本發(fā)明涉及電化學(xué)，具體來說是一種復(fù)合陽極及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鉛陽極由于具有價格便宜、容易成型、以及在硫酸電解液中操作穩(wěn)定的優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于濕法冶金和污水處理過程中做為析氧電極。

2、對于鉛陽極而言，首先由于鉛密度大、強度低、在懸掛時陽極易產(chǎn)生蠕變變形，嚴(yán)重時會引起短路，給生產(chǎn)帶來極為不利的影響。另外在鉛陽極電解過程中，陽極表面會最終被氧化為二氧化鉛；首先，表面形成的二氧化鉛膜不致密，疏松多孔，與鉛基體結(jié)合力不強，容易掉落，引起陽極損耗；另外，在電解鋅和電解錳過程中，電極表面還會氧化生成二氧化錳陽極泥，并最終和二氧化鉛膜層一起掉落，形成含鉛無用陽極泥，引起巨大資源浪費。其次，電解液中的水分子或陰離子容易通過膜層中的微孔與鉛基體發(fā)生作用，導(dǎo)致基體逐漸溶解，甚至進(jìn)入陰極，從而降低產(chǎn)品質(zhì)量；最后，二氧化鉛析氧催化活性較差，導(dǎo)致陽極過電勢較高，能耗增大。

3、針對以上問題，研究者提出了許多在鉛陽極表面構(gòu)筑活性層的辦法，例如專利cn110129835a提出在鉛陽極表面預(yù)先電解一層活性二氧化錳的辦法，專利cn114804301a提出在鉛陽極表面通過等離子噴涂構(gòu)筑一層硬質(zhì)導(dǎo)電陶瓷的辦法。

4、研究者還提出了形成新型鉛合金電極的三種功能化技術(shù)路線：一是合金化以提高電極的功能，二是極板軋制技術(shù)，三是鋁基鉛陽極。例如專利cn114855225a提出一種反滲透法制備鉛包鋁芯復(fù)合陽極的辦法，專利cn104611609a提出通過澆筑、軋制提高鉛陽極電化學(xué)性能的辦法。

5、但在鉛陽極服役的過程中，由于氧氣的不斷沖刷，以上構(gòu)筑的表面層容易破裂掉落，另外在電解錳和電解鋅過程中，由于需要定期人工清理陽極表面附著的陽極泥，很容易將表面的活性層刮破，使之失效。另外對于陶瓷陽極而言，雖然其能夠通過加入活性析氧材料以擁有較好的析氧活性，以降低陽極電勢，但陶瓷陽極本身質(zhì)地較脆，不適合獨立加工成大尺寸的析氧電極。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種復(fù)合陽極及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明以活性析氧材料和金屬鉛粉為原料，通過采用等靜壓法、熱壓法或放電等離子燒結(jié)法，在基底板材上形成金屬陶瓷層，獲得了復(fù)合陽極，本發(fā)明的復(fù)合陽極克服了現(xiàn)有技術(shù)鉛陽極在電解過程中表面二氧化鉛的析氧活性差、以及涂覆方法構(gòu)筑的活性顆粒容易脫落的技術(shù)問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種復(fù)合陽極的制備方法，包括如下步驟：

4、將鉛粉與活性析氧材料混合，得到混合粉末，活性析氧材料提升復(fù)合陽極的析氧性能，鉛粉用于制備鉛陽極；

5、將混合粉末鋪覆于基底板材上，然后采用等靜壓法、熱壓法或放電等離子燒結(jié)法，將混合粉末與基底板材復(fù)合在一起，在基底板材上形成金屬陶瓷層，陶瓷層位于基底板材的兩側(cè)，得到復(fù)合陽極。

6、優(yōu)選的，所述基底板材為鉛極板或金屬板柵，鉛極板質(zhì)地較軟，在與金屬粉末復(fù)合后，一定程度上克服了鉛極板力學(xué)性能問題，克服因形變引起短路問題。

7、優(yōu)選的，金屬板柵選自鉛板柵、鋁板柵、鈦板柵或鐵板柵中的一種；鉛極板選自純鉛陽極板或鉛基合金陽極板，鉛基合金陽極板中，合金成分選自ag、ca、sn、sb、sr、as、la、ce中的一種或多種。

8、優(yōu)選的，鉛粉與活性析氧材料的質(zhì)量比為100：1～50，以鉛粉為主要材料。

9、優(yōu)選的，等靜壓法的條件為：于50mpa～800mpa下壓制0.1h～12h。

10、優(yōu)選的，熱壓法或放電等離子燒結(jié)法的條件為：于100～650℃、50～800mpa下，維持0.1h～12h，熱壓還包括熱輥壓。

11、優(yōu)選的，活性析氧材料選自釕氧化物、銥氧化物、錳氧化物、鈷氧化物、鈮氧化物、缺氧型鈣鈦礦、ab2o4型金屬氧化物或者max相材料中的一種或幾種，ab2o4型金屬氧化物中，a選自zn、co、cu，b選自fe、mn或ni，缺氧型鈣鈦礦選自lacoo3或camno3。

12、本發(fā)明還保護(hù)了上述制備方法制得的復(fù)合陽極。

13、本發(fā)明還保護(hù)了上述復(fù)合陽極在制備電解錳陽極材料、電解鋅陽極材料或電解銅陽極材料中的應(yīng)用，本發(fā)明實施例給出了應(yīng)用方法和結(jié)果。

14、本發(fā)明還保護(hù)了上述復(fù)合陽極在制備有機(jī)污染物電催化劑中的應(yīng)用，本發(fā)明實施例給出了應(yīng)用方法和結(jié)果。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

16、1、本發(fā)明將活性析氧材料和鉛粉混合得到混合粉末，將混合粉末鋪覆在基底板材上，采用等靜壓法、熱壓法或放電等離子燒結(jié)法，將混合粉末壓鑄在基底板材表面，得到復(fù)合陽極，混合粉末形成的陶瓷層中，以活性析氧材料為活性氧化物，活性氧化物能夠在如電解錳或者電解鋅的含錳離子的電解液中電解時，調(diào)節(jié)析氧反應(yīng)和錳離子氧化反應(yīng)的比例，活性析氧金屬催化析氧反應(yīng)，使得錳離子氧化比例更少，促進(jìn)陽極表面的二氧化錳沉積為致密膜層，進(jìn)而進(jìn)一步保護(hù)復(fù)合陽極，避免受活性氧的侵蝕。

17、2、本發(fā)明的復(fù)合陽極電解結(jié)束后，還能夠分離電沉積的二氧化錳層，作為基礎(chǔ)化工原料，尤其相較于傳統(tǒng)的鉛陽極，其副產(chǎn)物不含有鉛，能夠作為前驅(qū)體合成電池正極材料。

18、3、本發(fā)明的復(fù)合電極具有較好的析氧活性，表面膜層不容易脫落，復(fù)合陽極壽命更長，在電解有機(jī)廢水中更加穩(wěn)定，所以本發(fā)明的復(fù)合陽極還能夠?qū)τ袡C(jī)廢水中的有機(jī)物進(jìn)行處理。

19、4、本發(fā)明通過在基底板材表面熱壓一層致密穩(wěn)定的表面層，從而抑制鉛基體的溶出，復(fù)合陽極電解過程不會產(chǎn)生陽極泥，減少了清槽頻率，使用壽命更長。本發(fā)明的復(fù)合陽極適用于電解錳、電解鋅、電解銅的電解過程，且與傳統(tǒng)鉛陽極板相比，由于活性析氧材料相較于傳統(tǒng)鉛陽極表面的物質(zhì)催化析氧活性更高，析氧電極電勢更低。

20、5、考慮到鉛陽極質(zhì)地較軟，本發(fā)明還能夠通過采用金屬板柵做為加強筋，加強電極的力學(xué)性能，并在板柵上面通過壓鑄的辦法，構(gòu)筑活性金屬陶瓷層，進(jìn)一步提升電極析氧活性。

技術(shù)特征：

1.一種復(fù)合陽極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合陽極的制備方法，其特征在于，基底板材為鉛極板或金屬板柵。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合陽極的制備方法，其特征在于，鉛極板選自純鉛陽極板或鉛基合金陽極板，鉛基合金陽極板中，合金成分選自ag、ca、sn、sb、sr、as、la、ce中的一種或多種；金屬板柵選自鉛板柵、鋁板柵、鈦板柵或鐵板柵中的一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合陽極的制備方法，其特征在于，鉛粉與活性析氧材料的質(zhì)量比為100：1～50。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合陽極的制備方法，其特征在于，等靜壓法的條件為：于50mpa～800mpa下壓制0.1h～12h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合陽極的制備方法，其特征在于，熱壓法或放電等離子燒結(jié)法的條件為：于100～650℃、50～800mpa下，維持0.1h～12h。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合陽極的制備方法，其特征在于，活性析氧材料選自釕氧化物、銥氧化物、錳氧化物、鈷氧化物、鈮氧化物、缺氧型鈣鈦礦、ab2o4型金屬氧化物或者max相材料中的一種或幾種。

8.一種權(quán)利要求1-7任一項所述制備方法制得的復(fù)合陽極。

9.一種權(quán)利要求8所述的復(fù)合陽極在制備電解錳陽極材料、電解鋅陽極材料或電解銅陽極材料中的應(yīng)用。

10.一種權(quán)利要求8所述的復(fù)合陽極在制備有機(jī)污染物電催化劑中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體來說是一種復(fù)合陽極及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明將活性析氧材料和鉛粉混合得到混合粉末，將混合粉末鋪覆在基底板材上，基底板材為鉛極板或金屬板柵，采用等靜壓法、熱壓法或放電等離子燒結(jié)法，將混合粉末壓鑄在基底板材表面，得到復(fù)合陽極。本發(fā)明通過在基底板材表面構(gòu)筑致密穩(wěn)定的陶瓷面，減少電解過程中陽極泥的產(chǎn)生，進(jìn)而減少清槽頻率，并且在后續(xù)刮板過程中，不會損害已有膜層結(jié)構(gòu)。該復(fù)合陽極適用于電解錳、電解鋅、電解銅的電解過程，還適用于對有機(jī)廢水中有機(jī)物的電催化降解。與傳統(tǒng)鉛陽極板相比，本發(fā)明的復(fù)合陽極電解過程不會產(chǎn)生陽極泥，使用壽命更長，析氧電極電勢更低。

技術(shù)研發(fā)人員：羅樹亮,鬲璀,張奕俊,羅歡,盧海,劉浪
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10