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Ti/SnO2-MnOx-RuO2/MnO2电极的制备及其析氧、析氯性能

更新时间:2009-03-28

化学工业发展的必然方向是开发对环境污染小的化学工业生产过程,在化工生产过程中电解法处理有机废水和有机电化学合成成为实现绿色化工生产过程的重要手段[1-3].氯化钴溶液电解过程中,会有大量的氯气产生,产生的氯气严重污染车间环境,且对车间工人的身体健康造成很大危害[4].钴电沉积过程中,电极处于“核心”位置,电极和溶液的接界处发生电解反应,且电极析氧电位的高低,严重影响着氯气的产生量.同时,电极的寿命长短和电阻的大小影响着实际当中的经济效益.

因此,氧化物涂层阳极的出现使得电解过程中使用的阳极材料的发展进入到新阶段[5],为制备析氧电位和析氯电位接近、使用寿命长的电极奠定了基础.匙春华[6]的研究表明,钛基二氧化锰涂层电极的析氧电位低,析氧电催化活性高,但是其使用寿命短、导电性能差以及电阻大.由于实际需要,电解过程中使用的电极材料应该具有使用寿命长、稳定性好、耐腐蚀强以及催化活性高等特性[7].

目前,析氧电位比析氯电位低的电极还不存在,因而在前人研究的基础上,制备使用寿命长,导电性能良好且析氧电位和析氯电位相接近的阳极,以便在电解氯化物溶液的过程中产生部分氧气,减少氯气产生量是非常必要的.

孟导总算找到几枚还算值钱的古钱币,分别是参考价5 0 0 0元的背书满文宝浙局的新疆红钱和老贾随后辨认的两枚同款的母钱(背书满文宝泉的母钱,各值1 0 0 0元)。还有各种百元左右的红钱。不过总共加在一起,孟导这堆‘乾隆通宝’也难超过一万。

1 制备及性能测试

1.1 电极制备

1.1.1 钛基体的预处理

1.1.3 活性层的制备

激光淬火技术作为一种新型的热处理工艺,与传统表面淬火技术相比,具有加热速度快、所得组织细密、淬硬性高、不变形等特点,并且技术适用性广,不受感应器制作难度的限制。本文首先将对激光淬火工艺技术作一详细说明,其次对工厂生产的缸筒进行了局部激光淬火,最后提出了生产中存在的主要问题及一些改进措施。

将SnCl4·5H2O、50%Mn(NO3)2水溶液和RuCl3·xH2O按Sn、Mn、Ru的摩尔比为1∶0.5∶0.01比例溶于正丁醇中,作为采用热分解法制备中间层的涂液.将配置好的涂液刷涂到经过预处理后的钛基体上,在烘箱温度为110 ℃条件下烘烤,然后放到一定温度的马弗炉中(350 ℃、400 ℃、450 ℃、500 ℃)热分解10 min,电极凉到室温后再刷涂下一层,共刷涂四次,最后一次热分解1 h.

1.1.2 电极中间层的制备

先后分别用360目和600目的砂纸对规格为50.0 mm*10.0 mm*1.0 mm的钛基体进行打磨处理,直至表面呈现金属光泽.将打磨后的钛基体用蒸馏水冲洗干净后置于10%的NaOH溶液中,碱液超声清洗除去钛基体表面的油分.0.5 h后取出钛基体,用蒸馏水冲洗干净,再将钛基体置于10%的微沸草酸中蚀刻2 h,经过草酸蚀刻后的钛板表面呈灰色无光泽状态.干燥后保存在无水乙醇中备用.

试验过程中采用热分解法制备电极表面活性层,在制备好中间层的电极上,均匀涂覆50%Mn(NO3)2水溶液.放入90 ℃烘箱中烘干,随后放入400 ℃的马弗炉中高温热分解15 min,从马弗炉中取出后冷却至室温,再进行涂覆下一层.反复涂覆12次,最后一次热分解1 h.

电极制备过程中,先在Ti基体和活性层之间制备中间层,致密的中间层能够有效阻止电解液透过活性层到钛基体表面.活性层和钛基体之间添加中间层的主要目的是为了提高电解过程中电极的使用寿命.中间层氧化物具有导电性和粘结力强、抵抗酸腐蚀能力强以及能与表面活性层形成固溶体等特性[10].数据见图1.中间层单位面积重量的计算公式如下:

1.2 电极性能测试

1.2.1 Ti/SnO2-MnOx-RuO2寿命测试[8]

摘 要:在大力推进教育现代化的进程中,教育信息化建设是学校的中心工作,其水平也逐渐被各级教育应行政部门作为衡量学校办学水平的一个重要指标,而师生信息技术应用能力的强与弱将直接关系到学校教育信息化水平。从管理、培训、竞赛、应用和科研等方面对师生信息技术应用能力的提升工作进行研究,找出对策。

以Ti/SnO2-MnOx-RuO2为电解的阳极,钛基体为阴极,在电流密度为500 A·m-2的条件下,电解0.5 mol·L-1的硫酸,随时记录试验现象.

1.2.2 析氧、析氯性能测试

采用三电极体系,以制备的电极为工作电极,辅助电极和参比电极分别采用铂电极和Ag/AgCl电极[9].在25 ℃的条件下,分别电解1 mol·L-1的H2SO4和NaCl溶液,利用DJS-292型双显恒电位仪(上海雷磁仪器厂)测定析氧与析氯极化曲线.

可见,生产力、生产方式、经济基础的决定作用是“归根到底”意义上的,在实际的历史行程中,上层建筑包括政治体制、法律制度、意识形态,当然也包括领袖人物的活动,都会对经济基础产生这样那样的反作用,而且往往决定着历史运动的“斗争形式”。历史上的成功的变法、革命、改革,都是例证。这些变法、革命、改革,推动了国家经济、政治、文化、教育、交通、军事、财政等领域的迅速进步,都会对时代产生重要影响,其中成果卓著者则会开创新时代。

以开路时参比电极相对于研究电极电位为起始恒电位,以后每次将电压值增大50 mV,记录1 min后的电流值,直到研究电极表面有大量气泡溢出,停止测量.

十八大以来,通过全面从严治党,已经形成反腐败压倒性态势,但取得反腐败压倒性胜利的任务依然艰巨复杂;不敢腐的治标效果得到了初步实现,但不能腐的制度制约和不想腐的治本之策依然尚未形成。基于已有的治党成效和党面临的现实状况,党中央提出了“推动全面从严治党向纵深发展”这一论断,具有科学理论指导性和强烈现实针对性,对于实现新时代党的历史使命、解决党内突出矛盾和深层次问题、有效应对“四大考验”与“四大危险”具有重要意义。

1.2.3 电极寿命的测试[8]

用线性直流稳流电源(佛山威捷电子设备制造厂),以制备的电极为阳极,钛板为阴极,测定电极在25 ℃,0.5 mol·L-1的H2SO4水溶液中、恒流500 A·m-2条件下的电极寿命.电解过程中电压上升10 V认为电极失效,此时的电解时间为电极的寿命.

血清CA19-9、CEA水平已被证实与胰腺癌的病情变化及对治疗的反应相关[4,12],是目前胰腺癌诊断及预后判断中应用最为广泛的2种血清肿瘤标志物。近年研究发现血清CA125水平与胰腺癌的肝转移及手术获益相关[13-14]。血清CA242与CA724也是临床中常用的与消化道肿瘤相关的肿瘤标志物,但敏感度和特异度并不高。本研究结果显示血清CA19-9和CEA水平升高是晚期胰腺癌患者预后不良的危险因素,而血清CA242、CA125、CA724与患者预后的关系不明显,再次证实血清CA19-9和CEA水平是预测胰腺癌患者的预后重要指标。

2 结果与讨论

2.1 电极制备条件

2.1.1 中间层制备条件

术前以及术后血糖控制时间、切口愈合时间:研究组显著较对照组短,差异有统计学意义(P<0.05),见表1。

 

其中:i为中间层单位面积的重量,g·m-2G0为钛板的重量,g·m-2G1为制备中间层后钛板重量,g·m-2S为涂层的总面积,m2.

图1显示,在温度低于或高于450 ℃,制备的中间层单位面积含量都比450 ℃高.在25 ℃,电流密度为500 A·m-2条件下,以该电极为阳极,以钛基体为阴极,电解0.5 mol·L-1的H2SO4溶液.电解过程中的试验现象表明,虽然在不同温度下制备的中间层表面均匀致密,但450 ℃条件下制备的中间层比其他温度下制备的中间层结合更牢固.文献研究表明[11],在450 ℃的条件下,中间层涂液能够被氧化形成SnO2-MnOx-RuO2.因此,中间层的最佳制备温度为450 ℃.

  

图1 中间层灼烧温度和涂层重量Fig.1 Interlayer ignition temperature and coating weight

450 ℃时制备的中间层与Ti基体结合牢固的主要原因包括两个方面:1)该温度下晶体发育完全、粒径小、数量多、活性点多以及中间层表面均匀致密,能够很好的阻挡氧化物质和电解液渗入,防止基体表面形成TiO2钝化膜,有效提高电极使用周期;2)其他温度下制备的中间层,前躯体为SnCl4,Mn(NO3)2,RuCl3等盐类物质未被完全氧化分解成为SnO2-MnOx-RuO2.

(5)加强猪场的清洁和消毒措施,对粪便、尿液等废弃物要及时清理,对食槽、水槽、用具等定期冲洗、消毒。对外来人员以及出入养殖场的工作人员要严格执行消毒制度。另外,养猪场内不能饲养宠物[6]。

2.1.2 表面活性层制备条件

极化曲线上Tafel区间,如图3所示.

2.2 析氧析氯机理及电位

耿广威[5]以Ru-Ti金属氧化物涂层阳极为例,分析了在电解含有氯离子的溶液时,在阳极产生氯气的主要原因是Ru4+空穴带吸附Cl-电子,使Cl-氧化为Cl+,最终产生Cl2.反应的总方程式为

 

文献[6,12]记载了析氧反应机理和析氯反应机理.廖永兰[12]对pH<7溶液中的析氧反应的机理进行了研究(M是活性中心金属元素).在电解过程中,电解液中的H2O被氧化成·OH(MOx(·OH))且氧化后的产物具有吸附作用.在氧化物晶格中·OH提供的氧形成高氧化态MOx+1.MOx+1,·OH和·OH(MOx(·OH))在电解过程中产生氧气.总反应方程式如下:

2Cl-→Cl2+2e.

Ti/SnO2-MnOx-RuO2/MnO2电极的析氧、析氯极化曲线见图2.

创投行业的规模迅速扩大,该行业的发展对促进实体经济发展的影响日益增强。建议按照“放管服”的总体思想,进一步完善创投行业发展的内外环境。

  

图2 析氧、析氯极化曲线Fig.2 Curves of oxygen evolution and culorine evolution

图2中的极化曲线由弱极化区和强极化区两部分构成,即前一段析氧、析氯反应不明显的平缓区和后一段反应明显的区域.图2显示,第二阶段的电流显著增大.曲线中第一阶段向第二阶段过渡的拐角处,即为析氧和析氯发生点.电解过程中,当电位为1.59 V和1.55 V时,在电极的表面分别产生大量的氧气和氯气.与曲线上析氧、析氯发生点对应的数据相吻合,即电极的析氧电位为1.59 V,析氯电位为1.55 V.析氯电位比析氧电位低0.03 V,两者电位基本接近,有利于氯化物溶液的电解过程中产生部分氧气.

活性层制备工艺采用高温灼烧法.不同灼烧温度下,形成氧化物的晶体种类和形状完全不同.一般会形成两种类型,即α-Mn2O3β-MnO2.α-Mn2O3的优点是能够有效降低析氧电位,氧催化活性高,其缺点是导电性差,而β-MnO2的优点是导电性能好.因此,若制备的电极活性层中同时含有α-Mn2O3β-MnO2时,既对析氧反应有利,同时有利于电极的导电性.文献[9]研究表明,在焙烧温度为300~400 ℃之间,活性层中会同时生产α-Mn2O3β-MnO2两种晶粒.在制备温度为400 ℃条件下,制备的电极电催化活性较高且导电性良好.因而试验过程中,将电极活性层的制备温度确定为400 ℃.

图3中,横轴为电流密度对数值,纵轴为过电位.电极电位和电流密度符合公式η=a+b1g j0.

其中:j0为电流密度,A·cm-2η为电流密度j0下的超电势,V;a为直线截距;b为斜率,b值反应了析氧反应和析氯反应的控制步骤,分析拟合可以得到动力学参数ab值.a值小耗电量小,j0值大反应速率快.

  

图3 析氧、析氯Tafel曲线Fig.3 Tafel curve of oxygen evolution and chlorine evolution

图3中,在横坐标值相同时,析氧曲线对应的超电势值大于析氯曲线对应的值.超电势的大小反应了电极析氧、析氯催化活性大小.超电势大,催化活性小,即该电极的析氧催化活性比析氯催化活性差.电极活性层制备条件对电极的催化活性有很大的影响,主要原因在于外层的表面形貌和晶粒大小,对活性层晶粒的排列和形成产生影响.曲线斜率b的不同说明电极表面发生反应时的控制步骤不同,斜率大表明电极表面发生反应时释放电子的速率慢,对曲线的拟合数据显示,析氧曲线的斜率为1.466,比析氯曲线的斜率1.405 8大,即在电极的表面容易发生析氯反应,不易发生析氧反应.电极超电势和斜率的拟合数据如表1所列.

和大多数老师一样,这一年的教育教学生活简单而又平凡,在平淡中,我静静地享受着阳光、夜风、花香,畅想着未来桃李满天下的自豪与快乐……就这样,我在学生给予的感动和难堪中不停折磨着自己,也时不时提醒着自己拥有的那些小小的幸福。

 

表1 ab值拟合结果

 

Tab.1 Fitted out values of a and b

  

电极曲线a/Vb/VTi/SnO2MnOxRuO2/MnO2析氧曲线0.43611.466析氯曲线0.36931.4058

2.3 电极寿命

采用阳极快速寿命检测方法测得电极在25 ℃,0.5 mol·L-1的H2SO4溶液、500 A·m-2恒流条件下的强化电极寿命为8 h.经过8 h的持续运行,电极表面严重剥落.该电极失活的主要原因是在使用过程中,活性涂层中耐腐蚀性较弱的部分遭破坏,使得钛基体与活性层之间存在裂纹,电解液通过裂缝到钛基体表面,破坏整个电极的完整性.此外,表面涂层剥落还受到活性层与基体不同膨胀系数以及电极几何形状的影响.

文献[13]研究表明,电极表面的严重剥落造成的后果是TiO2绝缘层的形成与电极析氧活性中心的消失.电极失活的主要原因是氧化物涂层的溶解消耗、氧化物涂层的脱落与剥离、在氧化物层和基体间有TiO2钝化膜生成,导致电极失活的主要原因还有待进一步研究.

3 结论

本试验的创新点主要包括两部分,1)确定析氧电位较低的Ti/SnO2-MnOx-RuO2/MnO2电极制备的最佳条件.2)试验确定了制备的电极在电解过程中能够产生部分的氧气,减少了因大量产生氯气造成的污染问题.

在电极的制备过程中,为了使活性层和钛基体结合牢固,延长电极使用寿命,将中间层的温度确定为450 ℃.在活性层制备试验中,为了使制备的电极活性层中有导电性能好的β-MnO2成分和对析氧反应有利的α-Mn2O3,最终将活性层的制备温度确定为400 ℃.

试验发现,Ti/SnO2-MnOx-RuO2/MnO2电极的析氧电位比析氯电位高出0.03 V,析氧电位相对较低,即产生氯气的同时又产生氧气.另外,从经济方面考虑,MnO2为非贵金属,适合大规模应用.因而,适合作为氯化钴溶液电解过程中的阳极使用.

但是,该电极的使用寿命较短,仅仅为8 h.因此,在后续的研究过程中,为了使析氯电位与析氧电位的差值比0.03 V更小且使电极的使用寿延长,优化Ti/SnO2-MnOx-RuO2/MnO2电极的制备条件很有必要.

参考文献:

[1] DEVILLIERS D,THI M T D,MAHE E,et al.Cr(III) oxidation with lead dioxide-based anodes[J].Electrochim Acta,2003,48(28):4301-4309.

[2] 贡长生.绿色化工——我国化学工业可持续发展的必由之路[J].现代化工,2002,22(1):8-14.

[3] CHEN X M,GAO F R,CHEN G H.Comparison of Ti/BDD and Ti/SnO2-Sb2O5 electrodes for pollutant oxidation[J].Journal of Applied Electrochemistry,2005,35(2):185-191.

[4] 李广.低析氧电位电极的研究与制备[D].兰州:兰州交通大学,2015.

[5] 耿广威.析氯析氧催化电极的制备及其性能研究[D].郑州:郑州大学,2013.

[6] 匙春华.析氧半导体电极的制备与性能测试[D].兰州:兰州交通大学,2013.

[7] 王雅琼,王鹏,沙红霞,等.RuO2含量对Ti/SnO2+Sb2O3/RuO2+PbO2阳极性能的影响[J].稀有金属材料与工程,2007,36(3):424-427.

[8] 梁镇海,李付合,宋秀丽,等.循环伏安法测定Ti/SnO2+Sb2Ox/PbO2阳极的分形维数及电催化性能[J].太原理工大学学报,2011,42(5):457-461.

[9] 沙红霞.制备方法对二氧化铅电极结构及性能的影响[D].江苏:扬州大学,2008:1-78.

[10] 梁镇海,王森,孙彦平,等.Ti/MnOx型阳极的中间层研究[J].贵州科学,1994,12(4):33-36.

[11] 张蕴珊,刘瑞霞.Ti基MnOx型DSA析氧电极材料的性能[J].材料科学进展,1992,6(1):47-51.

[12] 廖永兰.Ti/SnO2+Sb2O5+IrO2+Ta2O5复合电极的制备与性能研究[D].大连:大连理工大学,2008:1-70.

[13] T.The reason for the loss of activity of titanium anodes coated with a layer of RuO2 a TiO2[J].Journal of Applied Electrochemistry,1977,7(3):211-214.

 
李艳红,王三反,李志伟,张学敏
《兰州交通大学学报》2018年第01期文献

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