一种可用于频繁倒极的长寿命析氯电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可用于频繁倒极的长寿命析氯电极及其制备方法，所述电极由钛基体、铂中间层和表面的含钌的金属氧化物涂层构成，是一种能够在频繁倒极工况下使用的长寿命DSA型析氯电极。其制备步骤是：(1)将钛片除油、酸洗、称量后备用；(2)使用石墨电极作为阳极、钛片作为阴极在氯铂酸、盐酸溶液中电沉积铂作为中间层；(3)在中间层上涂覆三氯化钌通过热分解法制备二氧化钌涂层。该电极增大了电极的氯氧电位差，能够保证电极的析氯电位和电流效率。由于钛镀铂电极拥有正反方向电解性能，加入的铂中间层保护了钛基体不受腐蚀而钝化，有效防止活性层氧化物被还原。该电极可大幅降低能耗，使用寿命得以延长。使用寿命得以延长。使用寿命得以延长。

【技术实现步骤摘要】
一种可用于频繁倒极的长寿命析氯电极及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电化学
，特别是可用于频繁倒极的长寿命DSA型析氯电极，具体为一种带有铂中间层的钛基二氧化钌电极。

技术介绍

[0002]DSA电极(Dimensionally Stable Anode)称为尺寸稳定阳极，是以钛为基体，表面带有电催化剂组分的金属氧化物电极。因其具有优异的电催化活性、稳定性和耐腐蚀性而受到广泛关注。1968年De Nora公司率先将H.Beer专利技术的钛基钌钛金属氧化物涂层电极应用于氯碱工业，大幅度提高了氯碱工业的技术水平，同时在电化学工业领域快速推广，几乎取代了石墨阳极、铅电极和铂电极等传统电极，取得显著的经济效益，而且推动了电化学科学和工业技术的发展。电极结垢是电化学水处理中的常见问题。当采用电解海水制氯及生产去离子水时，海水中的Ca
2+
、Mg
2+
等硬度离子会在阴极富集，并与水中的HCO3‑
和阴极析氢反应产生的OH
‑
结合生成难溶性的CaCO3与Mg(OH)2垢层，然而这种垢层覆盖在电极表面，阻碍电化学反应。倒极脱垢是目前工业中常用的一种除垢方法。与机械刮擦脱垢、空气冲刷脱垢相比，倒极脱垢操作简单、脱垢效果佳，不需要另外增设阴极刮擦板，降低了设备的安装难度。但是这类传统DSA电极通常只能用作阳极，且工作时极性不发生变化，若经历倒极操作，活性涂层会脱落，电极迅速失效。因此，寻求一种在倒极条件下保持性能稳定的电极至关重要。
[0003]中国专利申请CN113072138A公开了一种使用铱、钽、铑等贵金属制备倒极DSA电极。该专利技术虽然能够提升电极在频繁倒极使用下的寿命，但材料中使用较多含铱、铑等贵金属，电极成本很高。
[0004]本专利技术依据现有电极制备技术，针对目前倒极析氯电极寿命较短，析氯性能较弱的现状，提出了一种在频繁倒极使用工况下具有长寿命的具有铂中间层的钛基二氧化钌涂层的析氯电极，可以应用于电解过程频繁倒极除垢，并能够降低电极成本，提高电流效率，延长电极寿命。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的问题在于针对上述现有电极的不足，提供一种成本低、比表面积大、析氯性能好、倒极寿命长的电极材料。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种可用于频繁倒极的长寿命析氯电极，所述电极由钛基体、铂中间层和表面的含钌的金属氧化物涂层构成；其中，铂中间层由电沉积法制备，表面的含钌的金属氧化物涂层通过将含钌的金属氧化物涂层涂液刷涂在所述的铂中间层上，烘干后于450～550℃热处理获得；
[0008]所述含钌的金属氧化物涂层涂液中三氯化钌、盐酸和有机溶剂的质量比为1：10：100；所述有机溶剂为正丁醇、异丙醇或乙醇。
[0009]所述铂中间层在钛基体上的负载量为0.5～3mg/cm2。
[0010]本专利技术提供了可用于频繁倒极的长寿命析氯电极的制备方法，包括以下步骤：
[0011](1)对钛基体进行表面预处理，用热碱溶液除去钛金属表面油污，用蚀刻法除去表面氧化膜，形成麻面的新鲜钛基体。
[0012](2)以石墨电极作为阳极，新鲜钛基体作为阴极，在含铂盐的电镀液中电沉积，在钛基体表面上形成铂中间层(Ti/Pt)。
[0013](3)配制含钌的金属氧化物涂层涂液，将涂液刷涂在(2)所述的铂中间层上，烘干后于450～550℃热处理5min，冷却至室温，重复操作直至达到设计的涂液量，然后在450～550℃的条件下热处理0.5h～1h，得到目标电极；
[0014]所述金属氧化物涂层涂液中三氯化钌、盐酸、有机溶剂的质量比为1：10：100。所述金属氧化物涂液的有机溶剂为正丁醇、异丙醇或乙醇。
[0015]上述步骤(1)中所述的蚀刻法蚀刻溶液为质量浓度为10～30％的盐酸溶液，蚀刻时间0.5h～1h。
[0016]上述步骤(2)中所述电镀液中铂盐、盐酸、水的质量比为1：200：200。
[0017]上述步骤(2)所述电沉积铂中间层条件为：常温下以60～500mA/cm2的电流密度电沉积0.5～3h。
[0018]本专利技术与现有技术相比有以下优点：
[0019]采用较简单的工艺，电沉积铂中间层可使铂均匀分布在钛基体表面并与其紧密结合，形成微纳颗粒结构的铂中间层，带有微纳颗粒结构含钌的金属氧化物涂层均匀的分散在结合在铂中间层表面；电极表面的微纳颗粒结构使活性层的晶粒细化，增强电极的电化学活性，同时使中间层与活性层的结合力增强，进一步延长电极的使用寿命。
[0020]该电极增大了电极的氯氧电位差，能够保证电极的析氯电位和电流效率。铂中间层的加入保护了钛基体不受腐蚀而钝化，增强了电极在频繁倒极工作条件下的耐腐蚀性能，从而大大提高了在倒极条件下的电极寿命。同时铂中间层的加入有效防止活性层氧化物被还原，大电流下阳极析氧电位比Ti/IrO2‑
Ta2O5涂层阳极高。因此采用这种方法制备出的电极可大幅降低能耗，使用寿命得以延长。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例1制备的一种可用于频繁倒极的长寿命析氯电极与工业常用的Ti/RuO2‑
TiO2电极、在频繁倒极条件下的加速寿命测试曲线图(5min/次、电流密度4A/cm2、电解液为10wt％H2SO4)。
[0022]图2本专利技术实施例1制备的为镀铂中间层电极的SEM示意图。
[0023]图3为本专利技术实施例1制备的一种可用于频繁倒极的长寿命析氯电极的SEM示意图。
[0024]图4为本专利技术实施例1制备的一种可用于频繁倒极的长寿命析氯电极、镀铂中间层电极、工业常用的Ti/RuO2‑
TiO2电极的析氯曲线图。
具体实施方式
[0025]下面以具体实施例的形式对本专利技术技术方案做进一步解释和说明。
[0026]实施例1：
[0027](1)用热的氢氧化钠溶液除去钛基体油污，用超声清洗充分除去钛基体表面残留的附着物，用30wt％的盐酸煮沸1小时，得到麻面的新鲜钛基体。
[0028](2)以石墨电极作为阳极，1cm
×
2cm大小的新鲜钛基体作为阴极，在含铂盐的电镀液中电沉积，在钛表面上形成铂中间层。电镀液中铂盐、盐酸、水的质量比为1：200：200。电沉积条件为：常温下以60mA/cm2的电流密度电沉积0.5h，称量铂中间层负载量为1mg/cm2。
[0029](3)按三氯化钌、盐酸、有机溶剂的质量比为1：10：100配置涂液，有机溶剂为正丁醇，涂液量为5mL。
[0030](4)将步骤(3)配置的涂液刷涂于步骤(2)得到的Ti/Pt中间层上，烘干后于450℃的条件下热分解5min，冷却至室温。
[0031](5)重复步骤(4)至需要的涂层厚度，然后在450℃的条件下热处理1h即得所需电极。
[0032]如图1所示，本实施例制备的电极结构稳定，在电流密度40000A/m2，25℃，倒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可用于频繁倒极的长寿命析氯电极，其特征在于，所述电极由钛基体、铂中间层和表面的含钌的金属氧化物涂层构成；其中，铂中间层由电沉积法制备，表面的含钌的金属氧化物涂层通过将含钌的金属氧化物涂层涂液刷涂在所述的铂中间层上，烘干后于450～550℃热处理获得；所述含钌的金属氧化物涂层涂液中三氯化钌、盐酸和有机溶剂的质量比为1：10：100；所述有机溶剂为正丁醇、异丙醇或乙醇。2.根据权利要求1所述的可用于频繁倒极的长寿命析氯电极，其特征在于，铂中间层在钛基体上的负载量为0.5～3mg/cm2。3.一种如权利要求1所述可用于频繁倒极的长寿命析氯电极的制备方法，其特征在于，该方法的步骤如下：(1)对钛基体进行表面预处理，用热碱溶液除去钛金属表面油污，用蚀刻法除去表面氧化膜，形成麻面的新鲜钛基体；(2)以石墨电极作为阳极，新鲜钛基体作为阴极，在含铂盐的电镀液中电沉积，在钛...

【专利技术属性】
技术研发人员：林海波，信德元，林楠，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：