金屬錳是一種重要的工業(yè)生產(chǎn)原料,被廣泛應(yīng)用于冶金、化工、航天、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。采用電解法生產(chǎn)金屬錳時,其直流電耗為5600～7000 kW·h/t,電流效率為65～70%,存在高能耗、低電效的問題。陽極作為電解錳生產(chǎn)中的重要設(shè)備,其性能優(yōu)劣會對生產(chǎn)能耗以及陰極產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。電解錳生產(chǎn)過程中,陽極會發(fā)生析氧反應(yīng),析氧反應(yīng)產(chǎn)生的過電位會增高直流電耗,因此,研發(fā)一種高性能、低成本的析氧陽極材料對電解錳行業(yè)的節(jié)能降耗具有十分重要的意義。本研究針對傳統(tǒng)Ti/IrO2陽極存在的制備成本高和析氧催化性能有待改善的問題,向Ti/IrO2陽極涂層中分別摻入了釕、硅和鋯,制備成了二元以及三元氧化物涂層陽極。采用XRD、XPS、FESEM、LSV、CV、EIS等物相分析和電化學(xué)分析方法對釕、硅和鋯摻入對氧化物涂層物相組成、微觀結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響進(jìn)行了研究,闡釋了釕、硅和鋯摻入對陽極涂層的改性機(jī)制,探析了制備條件、涂層性質(zhì)和陽極析氧催化性能三者的相互影響關(guān)系,明晰了陽極在硫酸體系中使用時的失效機(jī)理。針對電解錳能耗高的問題,以制備的新型Ti基析氧陽極材料替代傳統(tǒng)的電解錳用Pb合金陽極材料,在陰離子交換膜... 

【文章來源】：北京科技大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：170 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖２－２Ｒｕ０２和ｌｒ〇２的析氧催化反應(yīng)機(jī)理（ａ－Ｒｕ〇２；?ｂ－ｌｒ０２）??在使用過程中發(fā)現(xiàn)，Ｒｕ〇２的析氧催化活性要優(yōu)于Ｉｒ〇２［３５，圳，但Ｒｕ〇２在硫酸??，Ｉ３７，３８］

體與氧化物涂層之間加入一層??中間層，也可有效的改善陽極的催化活性以及穩(wěn)定性。Ｍｏｈａｍｍａｄ等Ｍ采用??電化學(xué)氧化的方法，在Ｔｉ基體與Ｉｒ０２－Ｒｕ０２－Ｔａ２０５三元氧化物涂層之間加入??了?Ｔｉ納米管結(jié)構(gòu)的中間層，制備了?Ｔｉ／Ｔｉ〇２ＮＴｓ／Ｉｒ０２－Ｒｕ〇２－Ｔａ２〇５陽極，研究??結(jié)果表明，Ｔｉ納米管中間層的加入有效的延長了陽極的使用壽命。Ｗｕ等??采用電沉積的方法在Ｔｉ基體與Ｉｒ０２涂層之間制備了一層ｅ－Ｓｉ０２中間層，并對??中間層制備工藝參數(shù)進(jìn)行了研宄，其制備流程如圖２－３所示：??廣１??Ｐｔ?ｏｒ?ｇｒａｐｈｉｔｅ?ｐｌａｔｅ?Ｔｉ?ｓｕｂｓｔｒａｔｅ??圖２－３?Ｔｉ／ｅ－Ｓｉ０２／丨ｒ〇２陽極制備流程??研宄結(jié)果表明，在體積比為１：１的乙醇－ＫＮ〇３電解液中加入硅酸四乙酯??（ＴＥＯＳ），以－１．９?Ｖ的電位沉積２００秒所得的ｅ－Ｓｉ０２中間層最適合陽極的制??備，ｅ－Ｓｉ０２中間層的加入促進(jìn)了?Ｉｒ０２晶體的析出，提高了陽極的析氧催化活??性表面積，與傳統(tǒng)Ｔｉ／Ｉｒ０２陽極相比，制得的Ｔｉ／ｅ－Ｓｉ０２／Ｉｒ０２陽極具有更好的析??氧催化活性與使用壽命。廖永蘭［４７］采用熱分解的方法在Ｔｉ基底與Ｉｒ０２－Ｔａ２０５??二元氧化物涂層之間制備了?Ｓｎ０２－Ｓｂ２０５中間層，錫銻中間層的引入抑制了電??解過程中Ｔｉ０２絕緣層的生成，降低了涂層電阻，增強(qiáng)了氧化物涂層與基體的??結(jié)合力，起到了延長陽極使用壽命的效果，制備的Ｔｉ／Ｓｎ０２－Ｓｂ２０５／Ｉｒ０２－Ｔａ２０５??陽極的使用壽命為傳統(tǒng)Ｔｉ／Ｉｒ０２－Ｔａ２０５陽極使用壽命的２倍，此外，錫銻中間??層的引用也改善了陽極的析氧催化活性，降低了析

ｓ、??３０?ｍＶ／ｓ、４０?ｍＶ／ｓ、５０?ｍＶ／ｓ、６０?ｍＶ／ｓ、７０?ｍＶ／ｓ、８０?ｍＶ／ｓ、９０?ｍＶ／ｓ?和?１００?ｍＶ／ｓ。??交流阻抗測試法通過控制研究電極的電位按小幅度正弦波變化，同時測??量極化電流的變化，通過測定的電位振幅、電流振幅和相位，可求出電極的??交流阻抗，從而用于研究電極的電化學(xué)性能以及各種動力學(xué)參數(shù)。實驗過程??中根據(jù)陽極涂層性能的不同采用不同電位獲得了陽極的阻抗數(shù)據(jù)，施加的電??位擾動為５?ｍＶ。??ｋｍ?ｒ??■?ｍＭＭ??■Ｓｋｉ??圖３－１陽極加速壽命實驗示意圖??Ｔｉ基氧化物涂層陽極使用壽命較長，一般可達(dá)數(shù)年，在正常使用條件下??對陽極的使用壽命進(jìn)行研究會花費(fèi)大量的時間。由于陽極的使用壽命與使用??時的電流密度成反比，基于此，可在高電流密度的條件下對陽極壽命進(jìn)行研??究，以簡化研究過程。圖３－１所示為Ｔｉ基氧化物涂層陽極加速壽命實驗，加??速壽命實驗的實驗條件為：Ｔｉ基氧化物涂層電極為陽極，石墨為陰極，陽極??電流密度為２?Ａ／ｃｍ２，電解液為０．５?ｍｏｌ／Ｌ的硫酸溶液，當(dāng)電解過程中檢測到??的電壓高于１０?Ｖ時，則認(rèn)定陽極失效。??－２５－??

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本文編號：3279473