直接电解海水防污用阳极的制备及性能研究

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本文从组元掺杂、制备工艺等方面研究各因素对电极性能的影响,研制出一种适合海水电解防污用四元金属氧化物电极。探讨了涂层失效机理,研究了电极电解海水析氯效率以及Mn2+阳极沉积对电极析氯性能的影响。掺杂Ir、Sn组元的研究结果表明:对于RuTi/Ti电极,热氧化温度为440℃、涂层组成为Ru∶Ti=3∶7(摩尔比)时,电极析氯电位最低、极化率最小。但析氧电位低、催化选择性差,强化寿命短。掺杂Ir之后,析氯电位降低,氯氧电位差增大。强化寿命随着Ir含量的增大而增长。SEM点元素分析和电子探针面分析中都观察到涂层中铱元素的偏析现象。在Ru30Ir10Ti60/Ti电极的基础上掺杂Sn后,电极的强化寿命明显增长。但析氯电位、析氧电位有所升高。TGA和DTA测试表明:选择的涂液烘干和热氧化温度、时间比较合适。制备工艺条件,如热氧化温度、涂液浓度、涂层结构、钛基体处理等的研究结果表明:不同组成的电极有着各自不同的热氧化温度。Ru15Ir15Ti70/Ti电极在热氧化温度为440℃时,具有低的析氯电位、长的强化寿命。涂刷次数一定,涂液浓度与涂敷量成正比,强化寿命随着涂液浓度的增大、涂敷量的增加而增长。但单位质量涂层的强化寿命并不与涂敷量成正比,涂液浓度为0.79mol/L时,单位质量涂层的强化寿命最长。由涂层结构研究知:中间层IrO2的加入有助于提高电极的强化寿命。电极的催化性能主要受涂层表面层影响,而涂层表层结构受内部结构影响较大。采用电化学造孔和酸蚀相结合的方法处理钛基体,制备多孔电极。结果表明:造孔使钛基体真实表面增大,单位面积的涂敷量增加,电极寿命增长,析氯电位降低。采用交流阻抗技术分析电极微观组织结构与电极性能之间的关系。由电极结构和电极上氯气析出过程分析,得出:可以采用LR(QR)(QR)等效电路来模拟电极的阻抗谱。模拟结果表明:掺杂Ir元素,电极的膜电阻、反应电阻都降低。掺杂Sn元素之后,电极的膜电阻、反应电阻有所升高;热氧化温度升高,电极膜电阻升高、反应电阻降低。海水电解析氯实验结果表明:Sn元素的加入能够提高电极的析氯效率。其中,Ru30Ir(10)Sn50Ti10/Ti电极的析氯效率最高,为84.7%:海水浓度降低,电极析氯效率降低:Mn2+阳极沉积与电流密度和沉积温度有很大关系,升高温度有利于Mn2+的阳极沉积。电极表面沉积一层MnO2后,电极的析氯性能大大降低。
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