含铱钛氧化物中间层的氧化物阳极制备及应用

摘要

首次以纳米TiN粉体和氯铱酸的混合液为涂液，采用浸渍-热分解法制备了含TiO2-IrOx中间层的Ti/TiO2-IrOx/IrO2和Ti/TiO2-IrOx/IrO2-SnO2涂层阳极，利用电化学测试技术和物性分析手段对其电催化活性和结构进行了研究，比较了Ti/TiO2-IrOxIrO2电极与传统的Ti/IrO2的电催化活性和稳定性，初步研究了含TiO2-IrOx中间层的Ti/TiO2-IrOx/IrO2-SnO2涂层阳极用于海水脱硫的电催化活性。 Ti/TiO2-IrOx/IrO2涂层电极作为析氧阳极： (1) XRD分析表明：在500℃的热分解温度下，纳米TiN转化为以金红石相为主的二氧化钛，与二氧化铱形成了固溶体，并且与钛基体形成了共格结合界面。 (2) SEM照片观察发现，350℃～500℃下制备得到的Ti/TiO2-IrOx/IrO2涂层电极，焙烧后涂层表面呈现由深裂纹形成的“孤岛”状，表面析出大量颗粒，且随着焙烧温度的升高，该涂层电极裂纹变浅，有利于提高电极的稳定性。随着中间层中TiO2含量的增加，涂层表面的裂纹增多，深度变浅，析出颗粒变细小。裂纹增多、颗粒变小，析氧电催化活性增大。 (3)阳极极化曲线测试表明，随着制备温度的降低，中间层中TiO2含量的增加，该涂层电极的析氧电催化活性越高。在450℃的热分解温度下，中间层n(Ir)/n(Ti)为1.5的Ti/TiO2-IrOx/IrO2涂层阳极其析氧电流密度接近于传统的Ti/IrO2涂层阳极，循环伏安电量的测试也说明了该电极具有较高的析氧活性。 (4) Ti/TiO2-IrOx/IrO2涂层，由涂敷五层增加到二十层以后，较传统的钛基氧化铱电极析氧电催化性能提高，强化寿命延长。 (5)强化寿命实验表明，含TiO2-IrOx中间层的Ti/TiO2-IrOx/IrO2涂层阳极使用寿命明显高于传统的Ti/IrO2涂层阳极，析氧寿命提高6倍，说明TiO2-IrOx作为此类催化电极的中间层是可行的。 Ti/TiO2-IrOx/IrO2-SnO2涂层电极作为析氯阳极： (1)阳极极化曲线测试表明：该涂层电极具有较低的析氯电位，较高的析氧电位，电催化选择性较好。涂层组分n(Ir):n(Sn)的改变对涂层的电化学性能影响不大。 (2)强化寿命实验表明，该电极具有较长的使用寿命，当n(Ir)/n(Sn)为1:6时，使用寿命最长，在2mol/LH2SO4，电流密度为3A/cm2的测试条件下，强化寿命可达411h。 (3)在海水脱硫电催化氧化过程中的测试表明，在电流密度为200mA/cm2的条件下，电解pH值为3.5，440mg/L的Na2SO3海水脱硫模拟液，电催化氧化15min后Na2SO3去除率可达90.9％，COD去除率达82.6％，说明该电极对于Na2SO3溶液具有良好的催化氧化效果。 上述实验结果表明以纳米TiN粉体和氯铱酸的混合液为涂液，采用浸渍-热分解法制备的TiO2-IrOx混合氧化物作为钛基氧化物阳极的中间层将有着非常好的发展前景，值得进一步深入研究。

目录

文摘

英文文摘

声明

1文献综述

1.1引言

1.2电解水

1.2.1电解水技术的发展

1.2.2电解水析氧电催化剂的进展

1.2.3电解水集电器(双极板)的进展

1.3海水脱硫

1.3.1国内外海水脱硫发展的状况

1.3.2海水脱硫原理

1.3.3海水脱硫工艺流程

1.3.4国内外对海水电解制氯技术的研究状况

1.3.5电解海水制氯脱硫原理

1.4阳极材料的发展及研究现状

1.4.1电极材料

1.4.2阳极材料的研究进展

1.5钛基氧化物电极的制备

1.5.1制备方法

1.5.2工艺对氧化物电极性能的影响

1.5.3金属氧化物的催化反应机制

1.5.4电极的耐用性

1.6钛基氧化物电极材料的选择

1.6.1基体选择

1.6.2中间层选择

1.6.3活化层选择

1.7本文的研究内容及创新点

2实验及测试方法

2.1电极制备

2.1.1中间层的制备

2.1.2 Ti／IrO2和Ti／TiO2-IrOx／IrO2涂层的制备

2.1.3 Ti／TiO2-IrOx／IrO2／IrO2-SnO2涂层的制备

2.2 TiN热分解制备TiO2粉体

2.3电化学测试

2.3.1析氧反应电化学测试

2.3.2析氯反应电化学测试

2.3.3 H2SO4体系中的循环伏安测试

2.4海水脱硫模拟液降解测试

2.4.1 Na2SO3含量的测定

2.4.2 COD含量的测定

2.5物性分析

2.5.1涂层物性分析

2.5.2粉体物性分析

2.6强化寿命实验

3中间层焙烧温度对Ti／TiO2-IrOx／IrO2涂层阳极性能的影响

3.1引言

3.2实验结果与讨论

3.2.1中间层焙烧温度对涂层表面形貌的影响

3.2.2涂层相结构测试分析

3.2.3阳极极化曲线

3.2.4循环伏安电量

3.2.5强化电解寿命

3.3结论

4中间层组成对Ti／TiO2-IrOx／IrO2涂层阳极性能的影响

4.1引言

4.2实验结果与讨论

4.2.1中间层组成对涂层表面形貌的影响

4.2.2涂层相结构测试分析

4.2.3阳极极化曲线

4.2.4循环伏安电量

4.2.5强化电解寿命

4.3结论

5涂层载量对Ti／TiO2-IrOx／IrO2涂层阳极性能的影响

5.1引言

5.2实验结果与讨论

5.2.1涂层载量对涂层表面形貌的影响

5.2.2涂层相结构测试分析

5.2.3阳极极化曲线

5.2.4强化电解寿命

5.3涂层稳定性机理探讨

5.4结论

6 Ti／TiO2-IrOx/IrO2-SnO2涂层阳极电催化性能研究

6.1引言

6.2实验结果与讨论

6.2.1析氯、析氧电位对电极性能的影响

6.2.2极化曲线对电极性能的影响

6.2.3强化寿命对电极性能的影响

6.3结论

7 Ti／TiO2-IrOx／IrO2-SnO2涂层电极在海水烟气脱硫的电解海水恢复系统中的初步应用

7.1引言

7.2实验结果与讨论

7.2.1氧化工艺对电极催化性能的影响

7.2.2 Ti／TiO2-IrOx／IrO2-SnO2涂层电极对Na2SO3的催化氧化

7.3结论

8总结论

8.1 Ti／TiO2-IrOx／IrO2涂层电极作为析氧阳极：

8.2 Ti／TiO2-IrOx／IrO2-SnO2涂层电极作为析氯阳极：

8.3 Ti／TiO2-IrOx／／IrO2-SnO2涂层电极用于海水脱硫

参考文献

致谢

硕士期间发表论文和专利