在氯盐介质中同槽电解MnO2和Mn

摘要

为解决同槽电解锰和电解二氧化锰存在的电流效率低，能耗高等问题，本文进行了同槽电解锰和二氧化锰的研究。采用恒电流、循环伏安、线性扫描、恒电位等电化学方法，通过对比实验，为同槽电解中选择合适的电解质、电极材料以及电解槽提供了实验依据。论文采用了X-射线衍射法来鉴别和确定目标产物的结构和组成以及用SEM来观察阴极产物的表面形貌。采用正交实验研究了阴阳极电流密度、阴阳极室的pH、阴阳极室的锰离子浓度以及氯化铵浓度对同槽电解的影响。
　　通过对比实验研究了在硫酸盐介质和氯盐介质中阳极电流效率和槽电压的差异，为选择合适的电解介质提供了实验依据。结果表明在小于65℃氯盐溶液比硫酸盐溶液具有高的电流效率。在相同温度下，氯盐溶液比硫酸盐溶液的初始槽压低，10h内达到10V槽压所用的时间长。在相同的实验条件下氯盐溶液比硫酸盐溶液达到稳定槽压的温度低。因此选择氯盐溶液作为同槽电解的电解液。
　　在氯盐溶液中分别以钛钌板和钛板为阳极，通过对比实验发现，电解二氧化锰的电流效率差别不大，而钛钌板为阳极具有低且稳定的槽压，所以在氯盐溶液中选择钛钌板为阳极板。论文通过实验比较了在不锈钢和钛板上沉积锰的情况，发现在不锈钢上沉积的锰纯度高，而在钛板上沉积的锰含有杂质，所以选择不锈钢作同槽电解的阴极。
　　为选择合适的电解槽本文采用循环伏安法和恒电流法研究了隔膜对电解锰和二氧化锰的影响。结果表明隔膜对沉积锰非常有利，在同槽电解中选用隔膜电解槽。
　　在确定电解介质、电解槽、电极材料之后，在两极同温同槽条件下，采用恒电流法研究了时间对同槽电解锰和二氧化锰的影响。结果发现阴阳极室的pH、电流效率均随时间发生变化，而pH与电流效率的变化趋势无对应关系，由于实验采用的是固定溶液浓度的方法，时间的变化反映离子浓度的变化，说明η不只与pH有很大关系，而且与其他离子浓度有非常密切的联系。
　　本文通过正交实验研究锰离子的浓度、pH、电流密度和氯化铵浓度对同槽电解锰和二氧化锰的槽压、电流效率以及能耗的影响。通过对实验结果分析，选择优化的实验条件电解，即CMn2+,A取1.0mol/L，pHA取1，JA取50A/m-2，CMn2+,C取0.9mol/L，CNH4+取1.8mol/L，pHC取7，JC取250A/m-2，在该实验条件下恒电流电解2小时，得到的实验结果为：U=3.60v，ηA=90.07％，WA=2464kWh/t,WC=3794kWh/t，ηC=92.56%。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 前 言

1.1 电解二氧化锰概述

1.2 电解锰概述

1.3 同槽电解二氧化锰和锰概述

1.4 本文研究目的和意义

1.5 本文主要研究内容

2 实验部分

2.1 主要仪器与试剂

2.2 方法及原理

2.3 实验部分

3 结果与讨论

3.1 电解液、阳极材料的比较

3.2 电解槽的选择

3.3 阴极材料的比较

3.4 同槽电解条件的优化

4 结论与展望

4.1 主要结论

4.2 展望

致谢

参考文献

附 录