[发明专利]耐酸阳极及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明耐酸阳极及其制备方法属于电化学工程技术领域，具体来讲是一种用于电解过程中的电极催化剂及其制备方法。

二、背景技术

由于硫酸溶液具有高的导电率，性质稳定和价格低廉等优点。所以许多电化学合成及其它体系需在硫酸溶液中进行，例如有色金属冶炼、氯碱工业、有机电合成等。但是硫酸溶液的强腐蚀性和阳极放出的新生态氧的强氧化性，使得满足工业生产的阳极材料十分匮乏。理想的阳极应具有导电性好、催化活性高、寿命长、表面积大、价格低、污染小等特点。因此，研发电催化性能好、耐腐蚀、寿命长、成本低的阳极材料对电化学领域的化工生产具有重要的意义。

金属作为电极已有很多的研究报道，例如有色金属电积长期使用的阳极是金属铅，这是基于金属铅良好的导电性、低廉的成本及在硫酸溶液中较好的耐化学和电化学腐蚀性能。但是以纯铅作为阳极材料，存在以下不足：(1)铅阳极较软，在使用中容易发生弯曲变形，造成短路；(2)析氧过电位高，消耗大量的电能；(3)在电积过程中铅表面会被氧化形成二氧化铅，在二氧化铅微小的孔隙中，导致会生成PbSO₄绝缘物，电极电阻变大，电极寿命缩短；(4)阳极腐蚀产物(铅离子)在阴极共沉积影响阴极产品纯度；继而在上世纪60年代一种既廉价又耐用的DSA(Dimensionally Stable Anode)便应用而生。DSA克服了传统石墨电极，铂电极、铅合金电极等存在的缺点，具有耐腐蚀性好、电能消耗少和使用寿命长等优点。但是考虑到贵金属成本较高，产量不多，储量也有限，开发非贵金属氧化物阳极则更具有实际意义；当今，非贵金属氧化物电极主要有钛基二氧化锰、钛基二氧化铅、钛基二氧化锡、钛基氧化钴和碳基氧化物等类型，此种阳极的主要缺点是在电解使用过程中，阳极放出的氧使钛钝化而导致电极电阻增大，电极失效。已报道的Ti/MO₂研究中，大多使用Ti/MnO₂和Ti/PbO₂阳极，但存在明显的问题，主要是：(1)钛基体表面二氧化钛绝缘层的形成，使导电能力降低。(2)钛基体与表面活性层的结合力差，致使表面活性层脱落，尤其在强腐蚀性的酸性溶液中更为严重。因此，开发耐酸非贵金属氧化物阳极具有重要的实际意义。

三、发明内容

本发明耐酸阳极及其制备方法的目的是提供一种在硫酸溶液中，寿命长和电催化活性好的阳极材料，使这种电极特别适用于有放氧的电解生产和有机电解过程。

本发明一种耐酸阳极，其特征在于是一种由导电金属钛板或钛网作为电极基体、SnO₂+Sb₂O₄+石墨纤维为中间过渡层、PbO₂或MnO₂为电极活性涂镀层组成的耐酸阳极。

上述一种耐酸阳极的制备方法，其特征在于：

I电极基体的预处理：

处理液原料：氢氧化钠、草酸、盐酸、钛板

处理液配比：NaOH：10-30％，草酸和盐酸的混合液：10-30％

处理方法：用120^#砂纸和1^#水砂纸对钛板或钛网打磨，再用一定浓度的NaOH溶液、草酸和盐酸的混合液在30-90℃下分别处理1-6h，将钛板刻蚀成麻面，用蒸馏水洗涤，并干燥备用；

II电极中间层的制备：

中间层原料：SnCl₄·5H₂O，SbCl₃，正丁醇，浓盐酸，碳纤维(CF)

中间层原料配比：m(SnCl₄·5H₂O)∶m(SbCl₃)＝20-30∶1

浓盐酸：1-5mL

石墨纤维：0.5-3g

制备方法：将SnCl₄·5H₂O，SbCl₃按一定比例溶于正丁醇中，再加数毫升浓盐酸以防水解。将此溶液涂在处理好的钛基体上，100-120℃下干燥5-10min，然后在350-600℃下热分解5-20min.重复8-20次，最后一次热分解1-3h左右，将一定量的石墨纤维负载到电极表面形成电极中间层；

III电极活性层的制备：