鈦陽極網(wǎng)
鈦陽極網(wǎng)是電化學(xué)工業(yè)中支撐行業(yè)發(fā)展的核心產(chǎn)品
早期電化學(xué)工業(yè)中常用的石墨電極,雖曾在導(dǎo)電和電極反應(yīng)中發(fā)揮過作用,但因其機械強度欠佳,在使用中容易磨損、破碎 ,且在腐蝕性環(huán)境里耐腐蝕性不足,難以在嚴(yán)苛的電化學(xué)領(lǐng)域上持續(xù)工作,這極大地限制了它在眾多電化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用。
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隨著材料科學(xué)研究的不斷深入,鈦金屬逐漸走進人們的視野,它質(zhì)量輕盈卻強度頗高,擁有良好的耐腐蝕性,在電化學(xué)環(huán)境中,這份耐腐蝕性顯得尤為關(guān)鍵。在電化學(xué)過程中,電極表面需要具備出色的催化活性,才能高效推動氧化還原反應(yīng)的進行。
涂層技術(shù)的出現(xiàn)為鈦電極的發(fā)展帶來了曙光。科學(xué)家們成功研發(fā)出在鈦基體上涂覆具有催化活性的氧化物涂層的方法,這些涂層材料多為釕、銥、鉑等貴金屬氧化物,使其在電化學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
涂層鈦陽極網(wǎng)
涂層鈦陽極網(wǎng)以工業(yè)純鈦為基材的主體框架,為整個陽極網(wǎng)提供了堅實的支撐。
隨著材料科學(xué)研究的不斷深入,鈦金屬逐漸走進人們的視野,它質(zhì)量輕盈卻強度頗高,擁有良好的耐腐蝕性,在電化學(xué)環(huán)境中,這份耐腐蝕性顯得尤為關(guān)鍵。在電化學(xué)過程中,電極表面需要具備出色的催化活性,才能高效推動氧化還原反應(yīng)的進行。
涂層技術(shù)的出現(xiàn)為鈦電極的發(fā)展帶來了曙光。科學(xué)家們成功研發(fā)出在鈦基體上涂覆具有催化活性的氧化物涂層的方法,這些涂層材料多為釕、銥、鉑等貴金屬氧化物,使其在電化學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
而在鈦基體表面,涂覆著一層由貴金屬氧化物組成的涂層,這層涂層是鈦陽極網(wǎng)發(fā)揮卓越性能的關(guān)鍵所在。涂層材料多為釕(Ru)、銥(Ir)、鉑(Pt)等貴金屬的氧化物 ,這些貴金屬氧化物可不是簡單的覆蓋在鈦基體表面,它們通過熱分解氧化與電鍍技術(shù),均勻地分布在鈦基體上,形成了一層致密且穩(wěn)定的活性電催化涂層。不同的貴金屬氧化物有著不同的電化學(xué)活性,在析氯體系中,RuO?-IrO?復(fù)合氧化物,對氯離子具有特殊的親和力,能夠高效地催化氯離子氧化生成氯氣;在析氧體系里,IrO?-Ta?O?混合氧化物,能夠大幅降低析氧反應(yīng)的過電位,促進氧氣的析出 。這層涂層不僅是電化學(xué)反應(yīng)的活性中心,能將過電位降低 20%-30%,大大提高了電化學(xué)反應(yīng)的效率,并且阻止了鈦基體與電解液的直接接觸,使鈦陽極網(wǎng)的耐腐蝕性能較傳統(tǒng)石墨陽極提升數(shù)倍以上,有效延長了電極的使用壽命。
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當(dāng)涂層鈦陽極網(wǎng)接入電化學(xué)系統(tǒng),通上直流電后。在電場的強大作用下,電解液中的正負(fù)離子開始遷移。
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鈦陽極網(wǎng)的電化學(xué)反應(yīng)
以常見的析氯反應(yīng)為例,當(dāng)氯離子到達(dá)涂層鈦陽極網(wǎng)表面時。涂層中的貴金屬氧化物憑借其特殊的電子結(jié)構(gòu)和表面活性位點,與氯離子發(fā)生強烈的相互作用,降低了氯離子失去電子的難度,也就是降低了反應(yīng)的活化能。在這種作用下,氯離子順利地失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng),生成氯氣(Cl?),化學(xué)反應(yīng)方程式為:2Cl? – 2e? = Cl?↑。每一個氯離子在陽極表面失去電子的瞬間,都伴隨著微小的電子躍遷和能量釋放,這些微觀的變化匯聚在一起,便表現(xiàn)為氯氣的持續(xù)產(chǎn)生。
而在析氧反應(yīng)中,水分子則成為了主角。當(dāng)水分子靠近陽極表面時,在電場和涂層的共同作用下,水分子中的氧原子失去電子,生成氧氣(O?)和氫離子(H?),化學(xué)反應(yīng)方程式為:2H?O – 4e? = O?↑ + 4H? 。這個過程同樣離不開涂層的催化作用。
多領(lǐng)域的應(yīng)用
在離子膜法燒堿生產(chǎn)中,當(dāng)飽和食鹽水流入電解槽,與陽極網(wǎng)表面親密接觸時。陽極網(wǎng)表面的 RuO?-IrO?復(fù)合氧化物涂層對氯離子展現(xiàn)出超強的親和力,能夠高效地催化氯離子氧化生成氯氣,這一過程的化學(xué)反應(yīng)方程式為:
2Cl? – 2e? = Cl?↑ 。
在這個反應(yīng)中,涂層鈦陽極網(wǎng)憑借其卓越的催化性能,大幅降低了析氯反應(yīng)的過電位,使得反應(yīng)能夠在相對較低的電壓下順利進行,極大地提高了電流效率。同時,生成的氯氣純度也得到了質(zhì)的飛躍,這意味著生產(chǎn)出的氯氣更加純凈,能夠滿足更高標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)需求。
除了在析氯反應(yīng)中表現(xiàn)出色,涂層鈦陽極網(wǎng)在整個氯堿生產(chǎn)過程中還帶來了諸多顯著的優(yōu)勢。由于其出色的導(dǎo)電性和耐腐蝕性,槽電壓得以降低 15% 左右,大大減少了電能的消耗。而且,涂層鈦陽極網(wǎng)的尺寸穩(wěn)定性極佳,在長期的電解過程中,鈦基體幾乎零損耗,確保了極間距始終恒定,槽電壓波動幅度被精準(zhǔn)控制在 ±2% 以內(nèi),為電解過程的穩(wěn)定運行提供了堅實保障。
以高端五金件的鍍鉻工藝中,當(dāng)電流接通,含六價鉻的電解液在電場的作用下開始活躍起來,而銥鉭鈦陽極網(wǎng)此時就成為了這場電化學(xué)反應(yīng)的核心。陽極網(wǎng)表面的銥氧化物涂層發(fā)揮著至關(guān)重要的催化作用,化學(xué)反應(yīng)方程式為:
2H?O – 4e? = O?↑ + 4H? 。
在這個過程中,鈦陽極網(wǎng)確保電流能夠均勻地分布在整個電鍍體系中。
隨著環(huán)保意識的日益增強,污水處理成為了全球關(guān)注的焦點問題,而涂層鈦陽極網(wǎng)則在這個領(lǐng)域中扮演了重要的角色 。
在印染廢水處理中,涂層鈦陽極網(wǎng)的功能得到了充分的驗證。當(dāng)電流通過含有印染廢水的電解槽時,陽極網(wǎng)表面的釕銥涂層開始催化產(chǎn)生羥基自由基(?OH) 。這種自由基具有極強的氧化性,其氧化電位高達(dá) 2.8V,比常見的氧化劑如氯氣、過氧化氫等都要高得多,能夠輕松地將印染廢水中那些難以降解的染料分子、助劑以及其他有機雜質(zhì)化學(xué)鍵被逐分解,分子結(jié)構(gòu)被徹底破壞,最終被分解為二氧化碳(CO?)和水(H?O)等無害的小分子物質(zhì),實現(xiàn)了污染物的高效降解。
運行參數(shù)對于涂層鈦陽極網(wǎng)來說,必須控制在合理的范圍內(nèi),才能保證其平穩(wěn)地運行,延長使用壽命 。
電流密度是一個關(guān)鍵的運行參數(shù),電流密度過大也會對陽極網(wǎng)產(chǎn)生不良影響。一般情況下,建議涂層鈦陽極網(wǎng)的長期運行電流密度≤1000 A/m2 。當(dāng)電流密度過高時,陽極網(wǎng)表面的電化學(xué)反應(yīng)會變得異常劇烈,會加速涂層的消耗,縮短陽極網(wǎng)的使用壽命。
倒極周期也是不容忽視的參數(shù)。每 24 小時反向通電 4 分鐘,能夠有效修復(fù)局部鈍化,讓陽極網(wǎng)始終保持良好的工作狀態(tài)。這是因為在電解過程中,陽極網(wǎng)表面會逐漸形成一層鈍化膜,影響其電催化活性。而定期倒極,可以打破這層鈍化膜,讓陽極網(wǎng)重新煥發(fā)生機,提高其工作效率和穩(wěn)定性。
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