[发明专利]一种耐酸阳极的制备方法

说明书

一、技术领域

本发明耐酸阳极的制备方法属于电化学工程技术领域，具体来讲是一种用于电解过程中的电极催化剂及其制备方法。

二、背景技术

由于硫酸溶液具有高的导电率，性质稳定和价格低廉等优点。所以许多电化学合成及其它体系需在硫酸溶液中进行，例如有色金属冶炼、氯碱工业、有机电合成等。但是硫酸溶液的强腐蚀性和阳极放出的新生态氧的强氧化性，使得满足工业生产的阳极材料十分匮乏。理想的阳极应具有导电性好、催化活性高、寿命长、表面积大、价格低、污染小等特点。因此，研发电催化性能好、耐腐蚀、寿命长、成本低的阳极材料对电化学领域的化工生产具有重要的意义。

金属作为电极已有很多的研究报道，例如有色金属电积长期使用的阳极是金属铅，这是基于金属铅良好的导电性、低廉的成本及在硫酸溶液中较好的耐化学和电化学腐蚀性能。但是以纯铅作为阳极材料，存在以下不足：(1)铅阳极较软，在使用中容易发生弯曲变形，造成短路；(2)析氧过电位高，消耗大量的电能；(3)在电积过程中铅表面会被氧化形成二氧化铅，在二氧化铅微小的孔隙中，导致会生成PbSO₄绝缘物，电极电阻变大，电极寿命缩短；(4)阳极腐蚀产物(铅离子)在阴极共沉积影响阴极产品纯度；继而在上世纪60年代一种既廉价又耐用的DSA(Dimensionally Stable Anode)便应用而生。DSA克服了传统石墨电极，铂电极、铅合金电极等存在的缺点，具有耐腐蚀性好、电能消耗少和使用寿命长等优点。但是考虑到贵金属成本较高，产量不多，储量也有限，开发非贵金属氧化物阳极则更具有实际意义；当今，非贵金属氧化物电极主要有钛基二氧化锰、钛基二氧化铅、钛基二氧化锡、钛基氧化钴和碳基氧化物等类型，此种阳极的主要缺点是在电解使用过程中，阳极放出的氧使钛钝化而导致电极电阻增大，电极失效。已报道的Ti/MO₂研究中，大多使用Ti/MnO₂和Ti/PbO₂阳极，但存在明显的问题，主要是：(1)钛基体表面二氧化钛绝缘层的形成，使导电能力降低。(2)钛基体与表面活性层的结合力差，致使表面活性层脱落，尤其在强腐蚀性的酸性溶液中更为严重。因此，开发耐酸非贵金属氧化物阳极具有重要的实际意义。

三、发明内容

本发明一种耐酸阳极的制备方法的目的在于解决上述现有技术中存在的难以解决的问题，一公开种在稀土催渗情况下对钛基体共渗B、C和N中的一种或两种或三种的技术方案，同时提供一种在硫酸溶液中，寿命长、电催化活性、耐磨性和耐腐蚀性好的阳极材料，使这种电极特别适用于有放氧的电解生产和有机电解过程。

本发明一种耐酸阳极，其特征在于是一种由钛基体、固溶体中间层和活化层组成的耐酸阳极，其上所述的钛基体为经过共渗B、C和N中的一种、两种或三种进行基体表面合金化的钛基体，其上所述的固溶体中间层为利用电沉积、热分解和溶胶凝胶组合技术制备的稀土、Sn和Sb氧化物掺杂固溶体中间层，其上所述的活化层是以PbO₂或MnO₂作为活化层。

上述一种耐酸阳极的制备方法，其特征在于：

I钛基体的预处理：

原料：氢氧化钠、草酸、盐酸和钛板，

处理液配比：NaOH：10～30％，草酸和盐酸的混合液：10～30％，其余为水，

处理方法：首先用120号砂纸和1号水砂纸对钛板70mm×10mm×1mm或钛网打磨，再用一定浓度的NaOH溶液、草酸和盐酸的混合液在30～90℃下分别处理1～6h，将钛板刻蚀成麻面，用蒸馏水洗涤并干燥；

II钛基体的表面合金化处理：

利用双层辉光离子渗金属技术对钛基体进行表面合金化的渗金属处理，在稀土元素Y或Ce的催渗作用下对钛基体共渗B、C和N中的一种、两种或三种，取I预处理过的钛基体阴极和石墨源极装入双层辉光离子渗金属炉的真空室内，将Ce或Y稀土催渗剂或BCl₃放置于阴极表面，用真空机抽真空至5×10^-3Pa，通入氩气、氮气或者两者的混合气体，使其分压达到20～100Pa，同时加上从200～700V的钛基体工件偏压电压和300～1200V的源极电压，使钛基体和石墨源极之间产生空芯阴极放电，控制钛基体试样温度800～1000℃，恒温3～5小时，得到稀土Y或Ce元素催渗情况下的渗C层、共渗C和N层或共渗B、C和N层；

III固溶体中间层的制备：