BRPI0617694A2 - método para formação de uma superfìcie eletrocatalìtica sobre um eletrodo e respectivo eletrodo - Google Patents

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Abstract

<B>MéTODO PARA FORMAçãO DE UMA SUPERFICIE ELETROCATALITICA SOBRE UM ELETRODO E RESPECTIVO ELETRODO<D>A presente invenção se refere a um método para formação de uma superfície eletrocatalítíca sobre um eletrodo de uma maneira simples, em particular, sobre um anodo de chumbo usado na recuperação eletrolítica de metais. O revestimento catalítico é formado mediante um método de pulverização que não altera essencíalmente as caracteristícas do pó de revestimento durante a pulverização. São usados áxidos de metal de transição como material de revestimento. Após o revestimento por pulverização o eletrodo está pronto para uso sem qualquer posterior tratamento. A invenção também se refere a um eletrodo sobre o qual uma superfície eletrocatalitíca é formada.

Description

"MÉTODO PARA FORMAÇÃO DE UMA SUPERFÍCIE ELETROCATALÍTICASOBRE UM ELETRODO E RESPECTIVO ELETRODO"
Campo da Invenção
A presente invenção se refere a um método paraformação de uma superfície eletrocatalítica sobre umeletrodo de uma maneira bastante simples, em particular,sobre um anodo de chumbo usado na recuperação eletrolíticade metais. O revestimento catalítico é formado mediante ummétodo de pulverização, o qual não altera de modosubstancial as características do pó de revestimentodurante a pulverização. Como material de revestimento, sãousados óxidos de metal de transição. Após o revestimentopor pulverização, o eletrodo está pronto para uso semposterior tratamento. A invenção também se refere a umeletrodo, sobre o qual é formada uma superfícieeletrocatalítica.
Antecedentes da Invenção
A recuperação eletrolítica de metais,especialmente de metais que são mais nobres que ohidrogênio, ocorre a partir de uma solução aquosa do metal.A recuperação de zinco de uma solução aquosa pode tambémser executada eletroliticamente, embora o zinco seja ummetal menos nobre que o hidrogênio. É típico do presentemétodo que um metal puro seja reduzido a partir da soluçãosobre o catodo, com um gás se formando no anodo, cujo gás,dependendo das condições, é cloro, oxigênio ou dióxido decarbono. Os anodos insolúveis são usados como anodo. Nessecaso, a eletrólise é denominada de eletroextração. Osmetais mais comuns que são produzidos por eletroextração apartir de uma solução aquosa contendo ácido sulfúrico sãocobre e zinco. 0 valor do potencial no processo deeletrólise de cobre e zinco é regulado numa faixa em que ooxigênio é formado no anodo.
A produção de um metal puro por eletrólise é asoma total de diversos fatores, porém, um fator importanteé a qualidade do anodo. Os anodos usados na eletroextraçãode cobre e zinco são normalmente feitos de chumbo ou ligade chumbo, onde a liga contém 0,3-1,0% de prata e,possivelmente, 0,04-0,07% de cálcio. Quando o anodo à basede chumbo descrito acima é usado, por exemplo, naeletrólise de zinco, em que a concentração de. ácidosulfúrico (H2SO4) é da ordem de 150-200 g/L, o chumbo doanodo começa a se dissolver e precipitar no catodo. Aprecipitação do chumbo no catodo também provoca curtos-circuitos, os quais impedem a eletrólise.
Sob condições de eletrólise, é formada uma camadade óxido de chumbo naturalmente sobre a superfície do anodode chumbo, o que parcialmente protege o anodo da corrosão.Além disso, o eletrólito de zinco normalmente contém 3-6g/L de manganês, que, no curso do tempo, precipita umacamada de MnO2 sobre a superfície do anodo. Entretanto,quando ocorre uma camada espessa de MnO2 sobre a superfíciedo anodo, o anodo começa a se comportar como se fosse umeletrodo de MnO2. Os inconvenientes da formação natural deuma camada de Mn02 são que uma camada espessa pode provocarcurtos-circuitos e uma parte da mesma pode cair dentro doeletrólito, caso a condição de aderência seja fraca emcertos locais. Uma camada sólida de MnC>2 é acreditada deapresentar o seu próprio efeito sobre a corrosão de anodosde chumbo e, portanto, a precipitação de ions de manganês apartir da solução do eletrólito é considerada indesejável.Uma principal desvantagem é também que uma camada espessade MnO2 requer um alto potencial de anodo para formaroxigênio, o que eleva os custos de energia do processo.
Tentativas têm sido feitas, de diversas maneiras,para evitar o desgaste de anodos. Um modo de solucionar oproblema é formar uma camada catalitica sobre a superfíciedo anodo, antes de submergir o anodo no eletrólito, de modoque a camada proteja o anodo da corrosão. Entretanto, adescoberta de um catalisador adequado causa dificuldades,pelo fato de que a eletrólise opera com concentrações deácido demasiadamente altas.
Particularmente, na eletrólise de cloro-álcali,os anodos conhecidos como anodos dimensionalmente estáveis(DSA), que são descritos, por exemplo, nas Patentes U.S.Nos. 3.632.498 e 4.140.813, têm sido usados há algumasdécadas. Tais anodos também foram propostos para uso nolugar dos eletrodos de chumbo, na eletrólise de zinco ecobre, pelo fato de suas características economizadoras deenergia, porém, os anodos tradicionais feitos de liga dechumbo, ainda se encontram em uso na maioria dasinstalações de eletrólise de cobre e zinco do mundo.São conhecidos métodos em que é formado umeletrocatalisador sobre a superfície de eletrodos de DSA. Omaterial do eletrodo, que, normalmente, é de titânio, épreviamente tratado mediante cauterização ou jato de areia,podendo ser posteriormente tratado mediante pulverização dealgum tipo de metal de válvulas, como, por exemplo, titânioou seu óxido. O revestimento catalítico final é formado deuma solução ou suspensão do catalisador ou seu precursor,tal como, um sal metálico ou um composto organometálico.Esses produtos químicos são geralmente decompostostermicamente, isto é, tratados em um forno sob elevadatemperatura para formar a desejada superfíciecataliticamente ativa. O material de catalisador é um metalou óxido do grupo da platina ou, alternativamente, um dosseguintes metais: titânio, tântalo, nióbio, alumínio,zircônio, manganês, níquel ou uma liga dos mesmos. A camadade catalisador pode ser produzida sobre a superfície dediferentes maneiras, como por pintura ou pulverização,porém, a formação da camada requer um ou diversostratamentos térmicos sob uma temperatura entre 450-600°C.Normalmente, outras camadas intermediárias são formadassobre a superfície do eletrodo, antes da formação da camadaprotetora final. Estes tipos de métodos são descritos, porexemplo, nos documentos de patentes EP 407349 e 576402 e naPatente U.S. No. 6.287.631.
Um método é descrito na Patente U.S. No.4.140.813, em que é formada uma camada de óxido de titâniosobre um anodo de titânio jateado com areia, mediante astécnicas de plasma ou pulverização por chama, onde acomposição da camada pode ser afetada pela temperatura depulverização e composição do gás usado. Nas técnicas deplasma e pulverização por chama, o material de revestimentose funde durante a pulverização. A camada de óxido que éformada, isto é, a camada de substrato eletricamentecondutora é posteriormente tratada com uma substânciaeletroquimicamente ativa. Como substâncias de ativação, sãoempregados metais de platina, preferivelmente, metais derutênio ou iridio, como elementos ou como compostos, sendoescovados no topo da camada de óxido.
Os revestimentos também têm sido desenvolvidospara a superfície de um anodo de chumbo, para proteger efacilitar o desenvolvimento de oxigênio. Um anodo édescrito na Patente U.S. No. 4.425.217, (Diamond ShamrockCorp.), em que a base do chumbo ou composto de chumbo éprovida com partículas catalíticas de titânio, contendo umaquantidade bastante pequena de um metal do grupo da platinaou um óxido dos mesmos. No método de fabricação dorevestimento, o anodo e o pó de titânio são tratadosatravés de cauterização (com água forte) e o pó é tratadotermicamente a fim de oxidar os sais de metal precioso emóxidos. 0 pó é fixado à superfície do anodo através deprensagem.
O documento de patente EP 87186 (Eltech SystemsCorp.), apresenta um meio de prover um catalisador usadosobre a superfície de um eletrodo de DAS, na superfície deum anodo de chumbo, em que o catalisador é formado a partirde uma esponja de titânio, que é dotada de partículas deóxido de rutênio-manganês. A fabricação do revestimentocatalítico mencionado acima no ambiente de uma instalaçãode eletrólise de zinco e cobre parece bastante difícil e orevestimento se torna bastante oneroso. A fixação do pó àsuperfície do anodo também ocorre por meio de prensagem.
Objetivo da Invenção
0 objetivo da presente invenção é formar umasuperfície catalítica sobre um eletrodo, particularmente,um anodo à base de chumbo, usado na recuperaçãoeletrolítica de metais. A superfície formada protege oanodo de desgaste e, como um efeito da superfície, oelevado potencial de oxigênio requerido no anodo permanecebaixo. Os métodos descritos no estado da técnica paraformação de uma superfície catalítica requerem tratamentotérmico e/ou procedimento de cauterização e possíveiscamadas intermediárias, porém, o método agora desenvolvidoé consideravelmente mais simples, pelo fato de que otratamento prévio do anodo é direto, após o que o pó docatalisador é pulverizado diretamente sobre a superfície doanodo e, após isso, o anodo está pronto para uso, semqualquer posterior tratamento.adicional.
Resumo da Invenção
A invenção se refere a um método para formação deuma camada eletrocatalítica sobre um eletrodo e o eletrodosendo formado dessa maneira. De acordo com o presentemétodo, a superfície do eletrodo é pulverizada com pelomenos um dos óxidos dos metais de transição na forma de pó,como um revestimento catalitico, após o que o eletrodo estápronto para uso, sem qualquer tratamento térmico separado.
O eletrodo é preferivelmente um anodo de chumbousado na recuperação eletrolitica de metais. A pulverizaçãodo catalisador ocorre preferivelmente com pulverização porHVOF ou de forma extremamente lucrativa com pulverização afrio, em cujo caso as propriedades física e química do póde catalisador permanecem substancialmente não-modifiçadasdurante a pulverização, devido ao fato de que a mudança detemperatura que ocorre na pulverização é menor.
O catalisador é preferivelmente selecionado comosendo um óxido de metal de transição, tipicamente, emboranão obrigatoriamente, as formas de MO2, MO3, M3O4 ou M2O5,onde M é um metal de transição.
O material de catalisador é preferivelmente um oumais do grupo de: MnO2, PtO2, RuO2, IrO2, Co3O4, NiCo2O4,CoFe2O4, PbO2, NiO2, TiO2, titanato natural de cálcio, SnO2,Ta2O5, WO3 e MoO3.
Os óxidos usados como catalisadores podem seróxidos simples ou óxidos sintetizados. Em um óxidosintetizado, pelo menos um outro óxido do mesmo metal éfixado ao primeiro óxido de metal ou um ou mais óxidos dooutro metal são fixados ao óxido do primeiro metal.
A presente invenção também se refere a umeletrodo, particularmente, um anodo de chumbo, sobre cujasuperfície é formado um revestimento eletrocatalítico,mediante pulverização de pelo menos um óxido de metal detransição sobre o mesmo. O eletrodo está pronto para usoapós a pulverização sem qualquer tratamento térmico.
As características essenciais da invenção setornarão evidentes nas reivindicações anexas.
Descrição Detalhada da Invenção
As características essenciais do revestimentocatalítico formado sobre a superfície do eletrodo incluem adiminuição do excesso de potencial de oxigênio e a proteçãodo dito eletrodo da corrosão. 0 catalisador tem de ser debaixo preço e a formação da camada catalítica na superfíciedo eletrodo deverá ser também lucrativa. Além disso, ocatalisador deverá aderir de forma satisfatória na suabase.
Na descrição do estado da técnica, foi mencionadoque, por exemplo, na eletrólise do zinco, o eletrólitocontém manganês, que no curso do tempo se precipita naforma de dióxido de manganês sobre a superfície do anodo,muito embora isso seja indesejável. O objetivo do método deacordo com a invenção agora desenvolvido é formar umacamada eletrocatalítica sobre a superfície de um anodopuro, que possui e aumenta as propriedades desejadas,dentre as quais uma das intenções é diminuir a incontroladaprecipitação de dióxido de manganês sobre o anodo.
Em uma modalidade da invenção, o dióxido demanganês é usado como eletrocatalisador. Utilizando-sediferentes métodos de fabricação é possível se obterdióxidos de manganês com diversas propriedadeseletroquímicas. Exemplos de tais compostos incluem odióxido de beta-manganês (βΜηθ2) , dióxido de manganêsfabricado quimicamente (CMD) e dióxido de manganêsfabricado eletroquimicamente (EMD). Outros dióxidos demanganês que são comercialmente disponíveis incluem odióxido de manganês tratado termicamente (HTMD) e dióxidode manganês natural (NMD), que podem também ser usados.
Um revestimento de catalisador pode ser formadosobre a superfície do anodo, que é uma mistura de diversosdióxidos de manganês, fabricados de diferentes maneiras. Domesmo modo, um revestimento pode ser também composto dealguns dos pós de dióxido de manganês mencionados acima,aos quais alguns outros óxidos de metais de transição foramcombinados ou o material de revestimento é o óxido de algumou alguns metal(is) de transição completamente diferentesde óxidos de manganês.
É típico do método de acordo com a invenção que acomposição e características desejadas do óxido de metal detransição ou combinação de diversos óxidos sejaespecificada antes do pó ser pulverizado sobre a superfíciedo eletrodo. Preferivelmente, a pulverização do pó ocorrede modo a não modificar essencialmente as suas propriedadespó durante a pulverização. Se desejado, o grau de oxidaçãodo pó pode também ser um pouco modificado durante apulverização. Após a pulverização, o eletrodo está prontopara uso sem qualquer tratamento posterior.
Quando o pó do catalisador é pulverizado no topodo material de substrato, o pó não apenas forma uma camadasobre o seu substrato, como também as partículas docatalisador são submersas total ou parcialmente no materialde substrato, formando, dessa forma, uma forte ligaçãomecânica e/ou metalúrgica. Isso também proporciona umasatisfatória conexão elétrica entre o catalisador e omaterial de substrato.
Um adequado método de pulverização é apulverização por HVOF. A pulverização por HVOF (sigla emInglês de "High Velocity Oxy-Fuel" - "Oxi-combustível dealta velocidade") se fundamenta na combustão continua dogás ou fluido de combustão e oxigênio na câmara decombustão da pistola pulverizadora, sob alta pressão e comum fluxo de gás de alta velocidade gerado pela pistolapulverizadora. O material de revestimento é alimentado naforma de pó por meio de um gás veiculo, mais comumente, demodo axial, dentro do bocal da pistola pulverizadora. Aspartículas de pó são aquecidas no bocal por apenas um curtoperíodo de tempo, antes das mesmas se auto-fixarem aomaterial de substrato. Foi descoberto nos testesrealizados, que mesmo após a pulverização de diversascamadas de catalisadores, a temperatura do substrato foiapenas em torno de 100°C.
Um método de pulverização particularmenteadequado é conhecido como método de pulverização a frio,baseado em energia cinética. Uma vez que não existe chamano método de pulverização a frio, o revestimento e materialde substrato não são submetidos a muito aquecimento e,portanto, a estrutura do revestimento permanece a mesmadurante a pulverização. A pulverização a frio é baseada navelocidade super-sônica do gás veículo obtida em um bocaldo tipo Lavai. A formação de um revestimento é baseada nadeformação do material e na soldabilidade a frio dosmetais. Esse método é usado para se obter um revestimentodenso e adesivo, na medida em que a energia cinética daspartículas de pó é modificada para energia mecânica e,também, parcialmente em calor, o que resulta nas partículasserem imersas dentro da superfície a ser revestida eformarem uma junção mecânica e/ou metalúrgica, praticamentede encaixe com o substrato.
Foram feitas medições após os testes depulverização, provando que a estrutura do revestimentofixado ao material de substrato quando do revestimento porambas as técnicas de HVOF e pulverização a frio, foiabsolutamente a mesma que antes da pulverização. Aconservação da estrutura de revestimento durante apulverização é importante, pois, desse modo, a composiçãodesejada do material de revestimento pode ser controlada e,ao mesmo tempo, todo o tratamento de revestimento pode serfeito com uma pulverização, sem tratamentos intermediáriosou posteriores. Logicamente, a pulverização pode ocorrer naforma de uma única varredura da pistola de pulverização ouem diversas varreduras, sendo o número de varredurasdependente da desejada espessura do revestimento,entretanto, o revestimento é essencialmente completado emum estágio.
Antes da pulverização, o material de substrato élimpo por meios químicos e/ou mecânicos, de modo a nãoexistirem elementos orgânicos ou inorgânicos estranhos nasuperfície, com relação às condições de operação. Durante alimpeza, as camadas de óxido sobre a superfície dosubstrato que são prejudiciais à aderência do revestimentosão também removidas. Um tipo de pré-tratamento típico é ojateamento com granito, sempre que um tipo de jateamentofor imaginado adequado. Em alguns casos, a simples lavagemcom água sob pressão é suficiente.
O pó de revestimento com propriedades catalíticasé escolhido para corresponder em tamanho de partícula ao pónormal usado na pulverização térmica ou pulverização a frioou, de outro modo, se adequando ao método de pulverizaçãodesejado. O pó é alimentado através de um dispositivoalimentador de pó ou outro qualquer dispositivo adequado,dentro do bocal ou pistola de pulverização. O dispositivoalimentador de pó pode ser do tipo comum ou especialmentedesenvolvido para tal propósito.
Na pulverização, o material de substrato érevestido com pó que apresenta propriedades catalíticaspara a desejada espessura de camada. A espessura da camadaé controlada pelos parâmetros de pulverização, por exemplo,a quantidade de pó alimentada na pistola de pulverização, avelocidade da pistola de pulverização com relação à peça aser revestida, o número de revestimentos, isto é, o númerode varreduras ou mediante uma combinação de taisparâmetros. Durante o revestimento, deve ser observado quea temperatura do revestimento não se elevedesnecessariamente. Preferivelmente, o revestimento érealizado em uma atmosfera de ar.O tamanho de partícula do pó de catalisador a serusado no revestimento é preferivelmente na faixa de 5-100μm e a espessura da camada de revestimento em torno de 1-5vezes o diâmetro da partícula de revestimento.
Especialmente quando o material de substrato a serrevestido é um anodo de chumbo, foi descoberto que a camadade revestimento não necessita cobrir o referido anodocompletamente. O revestimento atende a sua finalidade nessecaso, embora as partículas de revestimento na superfície doanodo sejam emplastros ou partículas separadas.
A pulverização a frio é particularmente um métodode pulverização benéfico quando se deseja manter o materialde revestimento na exata composição em que o mesmo foialimentado ao dispositivo de pulverização. Na pulverizaçãoa frio não ocorre, por exemplo, a oxidação durante a fasede pulverização, a menos que isso seja expressamentedesej ado.
Entretanto, caso se deseje modificar o grau deoxidação do material de revestimento durante apulverização, isso é também possível quando o método e ascondições de pulverização são selecionadas correspondentesà necessidade. Por exemplo, a composição do gás decombustão (propano) usado na pulverização por HVOF ou dogás veículo (ar, nitrogênio, hélio) usado na pulverização afrio, pode ser usada para afetar as características dorevestimento a ser gerado.
Exemplo
Dióxidos de manganês comercialmente disponíveis(βΜη02, CMD e EMD) foram usados nos testes realizados. Cadapó foi pulverizado sobre um substrato de chumbo contendoliga de prata, com as dimensões de 150 χ 270 χ 8 mm.Ganchos de latão foram fixados à borda superior das peças eos anodos formados dessa maneira foram testados junto comanodos padrões (PB - 0,6% Ag), sob condições típicas deeletrólise de zinco. A densidade de corrente na eletrólisefoi de 570 A"2 e as concentrações foram: Zn+2, 55 g/L; H2SO4,160 g/L; Mn+2, cerca de 5 g/L. Catodos de alumínio foramusados na eletrólise.
Os anodos foram retirados do tanque para inspeçãodepois de 72 horas. A inspeção foi feita visualmente eatravés de medições EDX-SEM. Os anodos, que haviam sidopulverizados com uma camada de dióxido de manganês,apresentaram uma quantidade de dióxido de manganês poucofixada, depositada a partir da solução, enquanto que oseletrodos padrões não-revestidos apresentaram, claramente,uma maior quantidade. 0 anodo revestido por EMD, isto é,por dióxido de manganês fabricado eletroquimicamente, semostrou completamente isento de dióxido de manganêsoriginário da solução. Com base em observações empíricas,pode ser concluído que a quantidade de MnO2 em todo osistema formado na superfície de anodos revestidoseletrocataliticamente, foi cerca da metade da quantidade deMnO2 formada nos anodos não-revestidos.

Claims (17)

1. Método para formação de uma superfícieeletrocatalitica sobre um eletrodo, caracterizado pelo fatode que um revestimento de catalisador na forma de pó épulverizado a frio em uma única etapa sobre a superfície deum anodo à base de chumbo usado na recuperação eletrolíticade metais, o revestimento consistindo principalmente de umdióxido de manganês, este sendo pelo menos um dosseguintes: dióxido de beta-manganês (βΜη02) , dióxido demanganês fabricado quimicamente (CMD), dióxido de manganêsfabricado eletroquimicamente (EMD) , dióxido. de manganêstratado termicamente (HTMD) ou dióxido de manganês natural(NMD) .
2. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que as propriedades físicas equímicas do catalisador na forma de pó permanecemessencialmente não-modifiçadas durante a pulverização.
3. Método, de acordo com as reivindicações 1 ou-2, caracterizado pelo fato de que o óxido a ser usado comorevestimento é um óxido simples ou sintetizado, em que umavariante de óxido do mesmo metal é fixada ao primeiro óxidode metal.
4. Método, de acordo com as reivindicações 1 ou-2, caracterizado pelo fato de que o óxido a ser usado comorevestimento é um óxido sintetizado, em que um ou diversosóxidos de outro metal de transição são fixados ao primeiroóxido de metal.
5. Método, de acordo com quaisquer dasreivindicações 1-4, caracterizado pelo fato de que o óxidode manganês é combinado com um metal de transição, seapresentando na forma de MO2, MO3, M3O4 ou M2O5, onde M é ummetal de transição.
6. Método, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que Ό metal de transição é pelom, enos um dos seguintes: PtO2, RuO2, IrO2, Co3O4, NiCo2O4,CoFe2O4, NiO2, TiO2, titanato natural de cálcio, Ta2O5, WO3ou MoO3.
7. Método, de acordo com quaisquer dasreivindicações 1-4, caracterizado pelo fato de que o óxidode manganês é combinado com PbO2 ou SnO2.
8. Método, de acordo com quaisquer dasreivindicações 1-7, caracterizado pelo fato de que otamanho de partícula do pó a ser usado no revestimento sesitua na faixa de 5-100 micrômetros.
9. Método, de acordo com quaisquer dasreivindicações 1-8, caracterizado pelo fato de que aespessura do revestimento a ser formado no eletrodo é de 1-vezes o diâmetro da partícula de pó do revestimento.
10. Método, de acordo com quaisquer dasreivindicações 1-9, caracterizado pelo fato de que oeletrodo é limpo quimicamente e/ou mecanicamente, antes daformação do revestimento no eletrodo.
11. Eletrodo revestido eletroquimicamente,caracterizado pelo fato de que um revestimento feitoprincipalmente de um óxido de manganês foi formado sobre asuperfície de um anodo à base de chumbo usado narecuperação eletrolítica de metais mediante pulverização afrio, o óxido de manganês sendo pelo menos um dosseguintes: dióxido de beta-manganês (βΜηθ2) , dióxido demanganês fabricado quimicamente (CMD), dióxido de manganêsfabricado eletroquimicamente (EMD), dióxido de manganêstratado termicamente (HTMD) ou dióxido de manganês natural(NMD) .
12. Eletrodo, de acordo com a reivindicação 11,caracterizado pelo fato de que o óxido a ser usado comorevestimento é um óxido simples ou sintetizado, em que umavariante de óxido do mesmo metal é fixada ao primeiro óxidode metal.
13. Eletrodo, de acordo com as reivindicações 11ou 12, caracterizado pelo fato de que o óxido a ser usadocomo revestimento é um óxido sintetizado, em que um oudiversos óxidos de outro metal de transição são fixados aoprimeiro óxido de metal.
14. Eletrodo, de acordo com quaisquer das reivindicações 11-13, caracterizado pelo fato de que oóxido de manganês foi combinado com um metal de transição,se apresentando na forma de MO2, MO3, M3O4 ou M2O5, onde M éum metal de transição.
15. Eletrodo, de acordo com a reivindicação 14,caracterizado pelo fato de que o metal de transição é pelom, enos um dos seguintes: PtO2, RuO2, IrO2, Co3O4, NiCo2O4,CoFe2O4, NiO2, TiO2, titanato natural de cálcio, Ta2O5, WO3ou MoO3.
16. Eletrodo, de acordo com quaisquer dasreivindicações 11-13, caracterizado pelo fato de que oóxido de manganês foi combinado com PbO2 ou SnO2.
17. Eletrodo, de acordo com quaisquer dasreivindicações 11-16, caracterizado pelo fato de que aespessura do revestimento a ser formado sobre o eletrodo éde 1-5 vezes o diâmetro da partícula do pó de revestimento.
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Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008059165A1 (de) * 2008-11-24 2010-05-27 Siemens Aktiengesellschaft Bauteil mit einer katalytischen Oberfläche, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung dieses Bauteils
KR100930790B1 (ko) * 2009-02-18 2009-12-09 황부성 수소산소 발생용 전극판 및 그를 제조하기 위한 제조방법
DE102010021554A1 (de) 2010-05-21 2011-11-24 Siemens Aktiengesellschaft Bauteil mit einer katalytischen Oberfläche, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung dieses Bauteils
DE102010021553A1 (de) 2010-05-21 2011-11-24 Siemens Aktiengesellschaft Bauteil mit einer katalytischen Oberfläche, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung dieses Bauteils
CN102268689B (zh) * 2011-06-24 2013-05-22 太原理工大学 一种钛基氧化物耐酸阳极及其制备方法
ITMI20120873A1 (it) * 2012-05-21 2013-11-22 Industrie De Nora Spa Elettrodo per evoluzione di prodotti gassosi e metodo per il suo ottenimento
FI127028B (en) 2013-06-05 2017-09-29 Outotec Finland Oy Method and apparatus for metal electrical recovery
DE102014003424B4 (de) * 2014-03-04 2017-04-13 Vdm Metals International Gmbh Kathode für die elektrolytische Zinkgewinnung
CN104133070B (zh) * 2014-07-17 2015-07-08 济南大学 一种环境雌激素无标记免疫传感器的制备方法及应用
KR101670929B1 (ko) * 2014-10-21 2016-11-07 서울대학교산학협력단 산소 발생 촉매, 전극 및 전기화학반응 시스템
BE1023239B1 (fr) * 2014-12-19 2017-01-06 Prayon Procédé pour le dépôt de films minces par voie humide
AR106069A1 (es) * 2015-09-25 2017-12-06 Akzo Nobel Chemicals Int Bv Electrodo y proceso para su manufactura
CN105521784B (zh) * 2015-12-21 2017-11-03 哈尔滨工业大学 一种TiO2阳极表面负载Co3O4的方法
JP6615682B2 (ja) * 2016-04-12 2019-12-04 デノラ・ペルメレック株式会社 アルカリ水電解用陽極及びアルカリ水電解用陽極の製造方法
KR102173226B1 (ko) * 2016-10-25 2020-11-03 서울대학교산학협력단 산소 발생 촉매, 전극 및 전기화학반응 시스템
EP3406758A1 (en) * 2017-05-22 2018-11-28 Vishay Electronic GmbH Method of producing an ntcr sensor
CN107604388B (zh) * 2017-09-11 2023-08-08 昆明理工恒达科技股份有限公司 复合阳极材料及其制备方法、阳极板及其制备方法
JP7108483B2 (ja) * 2018-07-13 2022-07-28 Dowaメタルマイン株式会社 非鉄金属の電解採取方法およびそれに用いるアノードの製造方法
CN109786769B (zh) * 2018-12-18 2020-12-08 厦门大学 一种碳载贵金属氧化物双功能催化剂及其制备方法和应用
CN109440158A (zh) * 2018-12-28 2019-03-08 南京时恒电子科技有限公司 一种Cu-Ti-Co复合电极及其制备方法
CN109680301B (zh) * 2019-02-19 2020-06-12 湘西土家族苗族自治州产商品质量监督检验所 一种电解锌用阳极板及其制备方法
CA3133201C (en) * 2019-03-12 2022-01-25 De Nora Permelec Ltd Alkaline water electrolysis method and alkaline water electrolysis anode
CN110093633A (zh) * 2019-03-25 2019-08-06 厦门潼源科技有限公司 一种钛基-β型二氧化铅的阳极、制备方法及其应用
CN109763021B (zh) * 2019-03-27 2021-02-02 贵州省过程工业技术研究中心 一种低Ag铅合金复合阳极材料制备方法
CN111962131B (zh) * 2020-07-14 2021-06-22 广东省科学院稀有金属研究所 一种析氧电极用复合氧化物催化涂层及其制备方法
CN112663094B (zh) * 2020-12-03 2024-01-26 郑州大学 一种化学催化过渡金属溶液电解冶金的方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1195871A (en) 1967-02-10 1970-06-24 Chemnor Ag Improvements in or relating to the Manufacture of Electrodes.
DE2300422C3 (de) 1973-01-05 1981-10-15 Hoechst Ag, 6000 Frankfurt Verfahren zur Herstellung einer Elektrode
US4265728A (en) * 1978-11-03 1981-05-05 Diamond Shamrock Corporation Method and electrode with manganese dioxide coating
GB2085031B (en) * 1980-08-18 1983-11-16 Diamond Shamrock Techn Modified lead electrode for electrowinning metals
CA1225066A (en) * 1980-08-18 1987-08-04 Jean M. Hinden Electrode with surface film of oxide of valve metal incorporating platinum group metal or oxide
DE3106587A1 (de) * 1981-02-21 1982-09-02 Heraeus-Elektroden Gmbh, 6450 Hanau "elektrode"
CA1208601A (en) 1982-02-18 1986-07-29 Diamond Chemicals Company Electrode with lead base and method of making same
JPS62170495A (ja) * 1986-01-24 1987-07-27 Toyo Soda Mfg Co Ltd 電解用電極の製造法
JPH028391A (ja) * 1988-06-24 1990-01-11 Kamioka Kogyo Kk 二酸化鉛電極及びその製造方法
TW214570B (pt) 1989-06-30 1993-10-11 Eltech Systems Corp
US5314601A (en) 1989-06-30 1994-05-24 Eltech Systems Corporation Electrodes of improved service life
TW197475B (pt) * 1990-12-26 1993-01-01 Eltech Systems Corp
GB9316930D0 (en) * 1993-08-13 1993-09-29 Ici Plc Electrode
GB9601236D0 (en) * 1996-01-22 1996-03-20 Atraverda Ltd Conductive coating
US5716422A (en) 1996-03-25 1998-02-10 Wilson Greatbatch Ltd. Thermal spray deposited electrode component and method of manufacture
IT1293319B1 (it) 1997-07-10 1999-02-16 De Nora Spa Metodo per l'applicazione di un rivestmento catalitico ad un substrato metallico
US7501208B2 (en) * 2001-06-01 2009-03-10 Eveready Battery Company, Inc. Doped manganese dioxides
JP2005310502A (ja) * 2004-04-20 2005-11-04 Sanyo Electric Co Ltd 化学電池用電極の製造方法及び電池

Also Published As

Publication number Publication date
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