保温10min，再以5～7℃/min的速率升温至1500℃，在1500℃烧结时间为1小时；烧结完成后，先以5℃/min降温至800℃，再自然降温至室温，得到泡沫钛中间体；s4.将中间体放入焦炭气化小型固定床反应装置中，在氩气的保护下升温至1100℃，改通入二氧化碳，二氧化碳流量为450ml/min，在1100℃下反应3小时后停止加热，改通入氩气，冷却至室温，得到泡沫钛。实施例11一种泡沫钛的制备方法，包括以下步骤：s1.在金属容器底部铺上一层致密的塑料薄膜，再将粒径为6mm的焦碳颗粒均匀置于金属容器中，再均匀撒入粒径为400目钛粉，焦碳与钛粉的体积比为1：1，盖上压片，适当的进行晃动，以充分混合压实，得到混合样品；s2.使用被切割过的高温管式炉的管堵来做载体，将混合样品从塑料薄膜中取出，放在载体上，一起放入高温炉，密封高温炉，反复抽真空通氩气至炉内杂质气体排尽；s3.将试样置于高温管式炉中，先以10℃/min的速度升温600℃，保温10min，然后以10℃/min的速度升温至1200℃，保温10min，再以5～7℃/min的速率升温至1500℃，在1500℃烧结时间为1小时；烧结完成后，先以5℃/min降温至800℃，再自然降温至室温，得到泡沫钛中间体；s4.将中间体放入焦炭气化小型固定床反应装置中，在氩气的保护下升温至1100℃，改通入二氧化碳，二氧化碳流量为550ml/min，在1100℃下反应3小时后停止加热，改通入氩气，冷却至室温，得到泡沫钛。实施例12一种泡沫钛的制备方法，包括以下步骤：s1.在金属容器底部铺上一层致密的塑料薄膜，再将粒径为6mm的焦碳颗粒均匀置于金属容器中，再均匀撒入粒径为400目钛粉，焦碳与钛粉的体积比为1：1，盖上压片，适当的进行晃动，以充分混合压实，得到混合样品；s2.使用被切割过的高温管式炉的管堵来做载体，将混合样品从塑料薄膜中取出，放在载体上，一起放入高温炉，密封高温炉，反复抽真空通氩气至炉内杂质气体排尽；s3.将试样置于高温管式炉中，先以10℃/min的速度升温600℃，保温10min，然后以10℃/min的速度升温至1200℃，保温10min，再以5～7℃/min的速率升温至1500℃，在1500℃烧结时间为1小时；烧结完成后，先以5℃/min降温至800℃，再自然降温至室温，得到泡沫钛中间体；s4.将中间体放入焦炭气化小型固定床反应装置中，在氩气的保护下升温至1100℃，改通入二氧化碳，二氧化碳流量为600ml/min，在1100℃下反应3小时后停止加热，改通入氩气，冷却至室温，得到泡沫钛。在焦碳粒径均为6mm，焦碳与钛粉的体积比均为1：1的情况下，通过观察实施例1～3制备的泡沫钛中间体的表观研究烧结温度对泡沫钛制备的影响，观察结果见下表1：表1实施例1～3制备的泡沫钛中间体表观钛粉在常温下为银灰色粉末，熔点为1678℃。通常烧结温度越高，钛粉熔融的越好，更有利于泡沫钛结构的形成，而申请人通过观察发现，在烧结温度1600℃乃至更高温度时，达到一些化学反应的临界温度点，使样品中的一些杂质在表面生成致密化合物而影响到样品形貌，在烧结温度为1400℃时，泡沫钛中间体表皮呈现黑色，无任何金属光泽，结构松散，硬度极差，捏取时有大量黑色粉末掉落，内部的焦碳表面有未变色的灰色钛粉覆盖；而在烧结温度为1500℃时得到的泡沫钛中间体结构完整，硬度较强，有些许金属光泽，棱角分明，性能更好，克服了现有技术中烧结温度越高泡沫钛性能越好的技术偏见。在烧结温度为1500℃，焦碳粒径均为6mm，通过观察实施例2、4、5制备的泡沫钛中间体的表观，研究焦碳与钛粉体积比对泡沫钛制备的影响，观察结果见下表2：表2实施例2、4、5制备的泡沫钛中间体表观通过观察可知，当焦碳过多钛粉较少时(焦碳与钛粉体积比为2：1)，过多的造孔剂导致泡沫金属骨架无法支撑泡沫结构，从而使泡沫钛中间体散碎成块；当钛粉多焦炭少时(焦碳与钛粉体积比为0.5：1)，硬度为最大，虽然最为稳定，但是焦碳颗粒分布十分不均匀，说明了此样品孔隙连通度较差并且孔隙率也较低，但不符合电极基体对孔隙率的要求；当钛粉和焦碳体积相同时，硬度适中，焦碳颗粒均匀且连接紧密，成品孔隙率在40％-60％，效果最好。在烧结温度为1500℃，焦碳体积比为1：1时，通过观察实施例2、6、7制备的泡沫钛中间体的表观，研究焦碳粒径对泡沫钛制备的影响，观察结果见下表3：表3实施例2、6、7制备的泡沫钛中间体表观组别焦碳粒径现象实施例26mm泡沫钛中间体孔隙连通率好，成品泡沫钛的通透性也更好实施例61mm样品几乎没有成型，焦碳颗粒几乎是细小碎末，钛粉难凝固在一起实施例73mm泡沫钛孔隙形貌好通过观察可知，焦碳粒径为1mm时反应样品几乎没有成型，焦碳颗粒几乎是细小碎末，钛粉难凝固在一起，以细小造孔剂多孔数构想的小粒径实验组分几乎以失败告终；3mm与6mm的两个试样孔隙形貌相对更好，但相比之下，6mm粒径焦碳的中间体孔隙连通率更完美一些，成品泡沫钛的通透性也更好。实施例8～12中采用氧化还原反应脱除造孔剂焦碳，以二氧化碳为脱除造孔剂的反应原料，将焦碳中的主要成分与二氧化碳反应生成一氧化碳气体来脱除造孔剂，反应原理为：co2 c＝2co。在烧结温度为1500℃，焦碳体积比为1：1，焦碳粒径为6mm时，通过动态粒焦反应性测定仪中测试反应性，仪器将绘制出焦碳颗粒反应过程的失重曲线，以反应后质量损失百分数除以反应时间来衡量反应速率，实施例8～12中焦碳与二氧化碳的反应速率见下表：表4实施例8～12中焦碳与二氧化碳的反应速率组别二氧化碳流量峰值反应速率实施例8500ml/min1.02实施例9400ml/min0.85实施例10450ml/min0.91实施例11550ml/min1.00实施例12600ml/min0.98实施例8中不同反应时间下焦碳与二氧化碳的反应速率见下表：表5实施例8中不同反应时间下焦碳与二氧化碳的反应速率时间中心温度℃设定温度℃反应速率0小时55011000.000.5小时110011000.171小时110011000.251.5小时110011001.022小时66811000.302.5小时44411000.00从表4、表5中可以看出，在烧结温度为1500℃，焦碳体积比为1：1，焦碳粒径为6mm时，1100℃下二氧化碳气体流量为500ml/min时反应速率最高，耗时最少。根据化学反应平衡相关理论知识可知，在一定的反应空间内，反应物的投量增加有助于平衡向右移动，也会增加反应速率。根据表4的数据来看，当其他条件都相同时，二氧化碳的流量对反应速率的影响有一个峰值，当流量小于峰值时，试样由于对二氧化碳气体的需求量高而供应量不足使反应速率不饱和，整体呈现随着二氧化碳气体流量的增加，反应速率也增加的规律。当流量大于峰值时，反应样品需求饱和，气流的流动速度加快导致被金属钛包裹的碳块无法充分和气体接触，使反应速率呈现逐渐减慢的趋势。实例8中，能够使泡沫钛中间体最有效率脱除造孔剂的二氧化碳气体流量为500ml/min，总共用3小时反应完全。实施例8～12中，制备的泡沫钛脱除了造孔剂焦碳，由于焦碳的外表有凸起，在脱除焦碳后，得到的泡沫钛表面有凸起，在将泡沫钛用作电极基体时，这些凸起作为活性点，显著提高了电极活性。图2～3为实施例8制备的泡沫钛图片，从图中可以看出，泡沫钛孔隙连通率高，孔径较均一，且由于脱除了造孔剂焦碳，可以在泡沫钛表面明显的看出凸起。以实施例8制备的泡沫钛为例，用做电极基体，进行如下试验：试验一、取焦化废水500ml，废水中toc为276mg/l，nh3-n为515mg/l，用纯净水稀释一倍，共得到稀释的焦化废水1000ml。以制备的泡沫钛电极为阳极，以钛网做阴极，电极间距1cm，电解处理其中400ml焦化废水，电解电压10v，电解时间为30分钟。以购买的网状钛电极做阴阳极进行对比试验。在相同的电解条件下，两组电解装置对toc和nh3-n的去除率并不相同。网状钛电极装置对toc的去除率23％，nh3-n的去除率27％；泡沫钛电极装置对toc的去除率30％，nh3-n的去除率35％。试验二、取焦化废水500ml，废水中toc为276mg/l，nh3-n为515mg/l，用纯净水稀释一倍，共得到稀释的焦化废水1000ml。以制备的泡沫钛电极为阳极，以钛网做阴极，电极间距1cm，电解处理其中400ml焦化废水，电解电压10v，电解时间为60分钟，调节废水ph值为8。以购买的网状钛电极做阴阳极进行对比试验。在相同的电解条件下，两组电解装置对toc和nh3-n的去除率并不相同。网状钛电极装置对toc的去除率30％，nh3-n的去除率55％；泡沫钛电极装置对toc的去除率38％，nh3-n的去除率87％。试验三、以制备的泡沫钛电极为阳极，以钛网做阴极，电催化降解质量浓度1000mg/l的吡啶，初始ph为14，电极间距2.0cm，电解质na2so4浓度为0.25mol/l，电流密度为30ma/cm2，降解120分钟，对吡啶的去除率55.4％。以购买的网状钛电极做阴阳极进行对比试验，吡啶去除率达到30.5％。试验四、以制备的泡沫钛电极为阳极，以钛网做阴极，电催化降解质量浓度40mg/l的萘，初始ph为7，电极间距2.0cm，电解质na2so4浓度为0.25mol/l，电流密度为50ma/cm2，降解120min，萘降解率为88.6％；以购买的网状钛电极做阴阳极进行对比试验，萘降解率为60.5％。通过以上试验可以看出，与现有技术中的网状钛电极相比，采用本发明制备的泡沫钛电极作为阳极，极大的提高了电极的催化活性，使得电极对焦化废水中难生化降解的有机物的去除率大大提高，说明本发明制备的泡沫钛适合用作电极基体。以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 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技术特征：1.一种泡沫钛的制备方法，其特征在于，以焦碳为造孔剂，与钛粉混合后烧结，去除造孔剂，得到泡沫钛。
2.根据权利要求1所述的一种泡沫钛的制备方法，其特征在于，所述焦碳与所述钛粉的体积比为(0.5～2)：1，所述焦碳的粒径为1～6mm，所述烧结温度为1400～1600℃。
3.根据权利要求2所述的一种泡沫钛的制备方法，其特征在于，所述焦碳与所述钛粉的体积比为1：1，所述焦碳的粒径为6mm，所述烧结温度为1500℃。
4.根据权利要求1所述的一种泡沫钛的制备方法，其特征在于，所述钛粉的粒径为400目。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的一种泡沫钛的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1.将焦碳和钛粉混合后压实，得到混合样品；
s2.将混合样品密封，反复抽真空通氩气至杂质气体排尽；
s3.升温至1400～1600℃，烧结；冷却至室温，得到泡沫钛中间体；
s4.泡沫钛中间体在氩气的保护下升温至1100℃，改通入二氧化碳，反应一段时间后停止加热，改通入氩气，冷却至室温，得到泡沫钛。
6.根据权利要求5所述的一种泡沫钛的制备方法，其特征在于，步骤s3升温分三步进行：先以10℃/min的速度升温600℃，保温10min，然后以10℃/min的速度升温至1200℃，保温10min，再以5～7℃/min的速率升温至1400～1600℃，在1400～1600℃烧结时间为1小时。
7.根据权利要求5所述的一种泡沫钛的制备方法，其特征在于，步骤s3中冷却时先以5℃/min降温至800℃，再自然降温至室温。
8.根据权利要求5所述的一种泡沫钛的制备方法，其特征在于，步骤s4中二氧化碳流速为400～600ml/min，反应时间为3小时。
技术总结本发明属于电极基体材料技术领域，提出了一种泡沫钛的制备方法，以焦碳为造孔剂，与钛粉混合后烧结，去除造孔剂，得到泡沫钛。其中，焦碳与钛粉的体积比为(0.5～2)：1，焦碳的粒径为1～6mm，烧结温度为1400～1600℃，钛粉的粒径为400目。该制备方法具体包括以下步骤：S1.将焦碳和钛粉混合后压实，得到混合样品；S2.将混合样品密封，反复抽真空通氩气至杂质气体排尽；S3.升温至1400～1600℃，烧结；冷却至室温，得到泡沫钛中间体。S4.将中间体放入焦炭气化小型固定床反应装置中，升温至1100℃，以400ml/min～600ml/min流量通入CO2，反应一段时间，停止加热，冷却至室温。通过上述技术方案，制备的泡沫钛作为阳极，电催化处理焦化废水，活性点位多，降解效率高。
技术研发人员：郭爱红;李良玉;俞强
受保护的技术使用者：华北理工大学
技术研发日：2020.03.03
技术公布日：2020.06.05
