1. Bleidioxid-Anode-Einführung

Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung von Industrie und Wissenschaft und Technologie zeigen traditionelle Anodenmaterialien zunehmend ihre Grenzen. Zum Beispiel sind die Kosten für Platin zu hoch; die Korrosionsbeständigkeit von Graphit in der Chloralkaliindustrie und dem Sauerstoffentwicklungssystem ist nicht ideal, und die FestigkeitNiedrig:Bleilegierungsanoden haben eine schlechte Korrosionsbeständigkeit, eine geringe elektrokatalytische Leistung und einen hohen Stromverbrauch. Von den Anforderungen an sogenannte "grüne Materialien" wie Energieeinsparung, Verbrauchsreduzierung und schadstofffreie Verschmutzung hoffen die Menschen, neue Anoden mit langer Lebensdauer, hoher elektrochemischer Leistung und ohne Sekundärverschmutzung zu finden. Unter der Umgebung der Sauerstoffentwicklung haben die Menschen die Bleidioxidelektrode (PbO₂): eine nicht-stoichiometrische Verbindung, die einen Sauerstoffmangel aufweist und übermäßiges Blei enthält. Es hat mehrere Kristallformen,Verwendung der Anodenelektrodenposition zur Herstellung derPbO₂, dieOxidation, Korrosionsbeständigkeit (hohe Stabilität in starker Säure H₂S0₄oder HN0₃), hohes Sauerstoffüberpotenzial, gute elektrische Leitfähigkeit, starke Bindungskraft, starke Oxidationsfähigkeit bei Elektrolyse in wässriger Lösung,Bärgroßen Strom usw. Derzeit ist es in den Bereichen Galvanik, Schmelzen, Abwasserbehandlung usw. weit verbreitet und kann nicht durch viele andere Elektrodenmaterialien (wie DSA, Blei, Titan) ersetzt werden.Beschichtung mit Platin).

1.1 Bleidioxid-AnodeMerkmal

Es ist weit verbreitet in der elektrolytischen Herstellung von verschiedenen organischen Substanzen und in den Prozess der Abwasserbehandlung und hochreinen Wasseraufbereitung,Anwendungsbereich ist breit.Pb02 hat die Vorteile einer ausgezeichneten elektrischen Leitfähigkeit, gute Ladung und Entladung Reversibilität, und niedrigen Preis. Es ist weit verbreitet als positive Elektrode für Blei-Säure-Batterien verwendet. Derzeit ist die Ausnutzung von Bleidioxid, dem positiven Wirkstoff von Blei-Säure-Batterien, nicht hoch und liegt in der Regel nicht über 50%. Das Sauerstoffentwicklungspotential ist hoch, in der Regel 1,75V (relativ zur Kalomelelektrode) und hat eine starke Reduktionskraftvondie Degradationfür organicMaterial(COD).

1.2 Untere Schicht der Bleidioxid-Anode

Die Materialien, die derzeit als untere Schicht verwendet werden, sind: Platingruppenmetalle und ihre Oxide, Zinn-Antimonoxid, Iridium-Tantal-Verbundoxid-Bodenschichten usw., ihre Eigenschaften sind wie folgt: (1) Platingruppenmetalle und ihre Oxide: die untere Schicht: die untere SchichtHals gute elektrische Leitfähigkeit, die die Verklebungsleistung der Beschichtung und des Substrats erheblich verbessern kann. (2) Zinn-Antimonoxid: Die Zinn-Antimonoxidschicht, die durch thermische Zersetzungsmethode gewonnen wird, ist dicht und gleichmäßig. Mit dieser Unterschicht ist es für den Elektrolyten schwierig, die Titanoberfläche, Sauerstoffatome oder 02- zu durchdringen. Die Diffusion von Ionen in die Titanmatrix wird ebenfalls blockiert, wodurch die Bildung von Ti02 vermieden wird. Darüber hinaus ist Ti02 ein Breitband-N-Typ Halbleiter. Nach dem Doping mit Sb ersetzte das zusätzliche Elektron im Sn02-Gitter das pentavalente Sn-Atom im Sn02-Gitter durch ein zusätzliches Elektron, das in das Leitungsband eindrang, was die Elektronenkonzentration im Leitungsband stark erhöhte. Wenn Sb jedoch zu viel ist, wird der Unordnungsgrad des sn02-Gitters erhöht und die elektrische Leitfähigkeit des sn02 reduziert. Daher hängt der Inhalt der Sb mit der Überlegenheit und Minderwertigkeit der zugrunde liegenden Leistung zusammen. Diese untere Schicht hat auch den Effekt, die innere Belastung der Beschichtung zu reduzieren. (3) Titan-Tantal-Verbundoxid-Bodenschicht: Diese untere Schicht hat die Eigenschaften guter Leitfähigkeit, guter Korrosionsbeständigkeit und geringer elektrochemischer Aktivität. Selbst wenn die untere Schicht während des Elektrolyseprozesses freigelegt wird, tritt keine elektrolytische Reaktion auf, so dass es kein Problem ist, dass sich die Beschichtungsschicht dadurch abzieht.

1.3 Aktive Oberflächenschichtvon BleiDioxid-Anode 

Die pbO2-Oberflächenaktivschicht wird in der Regel nach einem Elektrodenpositionsverfahren hergestellt. Es hat zwei Kristallformen, , und , und -PbO2 hat eine gute Korrosionsbeständigkeit und elektrische Leitfähigkeit und wird in der Regel als oberflächenaktive Schicht einer Elektrode verwendet. Allerdings hat die '-PbO2 eine starke Bindungskraft, und ihr O-O-Atomabstand liegt zwischen "unterer Schicht" und '-PbO2, die als Pufferfusion fungieren, Die Verzerrung der Elektrodenposition reduzieren und die Affinität zwischen der Oberfläche und der unteren Schicht erhöhen kann. Daher kann im Galvanikprozess zunächst unter starken alkalischen Bedingungen die Ablage von PbO2 und pbO2 unter sauren Bedingungen abgelagert werden, um die Lebensdauer der Elektrode zu verbessern.

2. Anwendungsfelder der Bleidioxid-Titan-Elektrode

Unter der Umgebung der Sauerstoffentwicklung werden BleidioxidelektrodenIstEntwickelt. PbO2 ist eine nicht-stoichiometrische Verbindung, die einen Sauerstoffmangel aufweist und übermäßiges Blei enthält. Es hat eine Vielzahl von Kristallformen. Korrosion (höhere Stabilität in starker Säure H2S04 oder HN03), hohes Sauerstoffüberpotenzial, gute elektrische Leitfähigkeit, starke Bindungskraft, starke Oxidationsfähigkeit bei Elektrolyse in wässriger Lösung,Bärgroßer Strom usw.,Es ist sehr vielversprechend. Derzeit ist es in den Bereichen Galvanik, Verhüttung, Wasseraufbereitung, Kathode anti-Korrosion usw., die nicht durch viele andere Elektrodenmaterialien (wie DSA, Blei, Titanplatinbeschichtung) ersetzt werden kann.

Bleidioxid-Elektroden haben einen geringen Widerstand, stabile chemische Eigenschaften, gute Korrosionsbeständigkeit, gute elektrische Leitfähigkeit und können für große Ströme verwendet werden. Sie sind weit verbreitet in der elektrolytischen Herstellung von verschiedenen organischen und anorganischen Substanzen, Abwasserbehandlung und hochreinen Wasseraufbereitungsprozessen. Das Anwendungsfeld ist sehr breit.

2.1 Anorganische chemische Industrie

2.1.1Chlorate,Die PbO2-Elektrode wird seit langem in der Chloratindustrie eingesetzt. Die Produktion von Bromat und Iodate mit PbO2-Elektroden ist relativ ausgereift, insbesondere Iodat. Aufgrund der Oberflächenstruktur von PbO2-Elektroden spielt sie neben elektrochemischen Reaktionen auch eine katalytische Rolle.

2.1.2 Elektrolysiertes H2O2

H2O2, das durch Elektrolyse hergestellt wird, verwendet in der Regel Pt als Elektrode. Einige Leute haben die Verwendung von MnO2, Fe3O4, Graphit usw. als Anodenmaterialien untersucht, aber sie waren nicht erfolgreich, und PbO2 als Anode hat gute wirtschaftliche Vorteile erzielt. Da das Überpotenzial der PbO2-Elektrode auf Sauerstoff etwas geringer ist als das von Pt, haben die Menschen Forschungen über den Ersatz der Pt-Elektrode durch pbO2-Elektrode durchgeführt. Während des Zweiten Weltkriegs fehlte es Japan an Platin und H2O2 war eine militärische Notwendigkeit, so dass es 1944-1945 die Industrialisierung substratfreier PbO2-Elektroden anstelle von H2O2 auf Pt-Basis realisierte.

2.2 Organische chemische Industrie

Die Anwendung von PbO2-Elektroden in der organischen Synthese ist nicht so ausgereift wie in anorganischen Syntheseanwendungen, und viele werden noch erforscht.

2.2.1 Chloroform. 

Bei der Herstellung von Chloroform wird anstelle der teuren Pt-Elektrode die PbO2-Elektrode verwendet. Der Effekt ist ideal. Die am besten geeigneten Bedingungen für die Elektrosynthese von Chloroform: NaCl 300g / L, EtOH 25ml / L, PH 8 x 10, Temperatur 60 x 70 °C; Die Anodenstromdichte beträgt 0,3 bis 0,5 A / m2, der Stromwirkungsgrad 80% bis 90%, die Zellspannung ist 5V, die Umwandlungsrate 98% bis 99% und die Reinheit ist 99.5% bis 99.9%. Bei der Herstellung von Bromoform beträgt der aktuelle Wirkungsgrad 92,5%, Platin 87% und Graphit 86%. PbO2 ist das wirksamste Anodenmaterial in der iodoformen Elektrosynthese. Der aktuelle Wirkungsgrad beträgt 90%, und der Anodenverlust ist vernachlässigbar.

2.2.2 Isobuttersäure

Industriell wird Isobuttersäure aus KMnO hergestellt₄isobutanol in einem alkalischen Medium und oxidiert und rektifiziert, um 1t Isobuttersäure zu produzieren. Zusätzlich zum Hauptrohstoff Isobutanol benötigt es noch ca. 3.2tKMnO4, 1.6tH2SO4, Hilfsstoffe wie 0.3tNa2CO3 haben hohe Kosten und produzieren fast 2tMnO2 Abfallrückstände, die die Umwelt verschmutzen. Die Verwendung von bleihaltigen Bleidioxidelektroden zur indirekten Oxidation von Isobutanol zu Isobuttersäure reduziert die Umweltverschmutzung.

2.2.3 Abwasserbehandlung

PbO2-Elektroden auf Titanbasis werden zur Behandlung schwer biologisch abbaubarer organischer Schadstoffe, biotoxischer Schadstoffe und hochtemperaturhaltigem organischen Abwasser eingesetzt. Der Abbau einer 10 mg/L Methylorangenlösung mit einer PbO2-Elektrode auf Titanbasis zeigte, dass die Entfernungsrate von Methylorange bei einer Stromdichte von 36 mA/cm für 12 min nahezu 100 % betrug, und hAlshöhere elektrokatalytische Aktivität. . Mit einer neuen PbO2-Elektrode zur Behandlung von Nitrobenzolabwässern wurde festgestellt, dass die PbO2-Elektrode eine höhere COD-Entfernungsrate als die gewöhnliche Graphitelektrode hatte. Nach 5 Stunden Elektrolyse betrug die COD-Entfernungsrate bis zu 65%. Die hohe Elektrolyseeffizienz ist vor allem auf das hohe Sauerstoffentwicklungspotenzial der PbO2-Elektrode zurückzuführen. Unter anodischer Polarisation ist die Oberfläche der PbO2-Elektrode anfällig für die Erzeugung von OH, das mit Nitrobenzol reagiert, das auf die Elektrodenoberfläche wandert. Eigenschaften der Ti / PbO2 Anode elektrokatalytische Oxidation von organischen Schadstoffen. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die Elektrode eine gute elektrokatalytische Aktivität für den Abbau von Phenol zeigt und gute Anwendungsaussichten für den Umweltschutz hat. Die PbO2-Elektrode zeigte eine gute katalytische Leistung für den Abbau von Aniline. Innerhalb von 3 Stunden könnte die Aniline eine höhere Entfernungsrate erhalten. Gleichzeitig zeigte die PbO2-Elektrode auch eine gute Stabilität und Lebensdauer. Die Ergebnisse der Forschung zur Behandlung von Hydroxystyrol-Abwasser mit PbO2-Elektrode beweisen, dass es in der Regel nur 3 x 6h dauert, um es vollständig in anorganische oder CO2 abbauen.

MetallHasdie unvergleichlichen mechanischen Eigenschaftenim Vergleich zu andere Materialien, was es zur attraktivsten Wahl für das Substrat machtvonBleidioxidelektrode . Allerdings sind nicht alle Metalle für das Substrat von Bleidioxidelektrode geeignet. Es muss ventilförmiges Metall mit unidirektionalen stromführenden Eigenschaften wie Ti, Ta, Nb, Zr und so weiter. Unter den oben genannten Metallen hat Ta die beste Korrosionsbeständigkeit und geringen Widerstand und ist das beste Material für den Einsatz als Substrat in Bezug auf die Leistung. Jedoch, da Ta eine hohe Affinität für Sauerstoff hat, muss es in der Regel in einer anoxischen Umgebung sein, und Ta-Metall ist teuer, so dass es nicht häufig in der tatsächlichen Produktion verwendet wird. Ti ist billig, hat eine geringe Dichte, hohe Festigkeit und eine thermische Ausdehnungsrate in der Nähe der von Bleidioxid. Daher wird Ti in der Regel als Substrat der Bleidioxidelektrode ausgewählt. Das Titansubstrat nimmt in der Regel eine Netzstruktur an. Denn das Ti-Netz ist zäh und fest mit der elektrodepositierten Schicht verbunden. Die auf dem Ti-Netz basierende Bleidioxidelektrode kann den Widerstand gegen Elektrolytstrom reduzieren und die Stromeffizienz verbessern, insbesondere bei hoher Stromdichte Wirksam verhindern, dass die Elektrode überhitt.