析氧半导体电极的制备与性能测试

摘要

在氯化物体系中，采用电沉积回收重金属工艺时，电解液中含有高浓度的Cl-会在电积过程中被阳极氧化为氯气。氯气的产生会改变电解液的性质、影响电积金属的质量、严重污染环境。产生的大量氯气还必须进行收集，然后采用碱吸收，以消除氯气对外环境的污染，碱吸收又造成了生产成本的进一步提高。本文通过改变阳极材料的析氧、析氯性能来阻止阳极上氯气的产生，这是一种有效可行的办法。
　　当相同的电极反应，在相同的电流密度、不同的电极材料表面发生反应时，电极材料的过电位越低，电极的电催化活性越高。当阳极电位高于低价氧化物/高价氧化物的标准电极电位时，氧化物表面析氧过程才会发生。低价氧化物/高价氧化物的标准电极电位越低，这种氧化物的析氧催化活性越大。钛基二氧化锰电极是析氧DSA电极，对析氧反应有很高的催化活性，而且在很多介质中具有很好的耐腐蚀性。它在电积过程中不易溶解，不污染电沉积产品。锰为非贵金属，价格低。这些特点不仅满足在氯化物体系沉积有色金属过程中抑制氯气产生的要求，而且保证了电积产品的纯度，同时低的制备成本也有利于电极的工业化推广应用，是比较理想的析氧性钛基涂层电极材料。
　　通过实验对比得出，在钛基体上电镀二氧化锰的最佳条件为:钛板阴极，温度85℃，150gL的MnSO4和50g/L的H2SO4混合液，电流密度50A/m2，采用两面同时镀的方式，电镀时间45min。但与石墨电极、棉布状石墨电极、纤维海绵状石墨电极、钛涂钌电极各项性能的对比，发现虽然钛基二氧化锰涂层阳极虽然具有析氧反应电催化活性高，析氧过电位低的优点，但是同时也具有电阻大，导电性差，使用寿命短等缺点。
　　为了改善电极性能，本文选取两种中间涂层，制备了Ti/SnO2+MnOx+RuOx/MnO2涂层电极和Ti/SnO2+Sb2O4/MnO2涂层电极。通过实验对比，Ti/SnO2+Sb2O4/MnO2涂层电极具有更高的电导率、更低的电极电阻和析氧过电位、较长的电极使用寿命，是一种性能良好的析氧电极，应用在氯化物体系中电解回收贵金属工艺中，可有效地减少氯气的产生。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 电积工艺的应用及工业现状

1．3、阳极材料的发展及研究现状

1．3．1 石墨阳极

1．3．2 铅基合金阳极

1．3．3 纯钛阳极

1．3．4 钛合金阳极

1．3．5 钛涂钌阳极

1．3．6 钛基二氧化铅阳极

1．3．7 铂族贵金属涂层钛阳极

1．3．8 钛基钛锰合金涂层阳极

1．3．9 钛基二氧化锰阳极

1．4 阳极的选择与设计

1．4．1 对阳极的要求

1．4．2 电极性能的影响因素

1．4．3 阳极的设计

1．5 本论文研究内容

第二章 析氧半导体电极及其制备方法的选择

2．1 阳极材料的选择与设计

2．1．1 基体的选择与设计

2．1．2 活性涂层的选择与设计

2．2 制备方法的选择与设计

2．3 电解槽形式的选择与设计

2．3．1 阴极的选择

2．3．2 电解槽结构的选择

第三章 钛基二氧化锰电极的制备与性能测试

3．1 实验试剂及仪器

3．1．1 实验试剂

3．1．2 实验仪器

3．2 钛基二氧化锰涂层的的制备

3．2．1 钛基体的预处理

3．2．2 二氧化锰涂层的制备

3．3 钛基二氧化锰电极的析氧性能测试

第四章 Ti／SnO2+MnOx+RuOx／MnO2电极的制备及性能测试

4．1 实验试剂及仪器

4．2 Ti／SnO2+MnOx+RuOx／MnO2电极的制备

4．2．1 钛基体的预处理

4．2．2 SnO2+MnOx+RuOx中间层的涂覆

4．2．3 MnO2的涂覆

4．3 Ti／SnO2+MnOx+RuOx／MnO2电极的性能测试

4．3．1 析氧性能的测试

4．3．2 电极寿命的测试

第五章 Ti／SnO2+Sb2O4／MnO2涂层电极的制备及性能测试

5．1 实验试剂及仪器

5．2 Ti／SnO2+Sb2O4／MnO2涂层电极的制备

5．2．1 钛基体的预处理

5．2．2 Sn-Sb中间层的涂覆

5．2．3 电镀MnO2活性层

5．3 Ti／SnO2+Sb2O4／MnO2涂层电极的性能测试

5．3．1 析氧性能的测试

5．3．2 电极寿命的测试

第六章 废旧涂层钛电极的修复

6．1 修复方法选择

6．2 硫酸电解法除旧涂层步骤

6．3 实验现象

6．4 实验结果分析

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果