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Al/Pb-WC-CeO_2和Al/α-PbO_2/β-PbO_2电极的脉冲电沉积制备及其电化学性能研究

武剑

  在传统的湿法炼锌工业中,作为阳极最为广泛使用的是Pb-Ag合金阳极,该阳极可以满足基本生产的需要,电解出质量较好的锌,但铅及铅基合金阳极有其固有缺点,如析氧过电位所造成的无用电耗,同时由于Pb较软,易造成弯折变形,且重量大装配困难。另外,Pb阳极易被溶解进入电解液从而在阴极沉积破坏阴极产品质量。为了解决上述问题,人们一方面对传统Pb-Ag或Pb基合金阳极进行表面改性,一方面继续研究制备新的节能惰性阳极如PbO2和MnO2等。基于铅基合金阳极的研究,虽提高了催化性能,降低了槽电压,但Pb的密度大,易弯折等缺点依然没有改善,并且Pb是有毒金属,大量使用可能造成污染等问题。关于新型节能惰性阳极的研究主要采用的Ti基体,PbO2或MnO2作为表面层。这种电极虽降低了析氧过电位,但寿命较短与成本较高使其难以取代铅基合金阳极。因此,开发新型节能阳极目前仍是湿法炼锌领域的重要课题。 基于上述问题,本文作者提出采用质轻价廉的Al作为基体,利用脉冲电沉积技术在铝基体上制备出Al/Pb-WC-CeO2和Al/α-PbO2/β-PbO2复合材料和梯度功能材料,该电极可有效降低析氧过电位。 论文采用脉冲电极的制备方法,研究了在铝基体上制备惰性阳极材料Pb-WC-CeO2的方法和机理,确定了电沉积最佳工艺规范:正向占空比30%,正向电流120mA·cm-2,正向工作时间200ms,负向占空比10%,负向电流30 mA·cm-2,负向工作时间50ms。同时探讨了复合镀的沉积机理:包括WC、CeO2对镀层性能的影响,颗粒的作用等问题。通过Tafel曲线法,交流阻抗法验证镀层具有较好的耐蚀性,通过稳态极化曲线讨论了镀层的电催化活性,利用扫描电镜(SEM),、能谱(EDS)、, X射线衍射图谱(XRD)分析了镀层表面微观形貌、结构、结晶性能等。实验所制备的镀层表面平整致密,结合力优良,且具有较好的电化学性能。 同时,论文还研究了脉冲电沉积方法制备PbO2电极的机理,结合Velichenko等人的经典模型和实验所测的循环伏安曲线,给出了α-PbO2和β-PbO2的沉积全过程、热力学稳定性、析出电位等。探讨了α-PbO2作为中间层的优势,并对比了有无α层的β-PbO2的形貌结构差异。论文研究了脉冲参数对镀层性能的影响,确定了最佳脉冲工艺参数:20%,50mA·cm-2, Pb(NO3)2190 g·L-1, Cu(NO3)2 15g·L-1, NaF 0.5g·L-1;阳极为涂覆导电胶的铝基体/或α-PbO2镀层,阴极为不锈钢板,温度为60~80℃,施镀时间为1h。探讨了F离子和稀土CeO2的添加对于PbO2电极沉积过程的影响。通过Tafel曲线法,交流阻抗法的研究表明镀层具有较好的耐蚀性,通过稳态极化曲线讨论了镀层的电催化活性,利用扫描电镜(SEM),能谱等(EDS)分析了镀层表面形貌结构颗粒含量。实验所制备的镀层表面平整致密,结合力优良,且具有较好的电化学性能。 论文考察了两种电极在模拟电解锌中的性能,通过槽电压测量、寿命测试、电流效率计算、催化活性的比较,我们可以看出所制备的电极较之于传统Pb-Ag阳极具有优越性,槽电压分别降低了100mV,250mV,电流效率分别为87.1%,89.2%。……   
[关键词]:湿法炼锌;复合材料;槽电压;脉冲电镀;电化学
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:昆明理工大学2011年