电解用电极及其制备方法以及电解槽技术

本发明专利技术提供了一种电解用电极及其制备方法以及电解槽，该电解用电极包括导电性基材和活性涂层，所述导电性基材为包含钛或钛合金的基材，所述活性涂层至少包含底层涂层和表层涂层，所述底层涂层包含钛氧化物、铱氧化物和钌氧化物，所述表层涂层包含铱氧化物、钌氧化物、钛氧化物、以及钯、铂中的一种或两种元素的金属或氧化物。本发明专利技术的电解用电极采用了双层涂层，相比只含有钌、铱、钛的单层涂层，其电极活性更好，且电极的析氯电位低，析氧电位高，电极的使用寿命更长，电解稳定性更好。

【技术实现步骤摘要】
电解用电极及其制备方法以及电解槽
本专利技术涉及电极领域，具体是一种电解用电极及其制备方法以及电解槽。
技术介绍
离子膜法制碱就是采用离子交换膜法电解食盐水而制成烧碱(即氢氧化钠)，随着离子膜电解法的发展，氯碱生产用电量大，降低能耗始终是电解法的核心问题。电解槽的槽电压是一个重要的参数,直接影响电流效率的高低。离子膜电解槽的槽电压可以用下式表示:式中,V为槽电压；Vo为理论分解电压；VM为离子膜电压降；阳为阳极过电压；阴为阴极过电压；IR液为溶液欧姆电压降；IR金为金属导体中欧姆电压降。在铂族金属中，氧的过电位顺序为Ru<Ir<Pd<Pt,目前，含钌等铂族金属氧化物(钌、铱)已广泛使用于制碱工业的电极涂层中。2000年2月第2期的氯碱工业中一篇名叫“金属阳极涂层评价试验”的文章中提到，二氧化钌为基本组分的涂层电极析氯催化活性很高，因此若电极涂层中含有二氧化钌，电极的析氯电位很低，但该电极的析氧电位也较低，电极在析氯的同时也有氧析出，从而使析氯电流效率下降，氯中含氧量上升。而在电极涂层中添加二氧化铱氧化物可以提高氧的析出电位，降低氧的析出量。使得氯中含氧量减少。且将铱元素加入涂层中，提高了电极的使用寿命。且文中明确提到含有钌、铱、钛涂层的电解很适合于作为离子膜电解的阳极。钯、铂属铂族贵金属，铂耐高温、抗氧化、耐腐蚀性强、稳定性好，放氧过电位很高，可用于各种介质中。钯以及氧化钯具有高的催化活性、抗高温氧化性、耐腐蚀性等性能，特别是钯具有氯过电压低、氧过电压高的特性，因此在离子交换膜法食盐电解中铂、钯的使用使得阳极氯过电压更低，氯气中的含氧量低等优异的特性。在涂层中添加铂、钯等氧化物可降低氯过电位，提高析氧电位，从而降低氯气中的含氧量，但铂、钯的价格均比钌要昂贵得多，采用铂、钯使阳极成本急剧增加。国内公开号为CN103261485A，名称为：电解用电极、电解槽和电解用电极的制造方法，这篇专利中保护的电解用电极在导电基材上形成含钌氧化物、铱氧化物以及钛氧化物组成的组中的至少1种氧化物的第一层，在第一层的表面上形成含有钯与铂合金的第二层。该电解用电极在用作离子交换膜法食盐电解中的析氯用的阳极时，显示出低过电压(氯过电压)和优异的耐久性。但是该专利技术的电解用电极，因第二层为钯与铂的合金，当铂、钯的加入量小时，其与含有钌氧化物、铱氧化物以及钛氧化物组成的组中的至少1种氧化物的第一层涂层的附着力不好，第二层易于脱落，想要达到长久的低氯过电压和优异的耐久性的目的，得到稳定的合金，钯、铂的加入量要大，而且铂要达到一定的量才可以，因此电极的成本依旧很高。针对现有技术中存在的问题。有必要研究一种新的电解用阳极，其不但提高了电极的性能，使得电极的氯过电压低，且电解生成的氯气中的含氧量低，电极的生产成本低。
技术实现思路
鉴于上述电解用电极成本高的不足，本专利技术的目的是提供一种低成本的同时具有低氯过电压的电解用电极。本专利技术的技术方案如下：一种电解用电极，包括导电性基材和活性涂层，所述导电性基材为包含钛或钛合金的基材，所述活性涂层至少包含底层涂层和表层涂层，所述底层涂层包含钛氧化物、铱氧化物和钌氧化物，所述表层涂层包含铱氧化物、钌氧化物、钛氧化物、以及钯、铂中的一种或两种元素的金属或氧化物。在其中一个实施例中，所述底层涂层中钌、铱和钛的摩尔百分比为：钌：铱：钛＝30-50％：10-25％：30-45％；所述表层涂层中钌、铱、钛和钯的摩尔百分比为：钌：铱：钛：钯＝30-50％：10-25％：30-45％：2.5-20％。在其中一个实施例中，所述底层涂层中钌、铱和钛的摩尔百分比为：钌：铱：钛＝30-50％：10-25％：30-45％；所述表层涂层中钌、铱、钛和铂的摩尔百分比为：钌：铱：钛：铂＝30-50％：10-25％：30-45％：2.5-20％。在其中一个实施例中，所述底层涂层中钌、铱和钛的摩尔百分比为：钌：铱：钛＝30-50％：10-25％：30-45％；所述表层涂层中钌、铱、钛、钯和铂的摩尔百分比为：钌：铱：钛：钯：铂＝30-50％：10-25％：30-45％：2.5-20％：2.5-20％。在其中一个实施例中，所述底层涂层中还包括锆氧化物，所述底层涂层中钌、铱、钛和锆的摩尔百分比为：钌：铱：钛：锆＝30-50％：10-25％：30-45％：2-10％；所述表层涂层中钌、铱、钛和钯的摩尔百分比为：钌：铱：钛：钯＝30-50％：10-25％：30-45％：2.5-20％。在其中一个实施例中，所述底层涂层中还包括锆氧化物，所述底层涂层中钌：铱：钛和锆的摩尔百分比为：钌：铱：钛：锆＝30-50％：10-25％：30-45％：2-10％；所述表层涂层中钌、铱、钛和铂的摩尔百分比为，钌：铱：钛：铂＝30-50％：10-25％：30-45％：2.5-20％。在其中一个实施例中，所述底层涂层中还包括锆氧化物，所述底层涂层中钌：铱：钛和锆的摩尔百分比为钌：铱：钛：锆＝30-50％：10-25％：30-45％：2-10％；所述表层涂层中钌、铱、钛、钯和铂的摩尔百分比为，钌：铱：钛：钯：铂＝30-50％：10-25％：30-45％：2.5-20％：2.5-20％。在其中一个实施例中，所述底层涂层的厚度为5～15微米，所述表层涂层的厚度为1～5微米。本专利技术还提供一种电解槽，所述电解槽的阳极为上述的电解用电极。上述的电解用电极的制备方法，包括如下步骤：预处理；首先对导电性基材进行去污处理，然后对所述导电性基材进行喷砂处理；退火处理；对喷砂后的所述导电性基材进行退火处理，所述退火处理的温度为450℃-600℃，时间为30-120min；底层涂层涂覆；配置底层涂层溶液，然后将所述底层涂层溶液涂覆至经退火处理的导电性基材上，之后采用热分解烧制方法烧制成型；表层涂层涂覆；配置表层涂层溶液，然后将所述表层涂层溶液涂覆至已经涂覆有底层涂层的导电性基材上，之后采用热分解烧制方法烧制成型。在其中一个实施例中，所述表层涂层溶液配置时采用的是钯和/或铂元素的盐酸盐或硝酸盐。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的电解用电极采用了双层涂层，相比只含有钌、铱、钛的单层涂层，其电极活性更好，且电极的析氯电位低，析氧电位高，电极的使用寿命更长，电解稳定性更好。(2)本专利技术的电解用电极，底层涂层中含有价格稍低的钌、铱、钛元素；表层涂层中除含有钌、铱、钛元素外，还含有价格较高的钯、铂元素，相比只含有钌、铱、钛、钯和/或铂的单层涂层，在采用相同的导电基体，相同的涂层面积以及相同的涂层厚度的前提下，其电解的性能相同，但本专利技术的电解用电极因底层涂层未含有钯和/或铂元素，其电极的造价成本低。这样一方面能够使该电极的析氯电位降低，从而使得电解槽槽压降低，大大降低了氯碱制造中的能耗，同时降低了产品氯中的含氧量，所产生的氯气纯度很高；另一方面降低了该电极的生产成本，再者提高了电解用电极的表面涂层之间的附着力，延长其使用寿命。(3)铂不仅价格昂贵，且烧付中铂在沉积过程中损失很多，而本专利技术的电解用阳极，使铂的沉积率大大提升，在表层涂层中添加少量铂即可达到降低析氯电位和氯中含氧的目的，从而大大节约了成本；氧化钯具有良好的电催化性能，但氧化钯由于涂层表面有一部分还原成金属钯而导致其耐久性差本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电解用电极，包括导电性基材和活性涂层，其特征在于，所述导电性基材为包含钛或钛合金的基材，所述活性涂层至少包含底层涂层和表层涂层，所述底层涂层包含钛氧化物、铱氧化物和钌氧化物，所述表层涂层包含铱氧化物、钌氧化物、钛氧化物、以及钯、铂中的一种或两种元素的金属或氧化物。

【技术特征摘要】
1.一种电解用电极，包括导电性基材和活性涂层，其特征在于，所述导电性基材为包含钛或钛合金的基材，所述活性涂层至少包含底层涂层和表层涂层，所述底层涂层包含钛氧化物、铱氧化物和钌氧化物，所述表层涂层包含铱氧化物、钌氧化物、钛氧化物、以及钯、铂中的一种或两种元素的金属或氧化物；其中，所述底层涂层中钌、铱和钛的摩尔百分比为：钌：铱：钛＝30-50％：10-25％：30-45％；所述表层涂层中钌、铱、钛和钯的摩尔百分比为：钌：铱：钛：钯＝30-50％：10-25％：30-45％：2.5-20％；或，所述底层涂层中钌、铱和钛的摩尔百分比为：钌：铱：钛＝30-50％：10-25％：30-45％；所述表层涂层中钌、铱、钛和铂的摩尔百分比为：钌：铱：钛：铂＝30-50％：10-25％：30-45％：2.5-20％，或，所述底层涂层中钌、铱和钛的摩尔百分比为：钌：铱：钛＝30-50％：10-25％：30-45％；所述表层涂层中钌、铱、钛、钯和铂的摩尔百分比为：钌：铱：钛：钯：铂＝30-50％：10-25％：30-45％：2.5-20％：2.5-20％。2.根据权利要求1所述的电解用电极，其特征在于：所述底层涂层中还包括锆氧化物，所述底层涂层中钌、铱、钛和锆的摩尔百分比为：钌：铱：钛：锆＝30-50％：10-25％：30-45％：2-10％；所述表层涂层中钌、铱、钛和钯的摩尔百分比为：钌：铱：钛：钯＝30-50％：10-25％：30-45％：2.5-20％。3.根据权利要求1所述的电解用电极，其特征在于：所述底层涂层中还包括锆氧化物，所述底层涂层中钌：铱：钛和锆的摩尔比百分为：钌：铱：钛：锆＝3...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆崖青，于昕，张良虎，康建忠，王伟红，刘怡，
申请(专利权)人：蓝星北京化工机械有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11