权利要求
1.一种矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、对稳定性金属基板进行喷砂处理和酸浸处理，清洗后吹干，得到预处理后的基板;
步骤二、以步骤一中预处理后的基板作为阴极，以
铝板或铁板作为阳极，在基板表面电沉积铝层或铁层;
步骤三、采用Al-Mg-Si合金粉末作为熔覆材料，通过激光熔覆在步骤二中经电沉积后的基板表面构筑鳍片阵列;
步骤四、对步骤三中构筑的鳍片阵列进行微弧氧化处理，在鳍片表面生成多孔Al2O3陶瓷层;
步骤五、以步骤四中微弧氧化处理后的鳍片为阳极，以石墨电极为阴极进行
电化学活化，在鳍片表面形成富缺陷结构，得到矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料。
2.根据权利要求1所述的一种矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述稳定性金属基板为304不锈钢板或工业纯
镍板，采用80～100目Al2O3砂粒进行喷砂处理使基板表面粗糙度Ra达3.5μm～4.0μm。
3.根据权利要求1所述的一种矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤一中采用H2SO4与HCl的混合液进行酸浸处理，30℃～50℃恒温浸泡10min～30min。
4.根据权利要求1所述的一种矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述电沉积采用铝层电镀液或铁层电镀液，电镀液液温保持在25±2℃，脉冲电源参数为：正向电流密度10mA/cm2～20mA/cm2，占空比20%～30%，频率100Hz，沉积时间30min～60min，沉积后形成枝晶状金属层，表面粗糙度Ra>5μm。
5.根据权利要求4所述的一种矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料的制备方法，其特征在于，所述铝层电镀液的制备方法包括：在去离子水中加入硫酸铝，溶解后再加入柠檬酸钠作为络合剂，并调节pH值至3.0±0.2;铝层电镀液中硫酸铝的浓度为1.0mol/L～1.5mol/L，柠檬酸钠的浓度为0.1mol/L～0.2mol/L;所述铁层电镀液的制备方法包括：在去离子水中溶解硫酸亚铁，然后加入抗坏血酸防止Fe2+氧化，并调节pH值至4.5±0.3;铁层电镀液中硫酸亚铁的浓度为0.5mol/L～1.0mol/L。
6.根据权利要求1所述的一种矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述铝层的厚度为50μm～80μm，铁层的厚度为60μm～90μm。
7.根据权利要求1所述的一种矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤三中所述Al-Mg-Si合金粉末的粒径为15μm～45μm，激光熔覆的激光功率为1000W～1200W，扫描速度为5mm/s～8mm/s，搭接率为35%～50%，所述鳍片阵列的高度为5mm～10mm，间距为2mm～5mm。
8.根据权利要求1所述的一种矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤四中所述微弧氧化处理以鳍片阵列为阳极，不锈钢为阴极，
电解液中含有硅酸钠、磷酸钠和甘油，电解液温度20℃～25℃，施加300V～400V直流脉冲电压，调整频率300Hz～500Hz，占空比20%～30%，处理时间5min～10min，所述Al2O3陶瓷层的厚度为10μm～15μm，孔径为2μm～5μm。
9.根据权利要求8所述的一种矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料的制备方法，其特征在于，所述电解液中硅酸钠的浓度为8g/L～10g/L，磷酸钠的浓度为5g/L～6g/L，甘油的浓度为3.5mL/L～5mL/L。
10.根据权利要求1所述的一种矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤五中电化学活化的电解液为0.1mol/L的NaOH溶液，恒电流密度为10mA/cm2～50mA/cm2，电化学活化时间为10min～15min。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于电化学水处理与新能源交叉技术领域，具体涉及一种矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料的制备方法。
背景技术
[0002]矿井水作为煤矿开采伴生的废水，具有高浊度(悬浮物浓度常超5000mg/L)、高硬度(Ca2+、Mg2+总含量>300mg/L)及复杂污染物(含油类、重金属等)的特点。传统电絮凝技术采用铁、铝等可溶性阳极处理时，电极表面易被颗粒物覆盖导致钝化，金属溶解速率波动大(波动率>30%)，且纯铝/铁电极在高Cl-(>1000ppm)矿井水中腐蚀速率高，使用寿命<200小时，频繁更换导致运维成本高昂，且处理后水质仍含高浓度离子(如Cl-、SO42-)及残留胶体，无法满足电解制氢对低电导率(<0.1μS/cm)和低杂质含量的严苛要求，直接电解时会造成电极结垢(析氢活性面积衰减率>60%/100h)和膜污染(运行压差增加2～3倍)。
[0003]当前矿井水资源化利用多局限于工业回用(回用率不足30%)或简单处理后排放，未能实现高附加值转化。现有技术虽能通过沉淀、过滤降低浊度，但难以同步去除硬度离子和微量污染物，导致处理成本高(吨水成本>5元)，且净化后的矿井水仍无法直接用于电解制氢。全球电解制氢行业高度依赖高纯水(生产1kg氢气需9L水)，而我国年矿井水排放量超80亿吨，若将其转化为制氢水源可大幅降低水耗成本。当前矿井水处理与电解制氢多采用独立系统串联模式，电絮凝阶段需1.5～2.5V电压驱动可溶阳极(如铝、铁)溶解，后续电解制氢需额外2.0～2.4V电压，综合能耗>5.0kWh/m3，且两阶段能量转化效率不足40%。
[0004]电解制氢催化材料的发展面临双重矛盾。
贵金属基催化剂成本高昂且储量有限，非贵金属催化剂虽成本较低，但活性不足、寿命短，且易受矿井水中Cl-、重金属等杂质毒化。现有改进方案如核壳结构催化剂(Ru@CNT)虽能降低贵金属用量，但其规模化制备工艺复杂，抗污染能力不足，难以适配高浊度、高盐矿井水环境。
[0005]现有电极结构设计(如平板或多孔阳极)在高浊度矿井水中易堵塞(孔隙堵塞率>40%)，且缺乏对电解制氢工艺的协同优化。专利CN202210581136.0设计多孔镍基底与流场层复合结构，虽提升析氢效率至4.5Nm3/h·m2，但未集成电絮凝功能，无法同步去除污染物;专利CN202210581136.0通过WS2/乙炔黑复合提升导电性，但未优化电极几何结构，比表面积仅50～80m2/g，限制反应动力学。贵金属催化剂(如专利CN119663335A的Ru纳米颗粒、CN202210536648.5的钌/镍氧化物复合电极)在含S2-矿井水中易中毒失活，300小时后析氢过电位升高>30%。因此，亟需开发一种兼具高效电絮凝净化、抗污堵特性及电解适配性的复合阳极材料，以推动矿井水“处理-资源化”一体化技术的工业化应用。
发明内容
[0006]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料的制备方法。采用本发明制备的复合阳极材料作为阳极，选取镍Ni为阴极材料，对矿井水进行阳极处理，处理后的低浊度、低硬度矿井水可直接通入阴极电解制氢，无需额外纯化步骤。
[0007]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008]步骤一、对稳定性金属基板进行喷砂处理和酸浸处理，清洗后吹干，得到预处理后的基板;
[0009]步骤二、以步骤一中预处理后的基板作为阴极，以铝板或铁板作为阳极，在基板表面电沉积铝层或铁层;
[0010]步骤三、采用Al-Mg-Si合金粉末作为熔覆材料，通过激光熔覆在步骤二中经电沉积后的基板表面构筑鳍片阵列;
[0011]步骤四、对步骤三中构筑的鳍片阵列进行微弧氧化处理，在鳍片表面生成多孔Al2O3陶瓷层;
[0012]步骤五、以步骤四中微弧氧化处理后的鳍片为阳极，以石墨电极为阴极进行电化学活化，在鳍片表面形成富缺陷结构，得到矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料。
[0013]上述的一种矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述稳定性金属基板为304不锈钢板或工业纯镍板，采用80～100目Al2O3砂粒进行喷砂处理使基板表面粗糙度Ra达3.5μm～4.0μm。
[0014]上述的一种矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤一中采用H2SO4与HCl的混合液进行酸浸处理，30℃～50℃恒温浸泡10min～30min。
[0015]上述的一种矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述电沉积采用铝层电镀液或铁层电镀液，电镀液液温保持在25±2℃，脉冲电源参数为：正向电流密度10mA/cm2～20mA/cm2，占空比20%～30%，频率100Hz，沉积时间30min～60min，沉积后形成枝晶状金属层，表面粗糙度Ra>5μm。
[0016]上述的一种矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料的制备方法，其特征在于，所述铝层电镀液的制备方法包括：在去离子水中加入硫酸铝，溶解后再加入柠檬酸钠作为络合剂，并调节pH值至3.0±0.2;铝层电镀液中硫酸铝的浓度为1.0mol/L～1.5mol/L，柠檬酸钠的浓度为0.1mol/L～0.2mol/L;所述铁层电镀液的制备方法包括：在去离子水中溶解硫酸亚铁，然后加入抗坏血酸防止Fe2+氧化，并调节pH值至4.5±0.3;铁层电镀液中硫酸亚铁的浓度为0.5mol/L～1.0mol/L。
[0017]上述的一种矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述铝层的厚度为50μm～80μm，铁层的厚度为60μm～90μm。
[0018]上述的一种矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤三中所述Al-Mg-Si合金粉末的粒径为15μm～45μm，激光熔覆的激光功率为1000W～1200W，扫描速度为5mm/s～8mm/s，搭接率为35%～50%，所述鳍片阵列的高度为5mm～10mm，间距为2mm～5mm。
[0019]上述的一种矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤四中所述微弧氧化处理以鳍片阵列为阳极，不锈钢为阴极，电解液中含有硅酸钠、磷酸钠和甘油，电解液温度20℃～25℃，施加300V～400V直流脉冲电压，调整频率300Hz～500Hz，占空比20%～30%，处理时间5min～10min，所述Al2O3陶瓷层的厚度为10μm～15μm，孔径为2μm～5μm。
[0020]上述的一种矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料的制备方法，其特征在于，所述电解液中硅酸钠的浓度为8g/L～10g/L，磷酸钠的浓度为5g/L～6g/L，甘油的浓度为3.5mL/L～5mL/L。
[0021]上述的一种矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤五中电化学活化的电解液为0.1mol/L的NaOH溶液，恒电流密度为10mA/cm2～50mA/cm2，电化学活化时间为10min～15min。
[0022]本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0023]1、本发明以稳定性金属基板为基底，优选304不锈钢或工业纯镍板，可提供高强度支撑，耐受高浊度矿井水的机械冲刷与腐蚀性离子(如Cl-)的侵蚀。以Al或Fe为可溶性金属层，通过电化学溶解持续释放金属离子(Al3+/Fe2+)，高效生成电絮凝所需的氢氧化物胶体。复合阳极材料结构中的鳍片阵列使电极的比表面积提升4.2～5.8倍，增强传质效率与抗堵塞能力。微弧氧化生成的多孔Al2O3陶瓷层，兼具离子导通与物理屏蔽功能，可抑制电极的钝化与腐蚀。
[0024]2、本发明通过脉冲电沉积调控可溶性金属层的枝晶结构，结合微弧氧化层的选择性屏蔽，使金属离子释放速率稳定在15～20mg/(cm2·h)，避免传统电极的“过度溶解-钝化”循环。
[0025]3、本发明采用Al-Mg-Si合金粉末作为熔覆材料构筑鳍片阵列，Al-Mg-Si合金熔覆层在Cl-=1500mg/L环境中的腐蚀速率仅0.02mm/a，为纯铝的1/7;再通过微弧氧化处理鳍片，形成的微弧氧化层使电极在酸性矿井水(pH=2.5～3.5)中寿命显著增加，远超传统铝、铁阳极。
[0026]4、本发明通过电化学活化处理，使电极表面氧空位浓度提升大于30%，析氧过电位降至320mV@10mA/cm2，降低电解能耗。
[0027]5、采用本发明的复合阳极材料作为阳极，选取镍为阴极材料，对矿井水进行阳极处理，处理后的低浊度、低硬度矿井水可直接通入阴极电解制氢，无需额外纯化步骤。
[0028]下面通过实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
附图说明
[0029]图1为矿井水的电解处理耦合制氢系统。
具体实施方式
[0030]实施例1
[0031]步骤一、选取厚度为2.0mm的304不锈钢板，切割成200×100mm规格，使用80目Al2O3砂粒，在压力0.4MPa、喷距150mm条件下进行喷砂处理，使表面粗糙度Ra达到3.5μm;将基板浸入体积比为3:1的20%H2SO4与5%HCl的混合液中，在40℃恒温浸泡10min，取出后用去离子水在40kHz频率下超声清洗15min，最后用氮气吹干，得到预处理后的基板;
[0032]步骤二、以步骤一中预处理后的304不锈钢板为阴极，铝板为阳极，连接直流稳压电源，将电极浸入铝层电镀液，保持电镀液液温25℃，调节脉冲电源参数，正向电流密度15mA/cm2，占空比30%，频率100Hz，沉积时间30min，形成厚度50μm的枝晶状铝层，表面粗糙度Ra>5μm;所述铝层电镀液的配置方法为：在去离子水中加入硫酸铝(Al2(SO4)3·18H2O)至浓度1.2mol/L，添加0.1mol/L柠檬酸钠作为络合剂，调节pH值至3.0;
[0033]步骤三、采用粒径15μm～45μm的Al-Mg-Si合金粉末作为熔覆材料，通过激光熔覆在步骤二中经电沉积后的基板表面构筑高度5mm、间距2mm的鳍片阵列，激光功率1200W，扫描速度8mm/s，搭接率40%;
[0034]步骤四、以步骤三中构筑的鳍片阵列为阳极，不锈钢为阴极，置于温度20℃的电解液中，施加400V直流脉冲电压，频率500Hz，占空比20%，处理时间5min，在鳍片表面生成厚度10μm，孔径2μm的多孔Al2O3陶瓷层;所述电解液为去离子水中加入硅酸钠10g/L、磷酸钠6g/L、甘油5mL/L;
[0035]步骤五、以步骤四中微弧氧化处理后的鳍片为阳极，以石墨电极为阴极，浸入0.1mol/L的NaOH溶液，施加恒电流密度10mA/cm2，电化学活化10min，在鳍片表面形成富缺陷结构，得到矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料。
[0036]实施例2
[0037]步骤一、选取厚度为2.0mm的工业纯镍板，切割成200×100mm规格;使用80目Al2O3砂粒，在压力0.4MPa、喷距150mm条件下进行喷砂处理，使表面粗糙度Ra达到3.6μm;将基板浸入体积比为3:1的20%H2SO4与5%HCl的混合液中，在30℃恒温浸泡30min，取出后用去离子水在40kHz频率下超声清洗15min，最后用氮气吹干，得到预处理后的基板;
[0038]步骤二、以步骤一中预处理后的工业纯镍板为阴极，铁板为阳极，连接直流稳压电源，将电极浸入铁层电镀液，保持电镀液液温25℃，调节脉冲电源参数，正向电流密度10mA/cm2，占空比20%，频率100Hz，沉积时间40min，形成厚度70μm的枝晶状铁层，表面粗糙度Ra>5μm;所述铁层电镀液的配置方法为：在去离子水中溶解硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)至浓度0.8mol/L，加入0.05wt%抗坏血酸，调节pH值至4.5;
[0039]步骤三、采用粒径15μm～45μm的Al-Mg-Si合金粉末作为熔覆材料，通过激光熔覆在步骤二中经电沉积后的基板表面构筑高度6mm、间距3mm的鳍片阵列，激光功率1100W，扫描速度6mm/s，搭接率35%;
[0040]步骤四、以步骤三中构筑的鳍片阵列为阳极，不锈钢为阴极，置于温度22℃的电解液中，施加350V直流脉冲电压，频率400Hz，占空比25%，处理时间6min，在鳍片表面生成厚度11μm，孔径3μm的多孔Al2O3陶瓷层;所述电解液为去离子水中加入硅酸钠9g/L、磷酸钠5.5g/L、甘油4mL/L;
[0041]步骤五、以步骤四中微弧氧化处理后的鳍片为阳极，以石墨电极为阴极，浸入0.1mol/L的NaOH溶液，施加恒电流密度20mA/cm2，电化学活化11min，在鳍片表面形成富缺陷结构，得到矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料。
[0042]实施例3
[0043]步骤一、选取厚度为2.0mm的304不锈钢板，切割成200×100mm规格;使用100目Al2O3砂粒，在压力0.4MPa、喷距150mm条件下进行喷砂处理，使表面粗糙度Ra达到4.0μm;将基板浸入体积比为3:1的20%H2SO4与5%HCl的混合液中，在50℃恒温浸泡15min，取出后用去离子水在40kHz频率下超声清洗15min，最后用氮气吹干，得到预处理后的基板;
[0044]步骤二、以步骤一中预处理后的304不锈钢板为阴极，铝板为阳极，连接直流稳压电源，将电极浸入铝层电镀液，保持电镀液液温25℃，调节脉冲电源参数，正向电流密度20mA/cm2，占空比25%，频率100Hz，沉积时间60min，形成厚度80μm的枝晶状铝层，表面粗糙度Ra>5μm;所述铝层电镀液的配置方法为：在去离子水中加入硫酸铝(Al2(SO4)3·18H2O)至浓度1.0mol/L，添加0.15mol/L柠檬酸钠作为络合剂，调节pH值至2.8;
[0045]步骤三、采用粒径15μm～45μm的Al-Mg-Si合金粉末作为熔覆材料，通过激光熔覆在步骤二中经电沉积后的基板表面构筑高度7mm、间距4mm的鳍片阵列，激光功率1200W，扫描速度8mm/s，搭接率40%;
[0046]步骤四、以步骤三中构筑的鳍片阵列为阳极，不锈钢为阴极，置于温度23℃的电解液中，施加400V直流脉冲电压，频率500Hz，占空比20%，处理时间7min，在鳍片表面生成厚度12μm，孔径4μm的多孔Al2O3陶瓷层;所述电解液为去离子水中加入硅酸钠10g/L、磷酸钠6g/L、甘油5mL/L;
[0047]步骤五、以步骤四中微弧氧化处理后的鳍片为阳极，以石墨电极为阴极，浸入0.1mol/L的NaOH溶液，施加恒电流密度30mA/cm2，电化学活化12min，在鳍片表面形成富缺陷结构，得到矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料。
[0048]实施例4
[0049]步骤一、选取厚度为2.0mm的工业纯镍板，切割成200×100mm规格;使用80目Al2O3砂粒，在压力0.4MPa、喷距150mm条件下进行喷砂处理，使表面粗糙度Ra达到3.8μm;将基板浸入体积比为3:1的20%H2SO4与5%HCl混合液中，在40℃恒温浸泡10min，取出后用去离子水在40kHz频率下超声清洗15min，最后用氮气吹干，得到预处理后的基板;
[0050]步骤二、以步骤一中预处理后的工业纯镍板为阴极，铁板为阳极，连接直流稳压电源，将电极浸入铁层电镀液，保持电镀液液温23℃，调节脉冲电源参数，正向电流密度15mA/cm2，占空比30%，频率100Hz，沉积时间60min，形成厚度90μm的枝晶状铁层，表面粗糙度Ra>5μm;所述铁层电镀液的配置方法为：在去离子水中溶解硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)至浓度0.5mol/L，加入0.05wt%抗坏血酸，调节pH值至4.8;
[0051]步骤三、采用粒径15μm～45μm的Al-Mg-Si合金粉末作为熔覆材料，通过激光熔覆在步骤二中经电沉积后的基板表面构筑高度8mm、间距5mm的鳍片阵列，激光功率1200W，扫描速度8mm/s，搭接率40%;
[0052]步骤四、以步骤三中构筑的鳍片阵列为阳极，不锈钢为阴极，置于温度24℃的电解液中，施加400V直流脉冲电压，频率500Hz，占空比20%，处理时间8min，在鳍片表面生成厚度13μm，孔径5μm的多孔Al2O3陶瓷层;所述电解液为去离子水中加入硅酸钠10g/L、磷酸钠6g/L、甘油5mL/L;
[0053]步骤五、以步骤四中微弧氧化处理后的鳍片为阳极，以石墨电极为阴极，浸入0.1mol/L的NaOH溶液，施加恒电流密度40mA/cm2，电化学活化13min，在鳍片表面形成富缺陷结构，得到矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料。
[0054]实施例5
[0055]步骤一、选取厚度为2.0mm的304不锈钢板，切割成200×100mm规格;使用80目Al2O3砂粒，在压力0.4MPa、喷距150mm条件下进行喷砂处理，使表面粗糙度Ra达到3.9μm;将基板浸入体积比为3:1的20%H2SO4与5%HCl混合液中，在40℃恒温浸泡10min，取出后用去离子水在40kHz频率下超声清洗15min，最后用氮气吹干，得到预处理后的基板;
[0056]步骤二、以步骤一中预处理后的304不锈钢板为阴极，铝板为阳极，连接直流稳压电源，将电极浸入铝层电镀液，保持电镀液液温25℃，调节脉冲电源参数，正向电流密度15mA/cm2，占空比30%，频率100Hz，沉积时间35min，形成厚度60μm的枝晶状铝层，表面粗糙度Ra>5μm;所述铝层电镀液的配置方法为：在去离子水中加入硫酸铝(Al2(SO4)3·18H2O)至浓度1.5mol/L，添加0.2mol/L柠檬酸钠作为络合剂，调节pH值至3.2;
[0057]步骤三、采用粒径15μm～45μm的Al-Mg-Si合金粉末作为熔覆材料，通过激光熔覆在步骤二中经电沉积后的基板表面构筑高度5.5mm、间距2.5mm的鳍片阵列，激光功率1200W，扫描速度8mm/s，搭接率40%;
[0058]步骤四、以步骤三中构筑的鳍片阵列为阳极，不锈钢为阴极，置于温度21℃的电解液中，施加400V直流脉冲电压，频率500Hz，占空比20%，处理时间5.5min，在鳍片表面生成厚度10.5μm，孔径2.5μm的多孔Al2O3陶瓷层;所述电解液为去离子水中加入硅酸钠10g/L、磷酸钠6g/L、甘油5mL/L;
[0059]步骤五、以步骤四中微弧氧化处理后的鳍片为阳极，以石墨电极为阴极，浸入0.1mol/L的NaOH溶液，施加恒电流密度15mA/cm2，电化学活化10.5min，在鳍片表面形成富缺陷结构，得到矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料。
[0060]实施例6
[0061]步骤一、选取厚度为2.0mm的工业纯镍板，切割成200×100mm规格;使用80目Al2O3砂粒，在压力0.4MPa、喷距150mm条件下进行喷砂处理，使表面粗糙度Ra达到4.0μm;将基板浸入体积比为3:1的20%H2SO4与5%HCl混合液中，在40℃恒温浸泡10min，取出后用去离子水在40kHz频率下超声清洗15min，最后用氮气吹干，得到预处理后的基板;
[0062]步骤二、以步骤一中预处理后的工业纯镍板为阴极，铁板为阳极，连接直流稳压电源，将电极浸入铁层电镀液，保持电镀液液温25℃，调节脉冲电源参数，正向电流密度15mA/cm2，占空比30%，频率100Hz，沉积时间45min，形成厚度80μm的枝晶状铁层，表面粗糙度Ra>5μm;所述铁层电镀液的配置方法为：在去离子水中溶解硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)至浓度1.0mol/L，加入0.05wt%抗坏血酸，调节pH值至4.2;
[0063]步骤三、采用粒径15μm～45μm的Al-Mg-Si合金粉末作为熔覆材料，通过激光熔覆在步骤二中经电沉积后的基板表面构筑高度10mm、间距5mm的鳍片阵列，激光功率1000W，扫描速度5mm/s，搭接率50%;
[0064]步骤四、以步骤三中构筑的鳍片阵列为阳极，不锈钢为阴极，置于温度25℃的电解液中，施加300V直流脉冲电压，频率300Hz，占空比30%，处理时间10min，在鳍片表面生成厚度15μm，孔径5μm的多孔Al2O3陶瓷层;所述电解液为去离子水中加入硅酸钠8g/L、磷酸钠5g/L、甘油3.5mL/L;
[0065]步骤五、以步骤四中微弧氧化处理后的鳍片为阳极，以石墨电极为阴极，浸入0.1mol/L的NaOH溶液，施加恒电流密度50mA/cm2，电化学活化15min，在鳍片表面形成富缺陷结构，得到矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料。
[0066]实施例7
[0067]步骤一、选取厚度为2.0mm的工业纯镍板，切割成200×100mm规格;使用80目Al2O3砂粒，在压力0.4MPa、喷距150mm条件下进行喷砂处理，使表面粗糙度Ra达到3.7μm;将基板浸入体积比为3:1的20%H2SO4与5%HCl混合液中，在40℃恒温浸泡10min，取出后用去离子水在40kHz频率下超声清洗15min，最后用氮气吹干，得到预处理后的基板;
[0068]步骤二、以步骤一中预处理后的工业纯镍板为阴极，铁板为阳极，连接直流稳压电源，将电极浸入铁层电镀液，保持电镀液液温27℃，调节脉冲电源参数，正向电流密度15mA/cm2，占空比30%，频率100Hz，沉积时间32min，形成厚度60μm的枝晶状铁层，表面粗糙度Ra>5μm;所述铁层电镀液的配置方法为：在去离子水中溶解硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)至浓度0.8mol/L，加入0.05wt%抗坏血酸，调节pH值至4.5;
[0069]步骤三、采用粒径15μm～45μm的Al-Mg-Si合金粉末作为熔覆材料，通过激光熔覆在步骤二中经电沉积后的基板表面构筑高度5.2mm、间距2.2mm的鳍片阵列，激光功率1200W，扫描速度8mm/s，搭接率40%;
[0070]步骤四、以步骤三中构筑的鳍片阵列为阳极，不锈钢为阴极，置于温度20℃的电解液中，施加400V直流脉冲电压，频率500Hz，占空比20%，处理时间5.2min，在鳍片表面生成厚度10.2μm，孔径2.2μm的多孔Al2O3陶瓷层;所述电解液为去离子水中加入硅酸钠10g/L、磷酸钠6g/L、甘油5mL/L;
[0071]步骤五、以步骤四中微弧氧化处理后的鳍片为阳极，以石墨电极为阴极，浸入0.1mol/L的NaOH溶液，施加恒电流密度12mA/cm2，电化学活化10.2min，在鳍片表面形成富缺陷结构，得到矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料。
[0072]应用评测：
[0073]将上述实施例制备的复合阳极材料分别作为阳极，选取镍Ni为阴极材料，置入如图1所示的矿井水的电解处理耦合制氢系统的电解槽中。矿井水经初步过滤去除较大颗粒杂质后注入电解槽中，接通直流电源，设定电解参数进行反应，各实施例所制复合阳极材料的使用效果列于表1，复合阳极材料与传统阳极(取2.0mm厚铁板，切割成200×100mm，通过砂纸打磨并酸洗去除氧化层后超声清洗制成)的应用效果对比结果列于表2。
[0074]表1实施例所制复合阳极材料的使用效果表
[0075]
[0076]表2复合阳极材料与传统阳极的应用效果对比例
[0077]
[0078]从对比例数据可见，复合阳极材料通过独特的结构设计和材料组合，在矿井水电解絮凝处理及制氢方面显著优于传统铁板阳极，有效提升了处理效率、降低成本并延长了电极使用寿命。
[0079]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
说明书附图(1)
声明：
“矿井水电絮凝处理联合电解制氢用复合阳极材料的制备方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：西安科技大学
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