第2章-电极材料和膜材料.ppt

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离子交换膜的微观结构较为复杂,随膜的母体及加工工艺变化。文献:微观结构、交联结构、接枝结构、缠绕结构在描述离子膜结构及其与传质关系的各种理论中“离子簇网络结构模型〞较为人接受。一、离子交换膜的结构2-6离子交换膜一、离子交换膜的结构2-6离子交换膜离子簇网络结构模型认为,可将全氟离子膜的结构分为三个区:①A区:憎水的碳氟主链区;②C区:由水分子、固定离子、相对离子和局部碳氟高聚物侧链构成的“离子簇区〞;③B区:此两相间的过渡区。离子簇网络结构示意图2.二氧化锰电极在钛基体外表以热分解法或电沉积法制备的二氧化锰电极,在酸性氯化钠溶液中具有较高的稳定性,析氯过电位低于PbO2阳极,价廉。为了改善电极性能〔增加涂层结合力,降低接触电阻〕,还开发了Sn、Sb中间层的二氧化锰电极。二、其它的金属氧化物电极2-3其它的不溶性阳极材料一、铅及其合金当铅及其合金浸入硫酸等介质后,外表迅速生成一层PbO2薄膜,具有良好的耐蚀性。铅及其合金广泛用于硫酸及硫酸盐介质、中性介质和铬酸盐介质中作为不溶性阳极。在铅中参加合金元素,可提高其耐蚀性、导电性、机械强度。用途:电解冶金、电合成、水处理、金属防腐。二、铁、镍及铁基合金(包括碳钢、铁合金不锈钢)主要适用于碱性水溶液及熔融碱性介质。铁、镍及铁基合金在碱性介质中稳定耐蚀,价格低廉。三、铂铂电极材料的特点:〔1〕极稳定、耐蚀,可用于各种介质。〔2〕对于析氧反响,过电位甚高。〔3〕对于析氢反响,过电位甚低。用途:对于某些需要在很正的电位下进行的氧化反响,为防止氧析出,保持较高的电流效率,选用铂电极。如:高氯酸盐的电合成等生产。工作介质可使用的阳极不能使用的阳极备注硫酸盐铬酸盐浓氯化物盐酸稀氯化物碱性溶液各种卤化物苛性碱在不同工作介质可供选择的不溶性阳极材料2-4阴极材料一、阴极材料与析氢过电位选择阴极材料首先应了解阴极反响,力求提高阴极材料对该反响的电催化活性及选择性。析氢反响:析氢过电位低的材料。其它反响:析氢过电位高的电极材料。二、低碳钢阴极碱性介质中使用最普遍的阴极材料。优点:析氢过电位较低、价廉、加工性能好,较稳定耐蚀。用途:氯碱工业、水电解、氯酸盐和高锰酸钾等的电合成及其它一些碱性介质的工业电解。三、活性氢阴极氯碱工业中阴阳极过电位:低碳钢阴极:析氢过电位300mv。DSA电极:析氯过电位30mv。降低阴极过电位成为氯碱工业的重要任务。活性氢阴极:对析氢反响的催化活性比低碳钢阴极〔铁阴极〕更高的一类新型阴极材料。①增大电极的比外表,以减少电极的真实电流密度,降低析氢过电位。如:雷尼镍电极〔Ni-Al或Ni-Zn):以电镀法或喷涂法喷涂在铁阴极外表后,以浓KOH溶液将其中的Al或Zn溶解,得到比外表很高的多孔Ni材料。②提高电极的电催化活性,研制具有更大交换电流密度的阴极材料。如:为了发挥铂系元素对析氢反响的优良电催化活性,研制了多种含贵金属的阴极材料。降低析氢过电位的措施:四、氧阴极氢阴极和氧阴极电解槽槽压分析〔估算值〕四、氧阴极氢阴极:氧阴极:四、氧阴极结构:三相多孔电极〔气体扩散电极〕,电极反响发生在三相界面上。多孔电极不仅可扩大电极外表积,且在一定区间内可提供很薄的扩散层,从而获得很高的电流密度。制备高效的气体扩散电极的必要条件:电极中有大量气体容易到达而又与整体溶液较好地接通的薄液膜。四、氧阴极氧阴极〔三相多孔电极〕:须有足够的“气孔〞使反响气体容易传递到电极内部各处,又有大量覆盖在催化剂外表的薄液膜,这些薄液膜还必须通过液孔与电极外侧的溶液连通,以利于反响粒子〔产物〕的迁移。固相电阻不宜过高,否那么易产生大的欧姆压降四、氧阴极氧阴极电解槽示意图四、氧阴极氯碱工业中的氧阴极:催化层、防水层、导电网催化层:含有少量铂、钯、银、金等贵金属粉的活性炭或含有少量镍、钴、铜等的活性炭粉与乙炔黑、无水芒硝、无水乙醇和聚四氟乙烯乳液碾压而成的一定厚度的薄膜,电解过程中氧的复原反响(生成氢氧离子以代替析氢反响)在此进行。四、氧阴极氯碱工业中的氧阴极:催化层、防水层、导电网防水层:由无水芒硝、无水乙醇和聚四

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