电解二氧化锰工业中钛基涂层阳极的研制

摘要

本文比较了龟解二氧化锰工业中常用的阳极材料制备方法、性能与特点，根据对阳极性能的要求，提出了阳极材料的改进方法，并制备Ti/SnO<,2>、Ti/SnRuCo、Ti/MnO<,2>/SnRuCo、Ti/TiSnRuMn四种阳极涂层。借助X衍射(XRD)和电子扫描电镜(SEM)对氧化物的形貌、相结构、晶体结构和组织结构等方面进行分析。另外，通过循环伏安等电化学性能测试，讨论了不同涂层对：DSA阳极性能的影响。结果表明： 1)对于Ti/SnO<,2>阳极，普通热分解方法也可制备纳米二氧化锡涂层，其晶体结构为金红石结构；热氧化为500℃时，往Ti/SnO<,2>涂层中添加Ru、Co能显著提高Ti/SnO<,2>涂层的电催化性能，而添加La则不能提高。 2)对于Ti/SnRuCo阳极，随着温度的升高，涂层表面的裂纹宽度有所增加。在制备温度为600℃时，涂层析出钌单质。钌含量较低时，主要为锡基固溶体；钌含量较高时，主要为钌基固溶体。添加锡能细化涂层晶粒。涂层裂纹数在钌含量较低和较高时都较少。随着钴含量的增加，涂层晶粒变细，但钌锡固溶体也开始脱溶。添加较多的钴会导致钴的氧化物以黑色颗粒状脱落，并附带钌的氧化物脱落。钛基锡钌钴涂层阳极的最佳制备工艺初步为：制备温度500℃；锡钌钴的摩尔比为：61：35：4。 3)使用MnO<,2>中间层能显著减小涂层裂纹数，但不改变粗糙度。MnO<,2>中间层的涂层积分电荷最大。MnO<,2>中间层的涂层内表面积对涂层的贡献最大，孔隙率也最大。其交流阻抗在复阻抗平面图为两条斜率不同的直线。在高频区，其相位角略大于45℃，在低频区其相位角接近于90℃。通过交流阻抗的分析得知，MnO<,2>中间层的涂层的孔隙延伸不是很深，而其他三种中间层及无中间层的涂层裂缝延伸很深。加速电解实验可分为“活化、稳定、失效”三个阶段。使用MnO<,2>中间层的涂层的电解寿命最高，为1970min，是无中间层的2倍。原因来自于外表面的裂缝并没有过多的延伸到涂层内部。 4)对于Ti/TiSnRuMn阳极，在不同温度制备下，涂层均为单一金红石固溶体结构。添加Ti能提高固溶能力，但随着Ti的增加，Ru的减小，衍射强度减小，涂层的表面裂纹逐渐减小。在Sn：Mn=3:2处，涂层晶粒最细。随着Sn的增加，Mn的减小，衍射强度减小，涂层的表面裂纹也逐渐减小。Ti/TiSnRuMn涂层阳极的最佳制备工艺初步为：制备温度500℃；钛锡钌锰的摩尔比为：2:2:3:3。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2电解二氧化锰的应用及电解二氧化锰工业的现状

1.3阳极在电解二氧化锰工业中的应用

1.4电解二氧化锰工业中的阳极

1.4.1石墨阳极

1.4.2铅阳极

1.4.3纯钛阳极

1.4.4钛合金阳极

1.4.5钛基二氧化锰

1.4.6钛基二氧化铅电极

1.4.7钛基钛锰合金涂层

1.4.8铂族贵金属DSA阳极

1.5阳极的选择与设计

1.5.1对阳极的要求

1.5.2阳极的设计

1.5.3本论文研究内容

第二章钛基二氧化锡纳米涂层的制备与改进

2.1实验方法及涂层制备

2.1.1涂层制备

2.1.2涂层结构分析方法和电化学实验方法

2.2实验结果与讨论

2.2.1 Ti/SnO2涂层的结构

2.2.2 Ti/SnO2涂层的物化性能

2.3活性元素对Ti/SnO2涂层结构与性质的影响

2.3.1涂层成分与结构

2.3.2涂层的物化性能

小结

第三章钛基锡钌钴纳米涂层的制备

3.1实验方法及涂层制备

3.1.1涂层制备方法与工艺

3.1.2涂层结构分析方法和电化学实验方法

3.2.实验结果与讨论

3.2.1 Ti/SnRuCo涂层的结构

3.2.2 Ti/SnRuCo涂层的外观形貌

3.2.3 Ti/SnRuCo涂层的物化性能

小结

第四章中间层对钛基锡钌钴纳米涂层的影响

4.1实验方法及涂层制备

4.1.1涂层制备方法与工艺

4.1.2涂层结构分析方法和电化学实验方法

4.2 Ti/中间层/SnRuCo涂层的最外层的外观形貌

4.3 Ti/中间层/SnRuCo涂层的物化性能

4.3.1开路电位

4.3.2循环伏安曲线

4.3.3交流阻抗谱

4.3.4加速电解实验

小结

第五章钛基钛锡钌锰纳米涂层的制备

5.1实验方法及涂层制备

5.1.1涂层制备方法与工艺

5.1.2涂层结构分析方法和电化学实验方法

5.2.实验结果与讨论

5.2.1 Ti/TiSnRuMn纳米涂层的结构

5.2.2 Ti/TiSnRuMn纳米涂层的外观形貌

5.2.3 Ti/TiSnRuMn纳米涂层的物化性能

小结

第六章结论

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的论文

西北工业大学学位论文知识产权声明书及原创性声明