發(fā)布時間：2020-04-06 17:11

【摘要】：我國是最大的金屬錳生產(chǎn)國,工業(yè)上,電解錳通過恒流條件下電解硫酸錳水溶液制備金屬錳,其Mn2+濃度達到了飽和。此外,電解錳過程具有流動性和開放性,電流密度高達400A/cm2,且伴隨有離子濃度高、電流密度大、電極電位遠遠偏離平衡電極電位等特點,是典型的遠離平衡態(tài)體系,蘊含著豐富的非線性機制。我們前期研究發(fā)現(xiàn),工業(yè)電解錳過程中存在著大量的非線性行為,陽極出現(xiàn)電化學(xué)振蕩現(xiàn)象,陰極出現(xiàn)枝晶的分形生長,這些非線性現(xiàn)象,會引起電解能耗的額外變化。因此,電解錳陽極的非線性動力學(xué)行為研究,可以為尋找電解錳節(jié)能減排新方法提供一條有效的道路。本文采用水熱合成氧化錳催化電流振蕩,對氧化錳的結(jié)構(gòu)及外界因素進行研究,催化氧化水的分解,探索氧化錳催化電流振蕩的機制�；瘜W(xué)合成氧化錳替代原位生長的氧化錳,有望在大電流電解下為提高電流效率提供更多的可能。具體研究內(nèi)容如下:①本論文通過水熱合成方法合成不同結(jié)構(gòu)的氧化錳,制備出不同化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)的Pt/Mn OX復(fù)合電極,用循環(huán)伏安法及電流時間曲線等研究電解錳陽極的電流振蕩現(xiàn)象,實驗中大大縮短了電流振蕩的誘導(dǎo)期。通過XRD與SEM表征可知,δ-Mn O2片狀結(jié)構(gòu)及低價錳離子是形成電解錳振蕩的關(guān)鍵因素,δ-Mn O2催化了電化學(xué)振蕩的產(chǎn)生。②Mn(II)濃度實驗及p H研究表明,在陽極上負載δ-Mn O2能夠催化電化學(xué)振蕩的產(chǎn)生,信號的維持僅需電解質(zhì)的存在及p H值在酸性或者中性環(huán)境下。事實上,通過在陽極上負載適當(dāng)?shù)难趸i可以避免Mn(II)等低價組分的氧化,提高水氧化的選擇性。對Pt/Mn OX復(fù)合電極作為陽極出現(xiàn)的電流振蕩進行功耗分析表明,從開始出現(xiàn)電流振蕩到電流振蕩最大振幅處的PAC/Paver均高達40%,其平均值在40%及以上。③動力學(xué)分析表明,覆壓Mn OX層中的Mn O2+濃度和Mn OH2+濃度隨著時間呈現(xiàn)周期性的變化,導(dǎo)致了H2O2濃度和電流呈現(xiàn)周期性的變化。得出電流振蕩的頻率fPCO=K[H+]0.5。同時進行了溫度的相關(guān)實驗,驗證了機理的合理性。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TF792

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