CN108048865B - 一种电极及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电极，包括电极基体，以及覆盖在所述电极基体表面的涂层；其中，所述涂层由钌、钛以及铅和/或钽的氧化物组成，所述涂层中，钌氧化物的质量百分比含量以Ru计为20～30％，钛氧化物的质量百分比含量以Ti计为10～55％，余量为铅和/或钽的氧化物，铅氧化物的质量百分比含量以Pb计，钽氧化物的质量百分比含量以Ta计。本发明的电极能够克服现有Ru‑Ti或者Ru‑Ir‑Ti的涂层电极在电解生产氯酸盐中易沉积FePO4的不足，减少FePO4沉积对生产带来的影响。

Description

一种电极及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种电极，更具体地讲涉及一种用于电解生产氯酸盐的电极。
背景技术
氯酸盐是重要的化学品，广泛用于漂白的二氧化氯的原料。氯酸盐通常通过电解相应的氯化物得到，电解的反应过程为：MCl+H2O→MClO3+H2，M为金属离子，如碱金属离子。
在电解生产氯酸盐中，传统采用Ru-Ti或者Ru-Ir-Ti的涂层电极作为阳极，即在电极基体(如钛)上涂覆钌和钛的混合氧化物涂层或者涂覆钌、铱和钛的混合氧化物涂层，Ru-Ti成本低廉，电流效率97％，使用年限3-4年，Ru-Ir-Ti具有更高的耐蚀性，使用年限7-8年，但成本高昂，电流效率96％。在实际生产中，由于电解液中含有Fe3+及PO4 3-离子，上述涂层电极在生产过程均存在沉积FePO4的问题，导致降低电流效率，电槽电压升高，使得氯酸盐生产企业每1-3个月需停产以处理去除阳极表面的FePO4。
发明内容
本发明的目的在于克服现有电解生产氯酸盐中阳极存在的上述问题，提供一种不易沉积FePO4的电极。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种电极，包括电极基体，以及覆盖在所述电极基体表面的涂层；
其中，所述涂层由钌、钛以及铅和/或钽的氧化物组成，
所述涂层中，钌氧化物的质量百分比含量以Ru计为20～30％，钛氧化物的质量百分比含量以Ti计为10～55％，余量为铅和/或钽的氧化物，铅氧化物的质量百分比含量以Pb计，钽氧化物的质量百分比含量以Ta计。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是现有商业用Ru-Ti涂层电极表面的电镜图；
图2是现有商业用Ru-Ir-Ti涂层电极表面的电镜图；
图3是实施例1涂层电极表面的电镜图；
图4是实施例3涂层电极表面的电镜图；
图5是现有商业用涂层电极在电解生产氯酸盐时电压变化曲线；
图6是本发明实施例1涂层电极在电解生产氯酸盐时电压变化曲线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
一种电极，包括电极基体，以及覆盖在所述电极基体表面的涂层；
其中，所述涂层由钌、钛以及铅和/或钽的氧化物组成，
所述涂层中，钌氧化物的质量百分比含量以Ru计为20～30％，钛氧化物的质量百分比含量以Ti计为10～55％，余量为铅和/或钽的氧化物，铅氧化物的质量百分比含量以Pb计，钽氧化物的质量百分比含量以Ta计。
优选地，所述涂层中，钌氧化物的质量百分比含量以Ru计为20～30％，钛氧化物的质量百分比含量以Ti计为40～55％，钽氧化物的质量百分比含量以Ta计为15～0％，余量为铅氧化物。
优选地，所述电极基体为钛。
优选地，所述电极基体表面钌氧化物以Ru计的负载量为5～15g/m2。
上电极的制备方法，包括将钌、钛以及铅和/或钽的前体化合物涂在所述电极基体表面，经烧结分解，得到所述的电极。
优选地，先将钌、钛以及铅和/或钽的前体化合物溶于溶剂得到涂液，再将涂液涂在电极基体表面。涂覆的方式可以是喷涂、浸涂或旋涂。
优选地，所述钌、钛以及铅和/或钽的前体化合物为硝酸钌、三氯化钌、四氯化钛、钛酸丁酯、醋酸铅、五氯化钽。
优选地，所述烧结温度为400～600℃，时间5～60分钟。
上述电极作为电解生产氯酸盐的阳极的应用。
一种电解生产氯酸盐的电解槽，包括阳极、阴极，以及为阳极和阴极提供电流的电源，采用本发明的上述电极作为阳极。
电解生产氯酸盐过程中防止阳极表面沉积磷酸铁的方法，包括在阳极的表面覆盖一涂层，所述涂层由钌、钛以及铅和/或钽的氧化物组成，
所述涂层中，钌氧化物的质量百分比含量以Ru计为20～30％，钛氧化物的质量百分比含量以Ti计为55～10％，余量为铅和/或钽的氧化物，铅氧化物的质量百分比含量以Pb计，钽氧化物的质量百分比含量以Ta计。
实施例1
按Ru:Pb:Ti＝25％:20％:55％(质量百分比)，通过乙二醇溶解硝酸钌、钛酸丁酯和醋酸铅，制得涂液，将涂液涂覆在钛电极基体上(每次涂覆量为15-20ml/m2)，涂覆后经100℃烘干60分钟，再由400℃烧制60分钟，烧制过程中，需要通入O2以提供富氧气氛(确保硝酸钌、钛酸丁酯和醋酸铅完全热分解转化成相应的氧化物)，重复以上动作10-20次，控制钛电极基体上钌氧化物(以Ru计)的负载量为10g/m2。
实施例2
按Ru:Pb:Ta:Ti＝20％:20％:15％:45％(质量百分比)，通过乙二醇溶解三氯化钌、四氯化钛、醋酸铅和五氯化钽，制得涂液，将涂液涂覆在钛电极基体上(每次涂覆量为15-20ml/m2)，涂覆后经120℃烘干60分钟，再由600℃烧制5分钟，烧制过程中通入O2，重复以上动作10-20次，控制钛电极基体上钌氧化物(以Ru计)的负载量为5g/m2。
实施例3
按Ru:Ta:Ti＝30％:60％:10％(质量百分比)，通过乙二醇溶解三氯化钌、四氯化钛和五氯化钽，制得涂液，将涂液涂覆在钛电极基体上(每次涂覆量为15-20ml/m2)，涂覆后经120℃烘干60分钟，再由500℃烧制50分钟，重复以上动作10-20次，控制钛电极基体上钌氧化物(以Ru计)的负载量为5g/m2。
图1-4是Ru-Ti涂层电极、Ru-Ir-Ti涂层电极及本发明电极表面的电镜图。
图5-6是现有商业用涂电极及本发明实施例1涂层电极(阳极)在电解生产氯酸盐时电压变化曲线，其中，图5中曲线A为商业用Ru-Ti涂层电极，曲线B为商业用Ru-Ir-Ti涂层电极，图6中曲线C为商业用Ru-Ir-Ta-Ti涂层电极，曲线D为实施例1涂层电极。开始活化阶段为电流密度50A/m2，实验阶段(按12ppm Fe+100ppm P加入铁离子和磷酸根离子)为200A/m2，活化和实验阶段均采用饱和食盐水，温度为20±5摄氏度。由电压变化趋势可以看出，本发明的涂层电极可以有效避免FePO4在电极表面的沉积。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于电解生产氯酸盐的电极，包括电极基体，以及覆盖在所述电极基体表面的涂层；
其中，所述涂层由钌、钛以及铅和/或钽的氧化物组成，
所述涂层中，钌氧化物的质量百分比含量以Ru计为20～30％，钛氧化物的质量百分比含量以Ti计为10～55％，余量为铅和/或钽的氧化物，铅氧化物的质量百分比含量以Pb计，钽氧化物的质量百分比含量以Ta计；
所述电极基体为钛，所述电极基体表面钌氧化物以Ru计的负载量为5～15g/m2。
2.权利要求1所述电极的制备方法，包括将钌、钛以及铅和/或钽的前体化合物涂在所述电极基体表面，经烧结分解，得到所述的电极。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：先将钌、钛以及铅和/或钽的前体化合物溶于溶剂得到涂液，再将涂液涂在电极基体表面。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述钌、钛以及铅和/或钽的前体化合物为硝酸钌、三氯化钌、四氯化钛、钛酸丁酯、醋酸铅、五氯化钽。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述烧结温度为400～600℃，时间5～60分钟。
6.权利要求1所述电极的应用，其特征在于：所述电极作为电解生产氯酸盐的阳极。
7.一种电解生产氯酸盐的电解槽，包括阳极、阴极，以及为阳极和阴极提供电流的电源，其特征在于，采用权利要求1所述的电极作为阳极。
8.电解生产氯酸盐过程中防止阳极表面沉积磷酸铁的方法，包括在阳极的表面覆盖一涂层，所述涂层由钌、钛以及铅和/或钽的氧化物组成，
所述涂层中，钌氧化物的质量百分比含量以Ru计为20～30％，钛氧化物的质量百分比含量以Ti计为55～10％，余量为铅和/或钽的氧化物，铅氧化物的质量百分比含量以Pb计，钽氧化物的质量百分比含量以Ta计。
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