本文關(guān)鍵詞： 鉻 電還原 電氧化 超疏水 多孔金屬　出處：《中國科學院大學(中國科學院青海鹽湖研究所)》2017年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：傳統(tǒng)鉻鹽生產(chǎn)工藝的污染問題突出,給周圍環(huán)境帶來嚴重影響。采用電化學法生產(chǎn)鉻系產(chǎn)品,具有環(huán)境污染小、工藝流程簡單可控的優(yōu)點,但相關(guān)電化學反應(yīng)機理仍然不明確,亟待研究。將循環(huán)伏安法(CV)、交流阻抗譜(EIS)和線性極化曲線(LSV)等電化學測試方法和掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜(EDS)、X射線衍射(XRD)和X射線光電子能譜(XPS)等表征方法相結(jié)合,研究了水溶液體系中Cr(Ⅵ)的電還原過程和Cr(0)的電氧化過程。同時,將鉻的電氧化還原特性應(yīng)用到鉻系新材料的制備過程中,采用電沉積法在金屬鐵和金屬銅基底表面制備出具有微納結(jié)構(gòu)的Cr_2O_3膜層,經(jīng)硬脂酸修飾后,材料表面呈現(xiàn)出優(yōu)秀的超疏水和防腐性能。在抗壞血酸和硫酸混合水溶液中使用方波電位蝕刻法對金屬鉻表面進行蝕刻,得到形貌良好的多孔金屬鉻產(chǎn)品。主要研究工作如下:(1)硫酸、鉻酸水溶液體系中Cr(Ⅵ)電還原過程,主要研究了硫酸濃度、鉻酸濃度、電極轉(zhuǎn)速和Cr3+濃度對陰極表面狀態(tài)以及Cr(Ⅵ)電還原過程的影響。結(jié)果表明,硫酸抑制了陰極表面Cr_2O_3沉積層的生成,同時促使溶液中Cr3+生成;不同鉻酸濃度下,陰極表面狀態(tài)差異很大,包括吸附層的形成和電活性物質(zhì)的聚集;提高電極轉(zhuǎn)速可降低陰極表面吸附層電阻,有利于Cr(Ⅵ)電還原反應(yīng)的發(fā)生;增加Cr3+濃度會使陰極表面的電荷傳遞電阻增大。(2)以金屬鉻為研究電極,探索了Cr(0)在氯化鈉、硫酸鈉、氫氧化鈉、氨水、硫酸和抗壞血酸水溶液體系中的電氧化過程。結(jié)果表明,Cr(0)容易在氫氧化鈉水溶液中發(fā)生電氧化反應(yīng),生成Cr(OH)3和Cr(Ⅵ),當電極電位足夠正時,Cr(OH)3進一步氧化生成Cr(Ⅵ);Cr(0)在硫酸水溶液中會發(fā)生表面鈍化,鈍化層保護金屬鉻表面不受氧化。當電極電勢較高時,鈍化層氧化溶解,從Cr(0)到Cr(Ⅵ)的電氧化反應(yīng)開始進行;此外,Cr(0)可在氯化鈉、硫酸鈉和較高濃度的氨水水溶液中發(fā)生電氧化,難在低濃度氨水水溶液和抗壞血酸水溶液中發(fā)生電氧化。在高電極電勢下,抗壞血酸水溶液中金屬鉻陽極表面會有膜層出現(xiàn)。(3)在1 mol·L-1鉻酸水溶液中,以金屬鐵基底為研究電極,在其表面上電沉積出具有微納結(jié)構(gòu)的Cr_2O_3膜層,采用硬脂酸進行修飾,制備出具有超疏水特性的材料表面。表征結(jié)果顯示,該超疏水表面的靜態(tài)接觸角為158.8°,滾動角為2.1°,腐蝕防護效率為99.94%。以金屬銅基底為研究電極,在電解液中添加0.05 g·L-1硝酸鈉,槽電壓從6.1 V降至4.0 V,電沉積得到比表面積更大的Cr_2O_3膜層,經(jīng)硬脂酸修飾后所得超疏水表面的靜態(tài)接觸角為165.4°,滾動角為1.8°,腐蝕保護效率達到99.9989%。(4)研究了一種多孔金屬鉻的制備方法。在硫酸和抗壞血酸混合水溶液中,采用脈沖蝕刻法對金屬鉻表面進行電化學蝕刻。由于抗壞血酸可以在金屬鉻部分晶面上吸附形成保護膜層,蝕刻后的金屬鉻表面呈現(xiàn)良好的多孔形貌。
[Abstract]:The pollution problem of the traditional chromium salt production process is prominent, which brings serious impact to the surrounding environment. The use of electrochemical method to produce chromium series products has the advantages of small environmental pollution and simple and controllable technological process. However, the mechanism of electrochemical reaction is still unclear, and need to be studied urgently. Cyclic voltammetry (CV). Electrochemical measurement methods such as EIS) and linear polarization curve (LSVV) and scanning electron microscopy (SEM). The electroreduction process of Cr (鈪，

本文編號：1477642