离子交换膜电沉积高纯铬

摘要

电解法制得的纯度极高的金属铬具有延展性，可锻造加工。铬的析出电位较负，电解时伴有剧烈的析氢副反应，使金属铬沉积的电流效率很低。 本文以阴离子交换膜作隔膜，用双室电解槽，对全硫酸盐体系进行电解实验。研究了各种条件对金属铬沉积电流效率的影响。使用阴离子交换膜，体系导电性良好，电解1小时才看到阴极液有极浅黄色出现，很好的阻止了阳极六价铬的产生，基本不随阳极室放氧带出六价铬。在不同pH值条件下进行电解操作，发现pH等于2.2～2.4时电流效率最大。增大电流密度，氢在铬电极上极化变大，析氢电位负移而使金属铬沉积的电流效率提高。在12.5A/dm2附近，金属铬沉积的电流效率较高，沉积金属结晶状况好，得银白色光亮金属。在30℃左右条件下进行电解，电流效率最高。对电解液进行搅拌，加速电解液中三价铬离子向阴极扩散，同时及时促进电极表面氢气泡的脱附，在转速为750转/分钟时电流效率较高。 在温度为20～55℃，pH为2.1～2.5的条件下，用与实际电解实验电流接近的大电流，以动电位扫描法测量了不同条件下电解体系的极化曲线。分析和探讨了铬电极表面析氢的电化学过程。叠加相同pH值，不同温度下测得的极化曲线，发现温度升高，极化曲线向正方向移动；同一电流密度下，氢在铬电极上析出电位的绝对值变小，促进析氢。通过对30℃，pH=1.8～2.6时测得的极化曲线进行叠加发现，电解液pH值降低，析氢极化曲线向正方向移动，加速析氢。 用动电位扫描法对不同浓度NaCl溶液中铬电极表面析氢极化曲线进行了测量，发现η-lgi曲线中低过电位区呈直线，符合Tafel关系，对其进行Tafel参数拟合，得到1.0mol/L-1的NaCl溶液中Tafel斜率b=0.2034，截距a=0.2461；0.1mol/L-1的NaCl溶液中Tafel斜率b=0.2947，截距a=0.3554。说明铬是一种具有低析氢过电位的金属。考察了多种添加剂对电解体系极化曲线的影响，发现丙三醇和阳离子表面活性剂十二烷基二甲基苄基氯化铵的加入使极化曲线向负方向移动，能有效抑制析氢反应，可用作电沉积铬中的阻氢剂。在30℃、pH=2.3的条件下，以12.5A/dm2的电流密度分别对不含添加剂的铬铵钒电解液和含有10mg/L十二烷基二甲基苄基氯化铵的电解液进行电解操作，前者金属铬沉积的电流效率为17.56﹪，后者为29.45﹪，电流效率提高了11.89﹪，证明1227在电解铬过程中起到了很好的阻氢作用。 在非电活性的阳离子表面活性剂1227中加入Cd2+，根据1227浓度对Cd2+峰电流影响，Cd2+作为指示离子，测定微量阳离子表面活性剂的浓度。实验发现这一过程是一吸附动力学过程，吸附时间、表面活性剂浓度与峰电流有复杂的关系。根据实验结果设计了CdCl+与大阳离子R+的吸附模型，通过Origin7.0非线性拟合出了CdCl+与大阳离子R+的吸附常数和促进因子，此模型可解释1227浓度、吸附时间与峰电流的关系，对复杂吸附过程峰电流可进行定量计算。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：资助

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章前 言

1.1铬的用途及电沉积高纯铬的意义

1.2三价铬电沉积

1.2.1电解与电镀的区别

1.2.2电沉积铬的国内外进展

1.3离子交换膜电沉积铬

1.3.1隔膜电解技术

1.3.2离子交换膜电沉积铬

1.4指示离子方波极谱法测定有机物

1.5本论文的研究目的及意义

第二章电沉积铬的原理

2.1电极电位及极化

2.1.1电极电位

2.1.2极化

2.2电沉积铬的原理

2.3电沉积铬的反应

第三章实验部分

3.1实验仪器与试剂

3.1.1仪器

3.1.2试剂

3.2电解金属铬

3.2.1电解槽制作

3.2.2电解液配制

3.2.3电极制备

3.2.4实验设备连接

3.2.5电解铬操作

3.3铬电极的制备

3.3.1不锈钢片的前处理

3.3.2镀电极用六价铬镀液的配制

3.3.3镀铬电极操作

3.3.4铬电极的绝缘处理

3.4无添加剂时电解体系极化曲线的测量

3.4.1实验设备连接

3.4.2不同条件下动电位扫描法测量电解体系极化曲线

3.5添加剂的研究

3.6不同浓度NaCl体系中铬电极表面析氢极化曲线的测量

3.6.1溶液的配制

3.6.2动电位扫描法测量极化曲线

3.7指示离子方波极谱法测定阳离子表面活性剂

3.7.1实验设备连接

3.7.2电极的制备

3.7.3溶液的配制

3.7.4方波伏安法测试伏安曲线

3.8沉积金属的电镜分析

第四章实验结果与讨论

4.1离子膜电解槽的使用效果

4.2电流密度对电流效率的影响

4.3温度对电流效率的影响

4.4 pH值对电流效率的影响

4.5添加剂对电流效率的影响

4.6铬电极表面的析氢过程

4.7温度对铬电极表面析氢行为的影响

4.8 pH值对铬电极表面析氢极化曲线的影响

4.9搅拌速度对铬电极表面析氢极化曲线的影响

4.10添加剂对铬电极表面析氢行为的影响

4.10.1十二烷基苯磺酸钠对极化曲线的影响

4.10.2明胶对析氢极化曲线的影响

4.10.3十六烷基三甲基氯化铵对析氢极化曲线的影响

4.10.4十八烷基二甲基氯化铵对析氢极化曲线的影响

4.10.5十二烷基二甲基苄基氯化铵对极化曲线的影响

4.10.6丙三醇对极化曲线的影响

4.11不同浓度NaCl体系中铬电极表面析氢极化曲线的研究

4.11.1 NaCl溶液中铬电极表面析氢电化学参数测定

4.11.2低浓度NaCl溶液中铬电极表面析氢极化曲线的分析

4.12指示离子方波极谱法测定阳离子表面活性剂

4.12.1 1227与Cd2+的伏安曲线

4.12.2 Cd2+指示不同浓度1227的效果

4.12.3峰电流变化的机理探讨

4.12.4 CdCl+与R+的吸附模型设计及参数拟合

4.13沉积铬的电镜分析

结 论

参考文献

致 谢

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附录1