一种碳纤维复合阳极材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于复合电极材料技术领域，具体为一种碳纤维复合阳极材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]碳纤维含碳量比例高，导电性好(碳纤维体电阻率为1.2X 10 3 Ω.cm)，比表面积大，是一种良好的电化学反应器。碳纤维复合树脂材料，不仅具有良好的导电性，还兼具了优异的机械性能，碳纤维复合树脂材料具有良好的抗腐蚀性能，特别在高氯离子环境中抗腐蚀性优异。然而，由于碳纤维是一种微晶石墨材料，当其作为阳极时易产生消耗，因此，用碳纤维复合树脂材料做阳极材料时，碳纤维是作为导电相，树脂作为粘结相。例如电积锌过程中，电解液中有大量的SO42和少量的ClO，这些离子会在阳极上放电产生氧气，导致碳纤维阳极在电解过程中会产生CO和CO2而出现消耗(202 (配合)一 4e+C —CO2，在正常阳极电流密度下，CO2为阳极的原生产物，在低电流密度下可生成CO)。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于解决现有用碳纤维复合树脂材料做阳极材料出存在的问题，提供一种可有效解决碳阳极材料作为阳极时易消耗的问题，提高碳纤维复合树脂材料在电解过程中的抗氧化腐蚀性，延长其使用寿命，还可有效增加碳纤维阳极材料的电催化活性的碳纤维复合阳极材料的制备方法。
[0004]为了实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下:
[0005]一种碳纤维复合阳极材料的制备方法，包括下述步骤:
[0006](a)制作阳极材料:分别将碳纤维复合树脂基体和导电铜梁打孔，并用铜铆钉穿过复合树脂基体和导电铜梁上的孔，将碳纤维复合树脂基体固定于导电铜梁上，然后对导电铜梁浇灌铅形成铅包铜导电梁，碳纤维复合树脂基体底部用绝缘固定底座固定；
[0007](b)对碳纤维复合树脂基体表面预处理:将步骤(a)制作的阳极材料的碳纤维复合树脂基体部分放入NaOH和Na2CO3的复合碱性除油液中30?60min，经除油后，用去离子水清洗I?3次，然后将碳纤维复合树脂基体用液相腐蚀氧化法和阳极氧化法进行表面预处理，处理完成后，用去离子水清洗I?3次；
[0008](c)碳纤维复合树脂基体表面电沉积铅或铅合金中间金属层:将步骤(b)预处理后的碳纤维复合树脂基体置于铅或铅合金复合电镀液中作为阴极，纯铅板为阳极，直流电镀，使碳纤维复合树脂基体表面电沉积一层铅或铅合金中间金属层；
[0009](d)碳纤维复合树脂基体表面电沉积活性层:将经步骤(C)处理得到的表面已电沉积铅或铅合金中间金属层的碳纤维复合树脂基体用去离子水清洗干净，作为阳极置于复合活性层电镀液中，以不锈钢作为阴极，直流电镀，使碳纤维复合树脂基体表面电沉积一层显微硬度的活性层。
[0010]本发明的步骤(a)中的碳纤维复合树脂基体为板状或棒状的碳纤维增强的树脂材料，板状碳纤维复合树脂基体厚度为3?8mm，棒状碳纤维复合树脂基体直径为10?30mmo
[0011]所述碳纤维增强的树脂材料为碳纤维增强环氧树脂、碳纤维增强乙烯基树脂、碳纤维增强不饱和聚酯树脂中的一种或几种。
[0012]所述碳纤维增强的树脂材料中添加有石墨、导电态聚苯胺、石墨烯中的一种或几种。
[0013]步骤(b)所述NaOH和.0)3的复合碱性除油液的质量浓度范围是60?100g/LNaOH 和 15 ?30g/LNa2C03。
[0014]步骤(b)所述的液相腐蚀氧化法是将碳纤维复合树脂基体置于温度20?60°C、质量百分比浓度为5%?20%圆03的水溶液中氧化5?30min ;所述阳极氧化法是指将碳纤维复合树脂基体置于电解槽中作为阳极、用石墨作为阴极进行氧化，电解槽中电解液为质量百分比5%?10%的NH4HOVK溶液，电解的电流密度为10?80A/m2、电解液温度为20?40°C、氧化时间为2?1min。
[0015]步骤(c)所述铅或铅合金复合电镀液为150?200mL/L甲基磺酸铅或0.2?lg/L甲基磺酸银与0.5g/L明胶的混合液，电镀工艺条件为将碳纤维复合树脂基体作为阴极，纯铅板为阳极，电镀的电流密度I?ΙΟΑ/m2，施镀时间为I?12h，温度为20?40°C，在碳纤维复合树脂基体表面电沉积的铅或铅合金中间金属层为铅或铅银合金，厚度为20?60 μπι。
[0016]步骤⑷所述复合活性层电镀液为β _Pb02i镀液，电镀液成分为50?200g/LPb (N03)2、0?0.5mol/LNaF和5?10g/L初始11勵3;直流电镀工艺条件为将碳纤维复合树脂基体作为阳极，不锈钢作阴极，镀液温度为40?90°C、阳极电流密度为30?70mA/cm3、电沉积时间I?3h ;在碳纤维复合树脂基体表面电沉积的显微硬度的活性层为β -PbO2S性层，其厚度2?3mm，显微硬度彡400Hvo
[0017]采用本发明得到的碳纤维复合阳极材料有效解决了碳阳极材料作为阳极时易消耗的问题，提高了使用寿命，还有效增加了碳纤维阳极材料的电催化活性。按本发明方法得到的碳纤维复合阳极材料不仅具有良好的导电性，兼具了优异的机械性能，在高氯离子环境中具有良好的抗腐蚀性能，作为阳极时可有效降低能耗。
【附图说明】
[0018]图1为本发明碳纤维复合阳极材料的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]实施例1
[0020]一种碳纤维复合阳极材料的制备方法，包括下述步骤:
[0021](a)制作阳极材料:分别将厚度为8mm的板状碳纤维复合树脂基体I和导电铜梁2打孔，并用铜铆钉5穿过复合树脂基体和导电铜梁上的孔，将碳纤维复合树脂基体固定于导电铜梁上，然后对导电铜梁浇灌铅形成铅包铜导电梁3，碳纤维复合树脂基体底部用绝缘固定底座4固定。所述碳纤维增强的树脂材料为碳纤维增强环氧树脂。碳纤维增强的树脂材料中添加有石墨和导电态聚苯胺。
[0022]碳纤维复合不同的树脂，可使碳纤维复合阳极材料能应用于多种溶液体系。通过在树脂中添加无机或有机导电粉末，不仅可以提高碳纤维复合阳极材料的导电性，还能提高基体的电化学活性。因此，碳纤维复合树脂基体具有较高的机械强度和优良的导电性能，质量轻且板型设计强。
[0023](b)对碳纤维复合树脂基体表面预处理:将步骤(a)制作的阳极材料的碳纤维复合树脂基体部分放入质量浓度80g/L的NaOH和质量浓度20g/L的他20)3的复合碱性除油液中除油60min，用去离子水清洗3次，然后将碳纤维复合树脂基体用液相腐蚀氧化法对其进行表面预处理，工艺条件为在质量百分比浓度为10% 1^03的水溶液中氧化5min，温度控制在40°C，处理完成后，用去离子水清洗3次。
[0024]碳纤维复合树脂基体，其表面光滑疏水且残留很多的油污，对后续在碳纤维复合树脂基体表面电沉积活性表面层过程中，镀层与基材之间范德华力和机械嵌合作用较弱，如果碳纤维复合树脂基体表面预处理不当会使得活性表层不均匀，结合力不好，容易剥落。活性表层的破坏，不仅会降低电极材料的电催化活性，还会使碳纤维复合树脂基体裸露，加快其腐蚀消耗过程，降低阳极的使用寿命。
[0025](c)碳纤维复合树脂基体表面电沉积铅或铅合金中间金属层:将步骤(b)预处理后的碳纤维复合树脂基体置于复合电镀液中作为阴极，纯铅板为阳极，直流电镀，使碳纤维复合树脂基体表面电沉积一层铅中间金属层；所述复合电镀液为200mL/L甲基磺酸铅与0.5g/L明胶的混合液，电镀工艺条件为将碳纤维复合树脂基体作为阴极，纯铅板为阳极，电镀的电流密度2A/m2，施镀时间为3h，温度为40 °C，得到厚度为25 μ m的铅中间金属层。
[0026]在碳纤维复合树脂基体表面电沉积一定厚度的铅或铅合金中间金属层，不仅可提高碳纤维复合阳极材料的导电性和表面抗溶液离子侵蚀腐蚀性能，还能提高碳纤维复合树脂基体与表面电沉积活性表层的结合力。
[0027](d)碳纤维复合树脂基体表面电沉积活性层:待步骤(C)中的铅或铅合金电沉积完成之后，用去离子清洗干净碳纤维复合树脂基体，将其作为阳极置于复合活性层电镀液中，以不锈钢作为阴极，直流电镀，使碳纤维复合树脂基体表面电沉积一层显微硬度的β -PbO2活性层。所述复合活性层电镀液为β -PbO 2电镀液，电镀液成分为200g/L Pb (NO3)2,0.5mol/LNaF和5g/L初始HNO3;直流电镀工艺条件为将碳纤维复合