钌镧氧化物涂层析氯反应动力学比较研究

通过热分解法制备了Ti/Ru O2和Ti/Ru-La-O氧化物涂层,利用微分电容和极化曲线等实验方法对涂层Clˉ特性吸附、La对Ru O2涂层析氯反应过程的影响及反应机理进行了研究。结果表明,在Na Cl溶液中,涂层表面存在Clˉ的特性吸附,这种特性吸附对析氯反应的动力学产生了影响,导致Tafel斜率上升,反应级数下降,加入La使氧化钌涂层的过电位下降,交换电流密度增大,有利于析氯反应的进行。本文对涂层存在的两种可能反应机理进行了比较分析,认为在中性Na Cl溶液中析氯反应是由2≡S·OCl*→rds2≡S·O+Cl2过程控制的。

Ti/RuO_(2)-IrO_(2)网状阳极电催化析氯性能

开发高效和高选择性催化剂是工业电催化NaCl生产活性氯的关键。采用三电极体系研究不同目数(20、40、80、100)网状阳极DSA(尺寸稳定阳极)(Ti/RuO_(2)-IrO_(2))的析氯性能,并通过COMSOL模拟电流密度分布的变化规律。结果表明:DSA-80具有最高的析氯活性,在1.175 V(Ag/AgCl为参比电极)电压下获得113.60 mA/cm^(2)的电流密度和较小的塔菲尔斜率(28.09 mV/dec)。DSA的析氯活性随着网格目数的增加而不断增长,目数增加到100时析氯活性下降,这种现象源于不同目数电极的活性表面积差异。结合COMSOL仿真电解过程,电流密度分布的模拟和实验结果趋势一致,电流集中于电极边缘促进氯气析出。为提高工业可用电极电催化制氯性能提供重要参考。

可控生长石墨炔/氢氧化钴异质界面用于高效产氯

氯碱工艺广泛应用于各种工业生产过程,在化工生产中起着关键和不可替代的作用。然而,目前所报道的析氯反应(CER)的电催化剂反应选择性和催化效率较低,显著限制了其实际应用。本文报道了在炭布基底表面生长氢氧化钴,随后再在其表面原位生长石墨炔(GDY/Co(OH)_(2))来可控制备高性能CER电催化剂的简单方法。在酸性模拟海水中,GDY/Co(OH)_(2)在10 mA cm^(-2)电流密度时的过电位仅为83 mV,最大法拉第效率(FE)为91.54%,氯产率高达157.11 mg h^(-1)cm^(-2)。实验结果表明,GDY在Co(OH)_(2)表面原位生长形成了GDY与金属Co原子之间具有强电子转移的界面结构,从而获得更高的导电性、更大的活性比表面积和更多的活性位点,进而提高了整体电催化的选择性和效率。

非贵金属氧化物析氯电极的研究

本文采用热分解法制备了几种不同组分的尖晶石型钴氧化物涂层电极。用扫描电镜和光学显微镜对电极表面形貌及断面组织进行了观察。在300g/l NaCl水溶液中测定了各电极析氯反应的恒电流电位—电流特性。结果表明:在单金属尖晶石Co_3O_4中掺杂二价异种金属离子M^(++)(M代表Ni、Cu、Zn)后电极析氯活性提高,双金属尖晶石M_xCo_(3-x)O_4(0<x<1)的活性随M种类的改变而变化很大,随M含量的增加而增大。表面形貌与Co_3O_4相似的Zn—Co尖晶石活性低于Ni—Co或Cu—Co尖晶石,NiCo_2O_4的析氯电位最接近Ru—Ti电极。

氯化钠电解过程节能的电催化与反应工程基础2012年度报告

重点在xRuO_2@TiO_2表面上析氯反应的密度泛函(DFT)量化计算、TiO_2纳米管阵列负载含钌涂层阳极催化剂、镍基RuO_2/Ni复合镀层阴极催化剂和Ni-Mo-P纳米合金镀层阴极催化剂等方向开展了纳米结构催化材料设计、合成方法的研究;考察了上述催化剂在氯化钠电解过程中的电催化活性与稳定性;初步建立了RuO_2、TiO_2,以及其相互间不同掺杂比例的氧化物模型,并模拟计算其电子构型,了解掺杂前后各氧化物几何、电子构型演化关系,完善氯化钠电解过程析气电催化剂的几何形貌、表面状态、电子构型、吸/脱附行为以及电催化活性、催化机理等相关理论。

用于农村厕所黑水处理的铱钽涂层电极的优化制备及其对析氯性能的影响

农村厕所黑水通常采用生物法进行处理,存在处理效果不稳定、运行管理复杂等问题。通过对传统钛铱电极进行优化制备,成功构筑了铱钽涂层系列电极(Tx)和铱钽锡锑钴涂层系列电极(Cx)。利用电化学原位产氯,实现了有机物的氧化降解并同步去除氨氮。优化电极复合氧化物涂层的配方,发现喷涂T3电极(IrTa氧化物涂层0.6 mg·cm^(-2),Ti氧化物涂层0.75 mg·cm^(-2))在2.4 V的工作电压下表现了最高效的净水效能,60 min内去除了厕所黑臭水生化处理出水50%的COD。系统研究了表面清洁工艺和烧结工艺对电极析氯效能的影响,发现喷砂结合酸洗的表面清洁过程、滚涂的涂层固定过程、500℃的烧结过程构筑的T3电极具有最高的析氯效能和强化寿命。本研究为分散式污水排放存在的富营养化问题提供了可行的解决思路。

贵金属阳极材料的应用与研究进展

贵金属阳极材料具有优异的电催化性能,为提高其催化活性,节能减耗减少其用量人们做了大量的研究。基于近十年来50余篇文献的分析,本文综述了贵金属阳极材料在基础化学工业的广泛应用及研究现状。展示了不同贵金属阳极的特点、发展历程和应用领域。介绍了贵金属氧化物阳极在电解水、氯碱工业、工业催化和废水处理等方面的应用进展,讨论了阳极材料的载体、控制形状、组成与物理化学特征之间的关系。对贵金属阳极材料的进一步发展及合理设计进行了展望。

改性钛基DSA电极处理工业氨氮废水的研究

采用溶胶-凝胶法制备了双金属氧化物Ti/IrSbO_(x)电极,表征了电极的析氯电位、析氯稳定性、法拉第效率、活性氯产量、工作寿命等电化学性能,利用电催化氧化反应系统研究了该电极对不同水质工业氨氮废水的处理效果。结果表明,Ti/IrSbO_(x)电极在10 mA/cm^(2)的电流密度下的析氯电位为2.04 V vs RHE,20h电解反应后的电极电势仅增大0.48%,在0.05 M NaCl溶液中的法拉第效率为64.33%,在20 mA/cm^(2)的电流密度下活性氯产量达到8.51 mg/h,在20 mA/cm^(2)电流密度下的工作寿命为21.12年。通过电催化氧化反应系统处理低氯子浓度(2000 mg/L)工业氨氮废水时较市售电极有更高的电流效率,为该电极的工业化应用提供了理论依据和实践经验。

一种复合氧化物涂层钛电极的电化学性能及其在废水处理中的应用

通过稳态极化曲线和循环伏安曲线,比较了复合氧化物涂层钛电极和镀铂钛电极的析氯和析氧电化学性能;通过循环伏安曲线,分析了复合氧化物涂层钛电极在不同溶液中的电化学性能,初步探索了复合氧化物涂层钛电极的电化学氧化机理;并将复合氧化物涂层钛电极安装在低压高频水处理装置中用于重金属废液和有机废液的电化学降解。结果表明,复合氧化物涂层钛电极相比镀铂钛电极具有更高的析氯和析氧催化活性及析氯和析氧反应效率;复合氧化物涂层钛电极在酸性溶液中析出的铜容易氧化成铜离子,出现铜返溶现象,而析出的镍不容易氧化,很难出现镍返溶现象;复合氧化物涂层钛电极具有较高的电化学催化性能,在电流密度为1 300A·m-2时,连续电解氧化120min后的铜离子去除率达到90%、镍离子去除率达到97%,连续电解氧化200min后的铵离子去除率达到98%、氰根离子去除率达到95%。