[发明专利]贵金属改性钛阳极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高性能电极材料技术领域，特别涉及贵金属改性钛阳极材料的制备方法。

背景技术

钛阳极板材料是电化学工业中得以大量使用的不溶性阳极材料，也称之为尺寸稳定性阳极，即DSA(dimensionally stable anode)，它以金属钛为基体，表面涂敷以贵金属有机配合物或贵金属材料为主要组分的活性涂层，是20世纪60年代末发展起来的一种新型高效电极材料。钛阳极最早用于氯碱工业，现已广泛应用于化工、冶金、电镀、水处理、环保、海洋、阴极保护等领域中。

1、氯碱工业用钛阳极

氯碱工业用钛阳极钛电极最早于1968年由意大利DeNora公司用于氯碱工业生产中。目前，我国烧碱总生产能力为730×104t(1998年)，而美国等几个国家为3000×104t，基本都使用钛阳极电槽。国产30型钛阳极电槽每台需用钛材210kg，这样全世界氯碱工业用的钛电极便消耗钛材约1.54×104t，是一条推广应用钛材的有效途径，同时贵金属表面改性可有效提升金属钛材的深加工价值，可实现大产能和高利润。

2、电沉积提取有色金属用钛阳极阳

电解冶金在湿法冶金工业中已经占有很大的比重。采用电解冶金生产的有色金属有Zn，Cd，Cu，Mn，Co，Cr等。电沉积提取金属最大困难是选用合适的阳极材料。对阳极要求稳定、耐蚀，可长期使用，对阳极过程具有良好的电催化活性，以降低阳极反应的过电位和槽电压。近些年来电沉积提取金属工业已广泛使用涂层钛电极，随着湿法冶金技术成为主流技术，贵金属表面改性钛阳极板材料必将成为这一领域的关键材料。

3、电解法制离子水(碱性离子水和酸性离子水)钛阳极

国内外过去的离子水生成器的阳极、阴极均用钛镀铂电极。钛镀铂电极价格昂贵。采用贵金属表面改性钛阳极板材料，可使电解槽处于高槽电压30V下操作，产出优质的碱性离子水和酸性离子水，各方面性能可与钛镀铂电极相比。且贵金属表面改性钛阳极板材料价格低廉，有利于国产化后。

4、水处理用钛阳极

在工业用水的处理，医院污水的处理，电镀工厂含氰废水的处理，以及发电厂冷却循环水的处理中均要采用高性能的钛阳极材料，采用贵金属表面改性钛阳极板材料可有效地净化处理，使阻垢率大于94％，除垢率大于或等于94％，杀菌率大于97％，灭藻率100％，完全符合污水排放标准。

钛阳极板材料制备一般采用以下几种方法：

(1)热分解制备技术

前躯体溶解在合适的溶剂中形成溶液，将溶液涂覆于预处理的钛基体上，溶剂蒸发，于350～450℃分解，在金属钛基体上形成几个微米厚的配合物层。在热分解过程中，金属钛基体表面被部分氧化形成一层薄的TiOx，隔离了基体金属和涂层材料的连接，增大阳极电阻，影响到配合物层的电化学行为和服役寿命，同时涂层成分和涂液配比不一致，导致涂层结构成分分布不均匀，是部分涂层配合物颗粒过度生长，限制了高性能阳极材料的开发。

(2)溶胶-凝胶法(sol-gel)

日本学者采用sol-gel方法制备了超细RuO₂-TiO₂和RuO₂-TiO₂-SnO₂钛阳极材料，采用此工艺可开发纳米结构钛阳极材料，提高阳极活性和耐腐蚀性能。但采用sol-gel方法需在400℃下烧结，会生成锐钛矿氧化钛，急剧恶化阳极性能，也不可避免造成机体恶化。从原料来看，因sol-gel法需采用金属醇盐作为前躯体，而贵金属醇盐合成难度大，化学性质活泼，易于水解沉淀，因而造成sol-gel法在实施中受到较大的限制。

(3)Pechini制备工艺

采用溶液聚合方法，在多羟基醇的作用下，有机酸与金属离子形成螯合物，螯合物在加热过程中聚酯化，形成按化学计量比均匀分布的聚酯树脂，并在高温下获得贵金属有机配合物涂层。

近年来，阳极制备方法随着新工艺和新技术的采用，又发展了一些新的制备工艺，如：电磁感应加热法(electromagnetic induction heating)，采用电磁感应加热使前躯体快速分解减少基体氧化，但耗时较长需3～10小时。激光加热法，采用CO₂激光器作为发热源，可大大缩短加热时间，极大减弱基体的氧化，但整个操作工艺控制参数较多，操作复杂，质量难以控制。