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电积铜用聚苯胺/四氧化三钴复合阳极的研究

李发闯

  目前,工业铜电积过程中广泛采用Pb-Ca-Sn阳极,由于其价格相对低廉,而且在电积过程中可以形成PbO2保护层,基本上可以满足工业生产需要。然而从能耗和环保方面考虑,Pb合金阳极在电积过程中具有高的析氧过电位(600mV),占电解槽能耗的30%左右,而且Pb合金阳极的溶解会影响阴极铜的品质,为了解决这些问题,人们正致力于研发更优性能的阳极材料。 聚苯胺(PAN[)基复合材料具有高导电性和催化活性,并且对环境友好,应用前景十分广泛。本文采用PANI基节能阳极作为替换阳极,通过原位聚合法制备出高导电和催化活性的PANI/Co304复合材料,研究了合成条件对复合材料导电性的影响,并通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、热分析(TGA-DTG).扫描电镜(SEM)等对复合材料的结构和表面形貌进行了表征;通过模压成型工艺制备出所需阳极,系统的研究了PANI/Co304复合阳极在硫酸铜电解液体系和盐酸溶液中的电化学性能,并研究PANI/Co304阳极在铜电积应用中的恒电流极化、槽电压、阳极寿命、电能消耗等,分析了PANI基阳极失效的原因;在此基础上,与纯PANI和Pb-Ag(1%)阳极进行了对比,研究结果如下: (1)确定出PANI/Co304复合材料的最佳制备工艺条件:CAn=0.5 mol·L-1, C氧化剂=0.5mol·L-1, C酸=1 mol·L-1,其中SSA与H28O4的配比为2.5:10,在5℃条件下反应10h;C0304的加入使得PANI链的电荷离域化作用增强,体系致密性提高,从而提高了复合材料的导电性,当mCo304:mAn=5%时,电导率最高为4.56 S/cm; (2)研究表明PANI/Co304复合材料中两种粒子之间存在着相互作用,热稳定性较PANI有所提高,PANI和PANI/Co304复合材料在200℃以下都保持稳定;PANI/Co304复合材料粒径分布较为均匀,C0304基本上被PANI所包裹形成一种有序的核壳结构组织; (3)PANI基阳极在硫酸体系中的耐腐蚀性好于盐酸体系,在同一种体系中,阳极材料的耐腐蚀性依次为:PANI<PANI/Co304(3%)<PANI/Co304(10%)< PANI/Co304(5%),适量C0304的加入可以提高复合材料耐腐蚀性,其中PANI/Co304(5%)阳极具有较好的电荷传递和传质扩散性能; (4)PANI/Co304阳极的表观活化能仅为15.71kJ·mol-1,表现出最好的催化活性,并能够显著降低阳极的极化电位,从而可以达到较好的节能效果,而且复合阳极具有较好的电化学稳定性; (5)在电流密度为200A/m2的条件下,PANI基阳极电位明显小于Pb-Ag(1%)阳极电位,槽电压降低0.26-0.36V,可以节约能耗13.92-19.27%,其中PANI-Co3O4阳极节能效果最为明显,电解铜单位能耗为1364.21 kWh/t-Cu; (6)电解后PANI仍然为本征态结构,并没有被完全氧化而失去催化活性,证明了PANI基阳极的失效主要与阳极的开裂有关。……   
[关键词]:PANI;复合材料;阳极;电化学性能;铜电积
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:昆明理工大学2011年