《鋅電積用3D鈦基β-PbO2-MnO2複合電極的製備、性能及機理研究》是依託昆明理工大學，由陳步明擔任項目負責人的地區科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鋅電積用3D鈦基β-PbO2-MnO2複合電極的製備、性能及機理研究
- 項目類別：地區科學基金項目
- 項目負責人：陳步明
- 依託單位：昆明理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鋅電積面臨高氯鋅精礦以及鋅氧粉的運用而造成生產經濟技術指標嚴重下滑的現象已引起行業內高度重視。針對現有鋅電積用鉛基合金陽極的不足之處提出了開展一種耐久性節能新型柵欄型3D鈦基β-PbO2-MnO2複合電極的製備、性能及機理研究。主要研究不同工藝條件（如前處理、熱分解、複合電沉積等）對各種氧化物膜的性能影響規律以及複合電沉積的反應機理，陽極在套用過程中各塗層電子傳遞規律和晶格畸變對內應力的影響規律。探討陽極材料在鋅電解溶液中的電化學行為、性能指標和陽極破損機理，建立活化層各組分在電解液中的析氧動力學模型。重點解決各氧化膜之間的界面匹配差異和陽極材料中各成分在鋅電解中的電化學作用機理。該項目研究將極大地豐富和深化陽極在濕法冶金套用基礎理論體系，對鋅冶金行業中面臨的高能耗和低品質鋅的重大難題提供理論依據和技術支撐。通過本項目的研究還可能發現新現象和新規律，豐富人們對有色電解中的陽極材料的新認識。
結題摘要
本項目針對現有鋅電積用鉛基合金陽極的不足之處提出了開展一種耐久性節能新型柵欄型3D鈦基β-PbO2-MnO2複合電極的製備、性能及機理研究。採用熱分解和電沉積方法製備了各種氧化物膜並進行了性能研究，發現了陽極在套用過程中各塗層電子傳遞規律。探討了陽極材料在鋅電解溶液中的電化學行為、性能指標和陽極破損機理，建立了活化層各組分在電解液中的析氧行為，考察了鋅電積模擬實驗中新型陽極材料的槽電壓、電流效率、電耗、腐蝕速率等經濟技術指標，取得的主要研究結果如下：(1)對金屬鈦前處理的腐蝕，腐蝕最嚴重的是20%H2SO4，其次是20%HCl，最弱的是10%H2C2O4。鹽酸濃度的增加，基體孔數量增多和擴大。(2) 隨著Ru含量的增大，鈦基錫銻釕電極表面塊狀結構逐漸變大，裂紋變少變淺；隨著煅燒溫度的增加，電極表面的裂紋逐漸變深變大；且Ru和Sb活性氧化物的量的比例隨Ru的增加而增加。(3) 重鉻酸鉀的加入對α-PbO2鍍層形貌有明顯的影響，可以使晶粒大小更加均勻，在添加量到達2%時，製備的電極使用效果最佳。(4) Fe3+摻雜到鍍液中，陰極表面析鉛反應被抑制，並減弱了電極的邊緣效應，使得製備得到的β-PbO2層晶粒均勻緻密。硝酸銀的加入可以使β-PbO2鍍層晶粒逐漸增大，使獲得的二氧化鉛沉積速率快，提高了二氧化鉛的活性和導電性，與表面形貌無關。(5) 在Ti/Sn-Sb-RuOx電極上易形成多孔PbO2鍍層。Ru對作用在於能形成大量的氧氣泡。氧氣和二氧化鉛在陽極表面相互競爭形成多孔層，降低β-PbO2內應力的作用。(6) 在多孔二氧化鉛表面電沉積製備錳釕氧化物，易形成梯度固溶體，得到的Ti/Sn-Sb-RuOx/ β-PbO2/MnO2-RuO2梯度陽極，相對Pb-0.8%Ag電極，在相同的條件下電解鋅，槽電壓降低約0.4V，能耗減少11%，節能效果顯著；在含2g/L氯離子的硫酸溶液中以1 A/cm2電流密度強化壽命達到95 h，壽命明顯高於鉛合金電極。(7) 獲得省部級獎三項，一等獎1項，三等獎2項；發表學術論文29篇，其中SCI收錄期刊13篇，出版專著1部；獲得國內授權發明專利8件，國外授權發明專利2件，申請發明專利3篇；培養研究生6人，國內做學術報告4次，參加國際學術會議2次。
