氯碱工业活性阴极的研究

摘要

氯碱工业是耗能大户，随着能源的日趋紧张，如何降低能耗、提高企业效益已成为一个重要课题。目前氯碱工业已广泛采用DSA阳极，析氯过电位大幅下降，因而降低阴极高析氢过电位已成为氯碱工业节能降耗、提高经济效益的关键。
　　本论文以氯碱工业用活性阴极为研究对象，研究了一种氯碱工业用活性阴极的制备方法，即以工业用Ni网为基底，通过热分解法制备含有中间层和活化层的Ni基高活性阴极。主要研究内容和结论如下：
　　①制备Ni/PdO/RuO2-Pt活性阴极，并通过单因素实验研究制备条件对其析氢性能的影响；然后确定热分解法制备Ni/PdO/RuO2-Pt高活性阴极的最佳工艺条件。
　　②M-EDS和XRD表征活性阴极表面结构，结果显示Ni/PdO/RuO2Pt活性阴极表面呈蜂窝状，主要元素存在形式分别为PdO和RuO2；Ni/PdO/RuO2-CeO2Pt活性阴极表面呈蜂窝状，主要元素存在形式分别为PdO、RuO2和CeO2，其中RuO2和CeO2均以金红石相存在。
　　③在此基础上，研究稀土元素Ce掺杂量对活性阴极性能的影响。
　　④使用SE使用极化曲线测定活性阴极析氢性能，结果显示在模拟工业条件下，Ni/PdO/RuO2-Pt活性阴极和Ni/PdO/RuO2-CeO2-Pt活性阴极比纯Ni网电极析氢过电位分别降低约550mV和510mV。
　　⑤利用电流时间曲线测试表明Ni/PdO/RuO2-Pt活性阴极和Ni/PdO/RuO2-CeO2-Pt活性阴极表面粗糙度比纯Ni网电极分别增大约30倍和25倍，这是析氢性能提高的另一主要原因。
　　⑥通过实验考察氯化钴、硫酸镍和镀液温度对制备电极活性的影响，低过电位（η=200mV）时，氯化钴和镀液温度对制备电极的活性影响显著而硫酸镍对电极活性没有显著性影响；在高过电位（η=800mV）时，氯化钴、镀液温度和硫酸镍对电极活性有显著性影响。在低过电位（η=200mV）时，电极制备较优条件为氯化钴10g/L，硫酸镍50g/L，镀液温度30℃；在高过电位（η=800mV）时电极制备较优条件为氯化钴2g/L，硫酸镍100g/L，镀液温度40℃。

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1 绪 论

1.1 引言

1.2 电极过程

1.3 电极材料的分类与要求

1.4 阳极研究的现状

1.5 活性阴极研究现状

1.6 活性阴极的制备方法

1.7 镍基活性阴极析氢机理

1.8 研究目的及内容

2 实验方法和装置

2.1 热分解法制备复合型阴极

2.2 Ni-Co复合活性阴极制备

2.3 电极的表征

2.4 电化学测试

3 复合活性阴极实验结果与讨论

3.1 活性阴极制备条件对活性电极析氢行为的影响

3.2 活性阴极最佳工艺条件的优化

3.3 复合活性阴极表面形貌、结构与组成分析

3.4 活性阴极的电化学性能评价

4 Ni-Co镀层析氢活性主要因素的研究

4.1 实验方法

4.2 实验结果表与计算表

4.3 实验结果分析

4.4 本章小结

5 结论与展望

致谢

参考文献