频繁倒极长寿命DSA电极的研究

作     者：信德元 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：林海波

授予年度：2023年

学科分类：081704[工学-应用化学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：析氯反应 DSA电极 倒极除垢 电极寿命 

摘      要：DSA电极(Dimensionally Stable Anode尺寸稳定阳极)在氯碱工业、水处理、电镀、电有机合成等工业领域都有着广泛的应用。当电解液中含有大量Ca、Mg时,电解过程中会在阴极富集形成难溶的Mg(OH)\Ca CO固体,称为阴极结垢现象。阴极结垢会降低电极的导电性和电流效率,增加电解能耗。为了防止阴极结垢,需要定期对阴极进行除垢处理,电解工业常用机械除垢法、阻垢剂法、倒极除垢法等使阴极上的垢层溶解或脱落。采用倒极除垢方法有以下优点:成本低、效果好、操作简便,清洗时几乎不需暂停电解,并能够避免腐蚀,不需要另外增设阴极刮擦板,降低了设备的安装难度。但DSA电极通常情况下作为阳极使用,在倒极除垢变为阴极时电极表面的活性物质会被还原导致电极迅速失效。为解决上述问题,本论文研发了一种稳定性高、成本低、法拉第效率高的DSA电极,可用于析氯体系中的倒极除垢。主要研究工作如下:(1)用于频繁倒极DSA电极的制备及活性、稳定性研究采用电镀-热分解法在钛基体表面制备带有铂中间层的RuO电极(Ti/Pt/RuO)。研究表明,Ti/Pt/RuO电极与Ti/RuO-Ti O、Ti/TaO/RuO、Ti/Sn O-SbO/RuO等析氯电极相比,电化学活性面积、法拉第效率、倒极强化寿命均有较大改善。因为采用镀铂的方法能够形成一层紧密的中间层,有效保护钛基体不被电解液侵蚀,形成导电性好、耐腐蚀、比表面积大的电极中间层。Pt拥有正反方向电解性能,可有效保护钛基体在频繁倒极条件下不被电解液腐蚀。(2)Ti/Pt/RuO电极的优化通过改变铂负载量、热分解温度等工艺条件,优化具有更高稳定性与活性的电极组成与制备工艺。(3)Ti/Pt/RuO电极的应用研究针对不同倒极频率、搅拌速率、温度、电流密度、盐水浓度研究Ti/Pt/RuO电极最适宜的应用条件。结果表明在电流密度750 A/m、电解温度25℃、盐水浓度25 g/L的条件下的法拉第效率为84.55～92.89%;在电流密度为40000 A/m、倒极频率为12次/h的条件下的倒极强化寿命可达74 h,是常用Ti/RuO-Ti O电极的70倍,在1000 A/m的电流密度下预计可工作4年。