论文摘要
电解海水防污技术是防止冷却水系统生物污损最安全、有效的办法。而金属氧化物阳极材料是该技术的关键,其电催化性和电化学稳定性是最终评价阳极性能的两个主要指标。在某些盐度较低,受锰离子污染的特殊海域,目前的阳极却存在着电催化活性和稳定性不足的问题。针对上述问题,本文应用热分解法,通过引入中间层和改变工艺条件考察对阳极性能的影响。采用析氯析氧电位、循环伏安曲线、极化曲线及加速寿命等测试方法考察阳极涂层的电化学性能,并通过扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)和X射线衍射分析(XRD)等观察涂层表面形貌及进行物相分析,研制出一种适合电解海水,特别是淡海水应用的氧化物阳极。对改善电极稳定性的研究表明:IrCo中间层能提高表层与基体的结合力,不仅显著改善了电极的稳定性而且保持了良好的电催化活性。随中间层层数的增加,阻挡氧渗透的作用增强,延缓电极的失效。强化寿命值达到了RuTiSn电极的44倍。通过SEM、EPMA及交流阻抗测试分析得出两种电极的失效机理不同:Ti/RuTiSn电极的失效是由于活性物质的丧失和不导电的TiO2膜的生成;Ti/IrCo/RuTiSn电极的失效则是主要是由于基体不导电的TiO2的生成。通过考察制备工艺条件(溶剂种类、涂液浓度、涂刷次数及热氧化温度等)对催化性能的影响,结果表明异丙醇和正丁醇混合作为溶剂有利于提高电催化活性。随涂液浓度的增加,阳极表面的龟裂纹增加,伏安电量随之增加。涂液浓度为0.4mol/L时,电极呈现了较好的电催化活性。随着涂刷次数的增加,涂层呈现出阳极典型的龟裂纹形貌,涂刷次数不应少于14次。热氧化温度为420℃时涂液的氧化反应已完全,涂层表面形成固溶的金红石型稳定结构,电极电催化活性较好。通过失效阳极的分析知,在电解过程中MnO2的沉积是导致阳极失效的重要原因。同时考察了电极在普通海水和淡海水中的电流效率,并进行了含锰离子的强化寿命实验。结果表明含中间层的RuTiSn电极在盐度较低时仍具有较高的电流效率,并呈现很好的抗Mn2+污染的能力。
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摘要Abstract引言1 文献综述1.1 研究背景1.1.1 海洋生物污损的防治1.1.2 海水电解防污的原理1.2 电解海水防污中的核心—电极材料1.3 电极材料的发展简史1.4 涂层钛阳极的研究概况1.4.1 涂层配方的研究1.4.2 阳极制备方法的研究1.4.3 涂层结构的研究1.5 钛阳极工作及失效机理1.5.1 钉钛涂层的导电机理1.5.2 涂层钛阳极的失效机理研究1.6 DSA阳极应用概况1.7 阳极在电解制氯中的应用及发展前景1.7.1 阳极在电解制氯中的应用1.7.2 海水电解技术发展前景1.7.3 电解海水用阳极存在的问题1.8 选题意义及研究内容2 实验方法和测试分析2.1 实验药品及仪器设备2.2 阳极的制备过程2.2.1 基体材料的选择2.2.2 基体的前处理2.2.3 涂液的配制2.2.4 阳极涂层的制备2.3 阳极涂层的形貌及物相表征2.3.1 表面形貌的观察2.3.2 涂层表面物相成分分析2.3.3 X射线衍射结构分析(XRD)2.4 热分析2.5 阳极的电化学性能测试2.5.1 析氯电位和析氧电位的测试2.5.2 强化寿命测试2.5.3 极化曲线2.5.4 循环伏安曲线测试2.5.5 电化学交流阻抗谱2.5.6 有效氯浓度和电流效率测试3 中间层对阳极稳定性的影响3.1 引言3.2 电极的制备3.3 结果与讨论3.3.1 中间层对电极强化寿命的影响3.3.2 中间层对电极氯氧电位的影响3.3.3 中间层对表面伏安电量 Q的影响3.3.4 中间层对电极表面形貌的影响3.3.5 电子探针分析3.3.6 阳极涂层的交流阻抗谱(EIS)表征3.4 本章小结4 阳极制备工艺对电催化性能的影响4.1 引言4.2 溶剂对阳极电催化性能的影响4.2.1 阳极涂层的制备4.2.2 结果与讨论4.3 涂液浓度对阳极性能的影响4.3.1 阳极涂层的制备4.3.2 涂液浓度对阳极性能的影响4.4 涂刷次数对阳极性能的影响4.4.1 涂刷次数对阳极表面形貌的影响4.4.2 涂刷次数对循环伏安电量的影响4.4.3 涂刷次数对阳极极化曲线的影响4.5 热氧化温度对阳极性能的影响4.5.1 热分析4.5.2 X射线衍射分析(XRD)4.5.3 阳极涂层的表面形貌分析4.5.4 循环伏安测试4.5.5 极化曲线表征4.6 本章小结5 阳极在海水中的应用研究5.1 阳极的制备5.2 有效氯浓度及电流效率测试5.2.1 阳极的在普通海水中有效氯浓度及析氯电流效率5.2.2 氯离子浓度对电流效率的影响5.3 阳极抗锰离子污染的研究5.3.1 电厂失效阳极的表面形貌及物相分析2+的强化寿命实验'>5.3.2 含Mn2+的强化寿命实验5.3.3 失效阳极的表面形貌及物相分析5.4 本章小结结论参考文献攻读硕士学位期间发表学术论文及申请专利情况致谢
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标签:阳极涂层论文; 电解防污论文; 中间层论文; 淡海水论文;
Ti/IrCo/RuTiSn氧化物阳极的研制及应用研究
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