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锌电积用电催化节能阳极的复合电沉积制备及性能表征

2020-12-15阅读(679)

锌电积用电催化节能阳极的复合电沉积制备及性能表征

论文摘要

金属锌湿法冶炼电积过程一直沿用Pb-Ag合金阳极,其存在析氧电位高（约0.8～1.0 V）,使用寿命较短,机械强度差,阴极产品纯度低等缺点。本文综合Ti基电催化涂层阳极（DSA）和Pb基合金阳极的优点,提出Al表面熔盐化学镀铅-复合电沉积Pb基、PbO2基复合镀层的研究思路,制备出Al/Pb/Pb-MnO2或Al/Pb/PbO2-MnO2复合电催化节能阳极,旨在提高锌电积用阳极的析氧电催化活性和使用寿命,并尽量降低阳极的原料和制备成本,为湿法炼锌工业做出贡献。论文的主要研究内容与结论如下：（1）采用阴极复合电沉积技术,制得微粒质量含量为6%～8%的Pb/Pb-MnO2复合阳极,并对其阳极极化行为与Pb和Pb-Ag阳极进行了对比研究。恒流极化结果表明,在极化初期阳极析氧电位较纯Pb阳极降低300 mV,至72 h后稳定电位降低100～150 mV,与工业Pb-Ag（1.0%）阳极相当。同时,Pb/Pb-MnO2复合阳极在72 h恒流电解后阳极膜层相比Pb-Ag阳极更加致密、均匀,物相组成中β-PbO2含量大大增加。电化学性能测试结果表明,该阳极膜层能够有效的阻止基质Pb与电解液接触而氧化溶解,阳极耐腐蚀性能明显提高。析氧机理研究表明,在此阳极膜层上发生的析氧反应受含氧中间产物S-OHads的吸附步骤控制,但其吸附电阻Ra明显小于Pb和Pb-Ag阳极,这是该复合阳极析氧活性较高的根源；（2）采用阳极共同氧化和复合电沉积技术,在焦磷酸盐体系中制得元素P掺杂的Pb/PbO2-MnO2复合阳极并对其进行电化学性能测试。结果表明,相比Pb/PbO2阳极,阳极共同氧化法得到的复合镀层表面形貌更为平整、光滑、致密,其析氧电催化性能也有所增加；而阳极复合电沉积法得到的复合镀层表面形貌呈典型的多孔状,具有明显增大的比表面积,其析氧电催化活性大大增加,在90 min的预恒流极化中阳极电位降低150-200 mV。Tafel和EIS结果表明,该类复合阳极上析氧反应也受含氧中间产物S-OHads的吸附步骤控制,其吸附电阻Ra明显小于Pb/PbO2阳极；（3）以Al/Pb复合材料为基体,复合电沉积制备MnO2含量为5%左右的Al/Pb/Pb-MnO2复合阳极,并对其进行实验室小型工业化模拟实验。结果表明,当电解液中Mn2+含量为0.1 g L-1时,该复合阳极的稳定阳极电位和槽电压相比工业Pb-Ag阳极降低50～100 mV,电流效率提高5%左右,电能消耗明显降低。在电解120 h后,其表面膜层紧密、均匀,电解液中Pb溶解减少,其耐腐蚀性能大大增强,阴极电锌质量明显提高。寿命加速实验结果表明,Al/Pb/Pb-MnO2复合阳极的使用寿命可达到238天,能够满足当前工业锌电积的要求。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 目录
  • 第一章 文献综述
  • 1.1 引言
  • 1.2 工业锌电积及其阳极材料
  • 1.2.1 锌电积过程概述
  • 1.2.2 阳极析氧材料研究进展
  • 1.3 复合电沉积技术
  • 1.3.1 复合电沉积技术概述
  • 1.3.2 复合电沉积的机理
  • 1.3.3 复合镀层的性能及用途
  • 1.4 复合镀层在电催化领域的应用
  • 1.4.1 金属基复合镀层
  • 1.4.2 金属氧化物基复合镀层
  • 1.4.3 复合镀层的电化学强化机理
  • 1.5 本课题的目的、思路及内容
  • 1.5.1 课题的研究目的
  • 1.5.2 主要研究思路和内容
  • 第二章 实验方法及原理
  • 2.1 实验原料、设备及装置
  • 2.1.1 主要实验原料及设备
  • 2.1.2 主要溶液配制
  • 2.2 复合阳极的制备工艺
  • 2.2.1 镀件电极制备
  • 2.2.2 镀前处理工艺
  • 2.2.3 阴极复合电沉积
  • 2.2.4 阳极共同氧化电沉积
  • 2.2.5 阳极复合电沉积
  • 2.2.6 镀后处理工艺
  • 2.3 复合阳极性能表征手段
  • 2.3.1 形貌、物相及组成测定
  • 2.3.2 析氧电催化活性测定
  • 2.3.3 腐蚀速率测定
  • 2.3.4 阳极膜层电化学特性测试
  • 2复合电催化阳极的制备及性能表征'>第三章 Pb/Pb-MnO2复合电催化阳极的制备及性能表征
  • 3.1 引言
  • 3.2 电沉积体系的选择
  • 3.2.1 氟硼酸盐体系
  • 3.2.2 氨基磺酸盐体系
  • 3.2.3 快速镀铅体系
  • 3.2.4 焦磷酸盐镀铅体系
  • 2的制备工艺研究'>3.3 Pb/Pb-MnO2的制备工艺研究
  • 3.3.1 电极构置形式的影响
  • 2微粒晶型和粒径的影响'>3.3.2 MnO2微粒晶型和粒径的影响
  • 3.3.3 复合电沉积时间的影响
  • 3.3.4 镀液中微粒浓度、温度、电流密度和搅拌速率的影响
  • 3.3.5 添加剂的影响
  • 2的电化学性能表征'>3.4 Pb/Pb-MnO2的电化学性能表征
  • 3.4.1 析氧电催化活性
  • 3.4.2 腐蚀速率
  • 3.4.3 循环伏安（CV）特性
  • 3.4.4 Tafel特性
  • 3.4.5 交流阻抗（EIS）特性
  • 3.4.6 阳极膜层特性
  • 3.5 本章小结
  • 2-MnO2复合电催化阳极的制备及性能表征'>第四章 Pb/PbO2-MnO2复合电催化阳极的制备及性能表征
  • 4.1 引言
  • 2镀层的电沉积工艺研究'>4.2 Pb/PbO2镀层的电沉积工艺研究
  • 2的机理研究'>4.2.1 焦磷酸盐体系电沉积PbO2的机理研究
  • 2镀层形貌及组成的影响'>4.2.2 电沉积条件对PbO2镀层形貌及组成的影响
  • 2-MnO2复合镀层的制备工艺研究'>4.3 Pb/PbO2-MnO2复合镀层的制备工艺研究
  • 4.3.1 阳极共同氧化法（ACO）
  • 4.3.2 阳极复合电沉积法（ACD）
  • 2-MnO2复合镀层形成机理研究'>4.3.3 PbO2-MnO2复合镀层形成机理研究
  • 2-MnO2复合阳极的性能表征'>4.4 Pb/PbO2-MnO2复合阳极的性能表征
  • 4.4.1 恒流析氧电催化活性
  • 4.4.2 Tafel特性
  • 4.4.3 交流阻抗（EIS）特性
  • 2基复合阳极的使用寿命'>4.4.4 Pb/PbO2基复合阳极的使用寿命
  • 4.5 本章小结
  • 2复合电催化阳极的工程化研究'>第五章 Al/Pb/Pb-MnO2复合电催化阳极的工程化研究
  • 5.1 引言
  • 2+对复合阳极电化学行为的影响'>5.2 电解液中Mn2+对复合阳极电化学行为的影响
  • 5.2.1 恒流析氧电位
  • 5.2.2 稳定阳极膜层的形貌及物相
  • 5.2.3 阳极腐蚀速率
  • 5.2.4 稳定阳极膜层的电化学行为
  • 2复合阳极的性能表征'>5.3 Al/Pb/Pb-MnO2复合阳极的性能表征
  • 5.3.1 复合镀层形貌
  • 5.3.2 恒流析氧电位
  • 5.4 模拟电解试验
  • 5.4.1 析氧电位及槽电压
  • 5.4.2 稳定阳极膜层的形貌及物相
  • 5.4.3 阳极泥的物相组成
  • 5.4.4 电流效率及能耗
  • 5.4.5 阳极腐蚀速率
  • 5.4.6 阴极电锌品质
  • 5.5 加速寿命实验
  • 5.6 本章小结
  • 第六章 结论与展望
  • 6.1 主要结论
  • 6.2 展望与建议
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士学位期间的科研成果

    • 相关论文文献

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