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涂层钛阳极的性能特点、制备、应用领域
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涂层钛阳极的性能特点、制备、应用领域

发布时间 :2021-02-13 06:44:14 浏览次数 :

1、前言

涂层钛阳极 ,习惯称为 DSA(Dimensionally Stable An­ode尺寸稳定阳极),又称 DSE( Dimensionally Stable Elec­trode), 是20世纪60年代末发展起来的一种新型不溶性阳极材料。

传统的不溶性阳极材料大致分为3类:铂金、石墨及铅合金阳极。铂金价格昂贵,石墨与铅合金阳极高电流电解时发生溶蚀,耐蚀性差,析氧电位大,电化学催化性能低,能耗较大,尤其是阳极中有毒的铅会在溶液中溶解,造成二次污染,并且使镀层性能下降。从绿色材料的“节能、节约材料、不污染环境”等要求出发,人们希望寻找到长寿命、电化学催化性能高、无二次污染的新型阳极。30多年来电化学催化材料方面的研究最大的一个成就就是开发了氯碱工业用的钛基板上涂覆钌氧化物系不溶性阳极,被称为氯碱工业的一次技术革命。钌氧化物阳极析氯电催化活性好 ,已被世界90%以上氯碱企业使用,其使用寿命可长达10 ,因此被称为尺寸稳定阳极(DSA) 。

涂层钛阳极

DSA涂层钛阳极性能特点如下:

1)阳极过电位低:电解含氯的盐类水溶液时使用析氯DSA, 而电解H2SO4 、HNO3及盐类的水溶液时,使用析氧DSA, 它的析氯及析氧阳极过电位均比其它阳极低,而且副反应显著减少,可长期在低电解电压下稳定使用,达到节能 和降低成本的效果。

2)使用寿命长:石墨、铅合金阳极使用几个用到1年左右就要更换,而DSA阳极可使用6年以上,甚至可长达10年,使用寿命显著增长,综合经济效益明显提高。

2、DSA 涂层钛阳极的制备

DSA涂层钛阳极由基体金属和表面活性层组成。金属基体起骨架和导电作用,表面活性涂层参与阳极电化学反应。涂层钛阳极制备的工序包括基体的预处理、配制涂液、涂覆涂层 热 分解氯化、后处理等。

2.1、基体金属的选用

基体金属要求具有耐电化学腐蚀性,有一定机械强度,便千加工制造,表面容易形成钝化膜而本身导电性能良好等性能特点。

目前一致公认作为DSA的基体 ,必须是具有单向载流性质的阀形金属( Valve  metal) , 如钛( Ti ) 、钽( Ta)、锆 ( Zr) 、铌( Nb) 。 钽的稳定性和导电性最适合作DSA基体,但其价格昂贵,而且制作过程中热分解需无氧条件, 工艺复杂,无实用价值。Zr、Nb与Ta类似。而钛价格便宜,密度小,制作方便,因此一般选择钛作为DSA的基体,特殊情况下使用钽和铌。但钛的电阻率是钽和铌的3~4倍,是铜的25倍,这是其作为基体金属的一个缺点。

2.2、基体的预处埋

预处理的目的,是为了增强基体与金属氧化物涂层的结合力,从而改善导电性,延长其使用寿命。预处理括除油、喷砂与酸蚀。除油、喷砂与常规方法类似,所以预处理的关键在于酸蚀。经过酸蚀基体,表面形成凸凹不平的麻面层,具有较大的表面积,使阳极的真实面积增大,降低真实电流密度,改善阳极的电化学性能,同时,酸蚀还能除去钛基体表面的氧化膜。酸蚀需控制一定的操作条件 ,否则将影响DSA的使用寿命。

2.3、涂液配制

不同性质的DSA,配制其涂液时金属氧化物的选择及配比也不同 。一般情况下,一定量的金属盐类按一定摩尔比溶解于特定的溶剂中,便为涂液 。配制涂液时, 不能产生沉淀,否则涂覆时会出现不均匀现象,影响阳极的工作寿命。金属盐类的选择及配比、溶剂的选择及金属离子的浓度,都会直接影响阳极的性能。

2.4、 涂层制备

将涂液涂覆在基体表面上,经溶剂挥发、热分解,依不同涂层的厚度循环不同次数,再经一定时间的煅烧, 即为涂层DSA。煅烧的时间,温度及方式也会影响DSA阳极的性质。

为了延长DSA阳极的寿命,涂覆表层前需在基体上涂覆不同的中间层。

2.5、DSA涂层的后处理

后处理的目的是为了增强DSA阳极的电催化活性,满足不同条件的使用需要。

钛阳极厂家

3、DSA涂层钛阳极的应用

DSA涂层钛阳极主要应用在电化学和电冶金两大部门。

DSA涂层钛阳极应用的领域有:氯碱工业、氯酸盐生产、次氯酸盐生产、高氯酸盐生产、过硫酸盐电解、电解有机合成、电解提取有色金属、电解银催化剂的生产、电解法制造铜箔 、电解氧化法回收采汞 、水电解、二氧化氯的制取、医院污水处理 、电镀厂含氰废水处理、生活用水和食品用具的消毒、发电厂冷却循环水的处理、毛纺厂  染整废水的处理,工业用水的处理、电解法制取酸碱离子水,铜板镀锌、镀佬、镀钯、镀金、镀铅、电渗析法淡化海水、电渗析法制取四甲基氢氧化铵、熔融盐电解、电池生产、阴极保护、生产负极箔 、箔箱的阳极氧化等 。 应用广泛涉及化工、冶金、水处理、环保、电镜、电解有机合成及其它领域。

钛阳极应用领域

近年来 ,在表面处理行业,应用DSA涂层钛阳极出现了新的动向。如在涂层中添加某种纳米材料来提高DSA阳极的电催化活性 ,又如在某些特定的镀液中,通过调节DSA涂层的析氧电位,达到抑制某种杂质离子的产生,保证镀液稳定性的目的。随着DSA涂层钛阳极的研究越来越深入,其应用前景必将越来越广阔。

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