Elektrodit viittaavat pääasiassa positiivisiin ja negatiivisiin elektrodeihin ensisijaisessa akkujärjestelmässä ja katodi- ja anodimateriaaleihin elektrolyyttikennojärjestelmässä. Erotettu virran suunnan mukaan: tulovirran toista päätä kutsutaan anodiksi ja lähtövirran päätä katodiks.
Jos se erotetaan anodilla tapahtuvan reaktion tyypin perusteella: anodi, jossa hapetusreaktio tapahtuu, ja katodi, jossa pelkistysreaktio tapahtuu. Sähkökemiallisen reaktiojärjestelmän ydinkomponenttina anodimateriaalilla on tärkeä vaikutus reaktionopeuteen, reaktiomekanismiin ja energiankulutukseen reaktioprosessin aikana. Siksi uusien korkean suorituskyvyn anodimateriaalien kehittämisellä on energiapulan ja jäteveden vaikean käsittelyn yhteydessä tärkeä teoreettinen merkitys ja taloudellinen arvo teollisen tuotannon kannalta.
Sähkökemiallisessa reaktiojärjestelmässä pelkistysreaktio tapahtuu pääasiassa katodilla, joten katodimateriaaleja koskevat vaatimukset eivät ole liian tiukat. Anodimateriaali käy läpi pääasiassa hapetusreaktion reaktioprosessin aikana, jolloin anodimateriaali katoaa helposti ja vaihtuu useammin kuin katodimateriaali. Erinomaisten anodimateriaalien on täytettävä vaatimukset, kuten hyvä sähkönjohtavuus, korkea katalyyttinen aktiivisuus, hyvä stabiilisuus ja tietty mekaaninen lujuus. Yllämainituilla ominaisuuksilla varustettujen anodimateriaalien kehittämisestä on tullut kotimaisten ja ulkomaisten tutkijoiden kuuma tutkimusaihe.
Elektrolyysiteollisuuden jatkuva kehitys on edistänyt anodimateriaalien edistymistä ja kehitystä. EG Acheson tuotti menestyksekkäästi keinotekoista grafiittia sähkötermisellä kiteytysmenetelmällä vuonna 1896 ja toteutti teollisen tuotannon elektrolyyttisuolateollisuudessa.
Grafiittianodilla on anodimateriaalina havaittu seuraavat puutteet sen pitkäaikaisessa teollisessa käytössä: kun elektrolyytti on hapan, elektrokatalyyttiseen hajoamisprosessiin liittyy hapen kehitysreaktio ja hiilimateriaali hapettuu helposti, mikä johtaa grafiitissa Anodimateriaali laajenee, muotoutuu, putoaa ja kuonaa; toinen haittapuoli on, että hiilimateriaalilla on huono korkeiden lämpötilojen kestävyys ja huono mekaaninen lujuus, ja se voi rikkoutua käsittelyn ja kuljetuksen aikana. Siksi ihmiset etsivät metallianodeja grafiittianodien tilalle teollisen kehityksen tarpeisiin. Suurin ongelma metallianodien kanssa on anodien passivointi. Passivointikalvoja on helppo muodostaa pinnalle, jolloin metallianodien, kuten rautaanodien ja kuparianodien, katalyyttinen aktiivisuus heikkenee tai jopa menettää. Platinaanodeilla on korkea sähkökatalyyttinen aktiivisuus ja korkea virran hyötysuhde, mutta platinametalli on kallista, mikä rajoittaa sen käyttöaluetta. Vuonna 1948 tehtiin suuri läpimurto titaanimetallin valmistuksessa ja saavutettiin teollinen tuotanto. Tämä johtui pääasiassa yhdysvaltalaisen tohtori W. Clauren keksinnöstä magnesiumin lämpöpelkistysmenetelmällä ja onnistuneella titaanisienen valmistuksella. Titaania voidaan käyttää anodin perusmateriaalina uusien anodien valmistukseen. Vuonna 1959 tutkijat ehdottivat uutta konseptia: titaanimetallin käyttöä perusmateriaalina ja metallioksidia aktiivisena kerroksena uuden metalli-anodin kehittämiseksi. Vuonna 1968 italialainen yritys DeNora otti johtoaseman H. Beerin ruteeni-titaanipinnoitettujen anodien teollistamisessa, ja titaanianodien kehittäminen aloitti uuden luvun.
1. Titaanianodin valmistusmenetelmä
(1) Terminen hajoamismenetelmä
Lämpöhajoamismenetelmä on levittää tasaisesti orgaaninen liuos tai metallioksidin vesiliuos esikäsitellyn alustan pinnalle ja sitten kuivaamalla matalassa lämpötilassa, hapettamalla korkeassa lämpötilassa ja muut prosessit tarvittavan oksidikalvon saamiseksi. Tämän menetelmän etuja ovat yksinkertainen laitteisto ja prosessi, säädettävä pinnoitteen paksuus sekä monien halkeamien muodostuminen anodin pinnalle, mikä lisää pinnoitteen ominaispinta-alaa ja parantaa anodin katalyyttistä aktiivisuutta. Haittapuolena on, että pinnoitteen pintaan muodostuu helposti syviä halkeamia, kuten mutahalkeamia, ja pinnoite on helppo pudota.
(2) Sooli-geeli -menetelmä
Sooli-geeli -menetelmässä valmistetaan sooli metallioksidi- tai -hydroksidihiukkasista, jotka on liuotettu metalliorgaanisten yhdisteiden liuokseen hydrolyysin ja yhdisteiden polymeroinnin kautta, ja sitten muodostetaan geeli, jolla on tietty tilarakenne useiden fysikaalisten tai kemiallisten reaktioiden avulla. . , tarvittava metallioksidinanofilmi voidaan saada kuivaamalla matalassa lämpötilassa ja sintraamalla korkeassa lämpötilassa. Etuna on, että pinnoitteesta saostuu nanopartikkeleita, rakeet ovat pieniä ja pinnoite on tiheä. Haittapuolena on, että valmistusprosessi on monimutkainen ja aikaa vievä.
(3) Sähkösaostusmenetelmä
Sähkösaostusmenetelmä on sijoittaa esikäsitelty substraatti anodina metallisuolasähköpinnoitusliuokseen ja käyttää ruostumatonta terästä katodina. Kun sähkösaostus on suoritettu tietyn ajanjakson ajan vakiovirran vaikutuksesta, substraatin pinnalle saadaan metallioksidikalvo.
Sähkösaostusmenetelmällä on lievät valmistusolosuhteet, vahvempi sidosvoima alustan ja pinnoitteen välillä, ja se on lupaavin teolliseen tuotantoon. Valmistusprosessi on kuitenkin monimutkainen, siihen liittyy monia vaikuttavia tekijöitä ja se kuluttaa paljon energiaa.
(4) Magnetronisputterointimenetelmä
Magnetronisputterointimenetelmä on argonilmakehässä, korkeataajuisen ja suurjännitesähkökentän vaikutuksesta muodostuva korkean energian kaasu-ionivirta pommittaa kohdepintaa ja kohdepinnan atomit sputteroidaan ja kerrostuvat. alustan pinnalla.
Ohutkalvomateriaalin valmistusmenetelmä. Tämän menetelmän etuna on, että tuloksena olevalla pinnoitteella on suurempi tiheys, vahvempi sidosvoima substraatin ja pinnoitteen välillä ja anodin käyttöikä paranee huomattavasti. Käytettävät laitteet ovat kuitenkin kalliita ja vaikeasti toteutettavissa suuressa mittakaavassa.
Edellä mainittujen neljän päävalmistusmenetelmän lisäksi titaanipohjaisten metallioksidianodien valmistusmenetelmiin kuuluvat myös CVD, PVD, ruiskulämpöhajotus jne. Lämpöhajotusmenetelmä on yleisin menetelmä titaanipohjaisten tina-antimonianodien valmistuksessa. Prosessi on yksinkertainen, laitteita on helppo käyttää ja pinnoitekomponentit ovat tarkkoja ja hallittavissa. Se soveltuu erityisen hyvin yleiseen laboratoriotutkimukseen.
2. Useita yleisesti käytettyjä titaanianodiluokituksia
Titaanianodin pinnoitteen valinta määrää sähkökemiallisen reaktioprosessin eli sen, onko sähkökemiallinen reaktiotyyppi hapen kehitysreaktio vai kloorin kehitysreaktio, ja hajoamisperiaate on suora hajoaminen vai epäsuora hajoaminen. Pinnoitteen rakenteella ja kemiallisella koostumuksella on ratkaiseva vaikutus sähkökemialliseen reaktioon. Tällä hetkellä useiden yleisesti käytettyjen titaanianodien tutkimus sisältää pääasiassa Ir02/Ti-sarjan, Ru02/Ti-sarjan, Pb02/Ti-sarjan, Sn02/Ti-sarjan jne.
Ir02/Ti-anodi on hapenkehityksen anodi. Yksikkö lr02 päällystetyn titaanianodin aktiivinen kerros on helppo irrottaa käytön aikana ja anodin käyttöikä on lyhyt. Muokkaustutkimusta varten on yleensä tarpeen lisätä joitain muita komponentteja. Iridium on jalometallielementti ja suhteellisen kallis.
Ru02-Ti02/Ti-anodi on kloorin kehitysanodi. Kuten iridium, rutenium on myös jalometallialkuaine ja kallista. Tällä hetkellä Ru02/Ti-sarjan anodeja käytetään pääasiassa kloori-alkaliteollisuudessa.
Pb02/Ti-anodilla on vahva kyky hajottaa jäteveden orgaanista ainetta, kuten jotkin orgaaniset jätevedet, joita on vaikea biologisesti hajottaa. Orgaanisen aineen lopulliset hajoamistuotteet ovat C02 ja H20]. Pb02/Ti-anodia käytetään pääasiassa kromauksessa vahvassa happoliuoksessa, sinkin ja kuparin elektrolyyttisessä sulatuksessa, jäteveden käsittelyssä, öljy-veden erotuksessa jne.
Sn02/Ti-anodi viittaa anodimateriaaliin, jossa on tinaoksidia aktiivisena komponenttina titaanimatriisissa. Se on lupaava ei-jalometallinen titaanipohjainen metallioksidianodi. SnO2:lla on korkea ominaisvastus huoneenlämpötilassa, joten sitä ei voida käyttää suoraan anodimateriaalina. Doping Sb voi parantaa tehokkaasti Sn02:n johtavia ominaisuuksia. Sb-oksidin ja Sn02:n välille muodostuu jatkuva kiinteä liuos. Sb tukee ja parantaa Sn02:n vakautta. Siksi Sb-seostuksella modifioitua SnO2:ta voidaan käyttää anodipinnoitteena. Tutkimus on osoittanut, että Sb-seostettu Sn02. Sb/Ti-anodilla on korkea hapenkehityspotentiaali ja vahva ·OH-kehityskyky, joten sillä on hyvä orgaanisen aineen elektrokatalyyttinen hapetusaktiivisuus, ja sitä on käytetty laajalti jäteveden käsittelyssä.
3.Aiheeseen liittyvät tuotteet ehisenissä
