1. دی اکسید سرب آند مقدمه

با توسعه مستمر صنعت و علم و فن آوری, مواد آند سنتی به طور فزاینده ای نشان دادن محدودیت های خود را. به عنوان مثال ، هزینه پلاتین بیش از حد بالا است. مقاومت به خوردگی گرافیت در صنعت کلر قلیایی و سیستم تکامل اکسیژن ایده آل نیست ، و قدرت استکم:آند آلیاژ سرب دارای مقاومت در برابر خوردگی ضعیف ، عملکرد الکتروکاتالیزوری کم و مصرف انرژی زیاد است. از الزامات به اصطلاح "مواد سبز" مانند صرفه جویی در انرژی ، کاهش مصرف و بدون آلودگی ، مردم امیدوارند که برای پیدا کردن آند جدید با عمر طولانی ، عملکرد الکتروشیمیایی بالا ، و بدون آلودگی ثانویه. تحت محیط تکامل اکسیژن ، مردم را توسعه داده اند الکترود دی اکسید سرب (PbO₂): یک ترکیب غیر محاسبه که در اکسیژن دچار کمبود و شامل سرب بیش از حد. این اشکال چند کریستال دارد,با استفاده از آند الکتروانباشت برای تولیدβ-PbO₂, که دارایاکسیداسیون ، مقاومت در برابر خوردگی (ثبات بالا در H قوی اسید₂S0₄یا HN0₃) ، پتانسیل بالای اکسیژن ، هدایت الکتریکی خوب ، نیروی اتصال قوی ، توانایی اکسیداسیون قوی هنگام الکترولیز در محلول آبی ، می تواندخرسجریان بزرگ و غیره در حال حاضر ، آن را به طور گسترده ای در زمینه های آبکاری ، ذوب ، تصفیه فاضلاب ، و غیره استفاده می شود ، و نمی تواند توسط بسیاری دیگر از مواد الکترود (مانند DSA ، سرب ، تیتانیوم جایگزینپوشش با پلاتین).

۱/۱ سرب دی اکسید آندمشخصه

به طور گسترده ای در آماده سازی الکترولیتی از مواد آلی مختلف و در فرایند تصفیه فاضلاب و آماده سازی آب با خلوص بالا استفاده می شود ،محدوده برنامه گسترده است.Pb02 دارای مزایای هدایت الکتریکی عالی ، شارژ خوب و برگشت پذيرى تخلیه و قیمت پایین است. به طور گسترده ای به عنوان یک الکترود مثبت برای باتری های اسید سرب استفاده می شود. در حال حاضر ، میزان استفاده از دی اکسید سرب ، مواد فعال مثبت باتری های اسید سرب ، بالا نیست ، و به طور کلی بیش از ۵۰ ٪ تجاوز نمی کند. پتانسیل تکامل اکسیژن بالا است ، به طور کلی 1.75 v (نسبت به الکترود کالومل) ، و دارای نیروی کاهش قویازتخریببرای organicمواد(COD).

۱/۲ لایه زیرین آند دی اکسید سرب

مواد در حال حاضر به عنوان لایه پایین استفاده می شود عبارتند از: فلزات گروه پلاتین و اکسیدهای آنها ، قلع اکسید آنتیموان ، ایریدیوم تانتالم اکسید کامپوزیت لایه های پایین ، و غیره ، خواص آنها به شرح زیر است: (1) فلزات گروه پلاتین و اکسیدهای آنها: لایه زیرینحسينبه عنوان هدایت الکتریکی خوب ، که تا حد زیادی می تواند عملکرد پیوند پوشش و زیرلایه را بهبود بخشد. (2) قلع آنتیموان اکسید: اکسید قلع آنتیموان لایه به دست آمده توسط روش تجزیه حرارتی متراکم و یکنواخت است. با این underlayer ، آن را دشوار است برای الکترولیت به نفوذ در سطح تیتانیوم ، اتم اکسیژن یا 02-. انتشار یون ها به ماتریس تیتانیوم نیز مسدود شده است ، بنابراین اجتناب از تشکیل Ti02. علاوه بر این ، Ti02 گسترده ای از bandgap N نوع نیمه هادی است. پس از دوپینگ با Sb, الکترون اضافی در شبکه Sn02 جایگزین اتم Sn در شبکه Sn02 با یک الکترون اضافی ورود به باند هدایت, که تا حد زیادی افزایش غلظت الکترون در گروه هدایت. با این حال, زمانی که Sb بیش از حد است, درجه اختلال شبکه sn02 افزایش خواهد یافت, و هدایت الکتریکی از sn02 کاهش خواهد یافت. بنابراین ، محتوای Sb مربوط به برتری و حقارت عملکرد اساسی است. این لایه پایین نیز دارای اثر کاهش استرس داخلی پوشش. (3) تیتانیوم-تانتالم اکسید کامپوزیت لایه پایین: این لایه پایین دارای ویژگی های هدایت خوب ، مقاومت در برابر خوردگی خوب ، و فعالیت الکتروشیمیایی کم است. حتی اگر لایه پایین در طول فرایند الکترولیز در معرض ، هیچ واکنش الکترولیتی رخ می دهد ، بنابراین هیچ مشکلی وجود ندارد که لایه آبکاری کردن با توجه به این.

لایه فعال سطح ۱/۳از سربآند دی اکسید 

لایه فعال سطح PbO2 به طور کلی توسط یک روش الکتروانباشت آماده شده است. این دو شکل کریستال ، α و β دارد و β-PbO2 دارای مقاومت به خوردگی خوب و هدایت الکتریکی است و معمولا به عنوان لایه فعال سطحی الکترود استفاده می شود. با این حال ، α-PbO2 دارای یک نیروی الزام آور قوی است ، و از راه دور اتمی آن بین "لایه زیرین" و β-PbO2 است ، که می تواند به عنوان یک همجوشی بافر عمل کند ، کاهش اعوجاج الکتروانباشت و افزایش میل بین سطح و لایه پایین. بنابراین ، در فرایند آبکاری ، α-type PbO2 را می توان تحت شرایط قلیایی قوی سپرده اول ، و β-type PbO2 را می توان در شرایط اسیدی سپرده برای بهبود عمر خدمات الکترود.

2. زمینه های کاربرد الکترود دی اکسید تیتانیوم سرب

در محیط تکامل اکسیژن ، الکترود دی اکسید سرباستتوسعه یافته. PbO2 یک ترکیب غیر محاسبه کننده است که کمبود اکسیژن است و شامل سرب بیش از حد. این انواع اشکال کریستال دارد. خوردگی (پایداری بالاتر در H2S04 اسید قوی و یا HN03) ، overpotential اکسیژن بالا ، هدایت الکتریکی خوب ، نیروی الزام آور قوی ، توانایی اکسیداسیون قوی هنگامی که الکترولیز در محلول آبی ، می تواندخرسجریان بزرگ ، و غیره ،آن است بسیار امیدوار کننده است. در حال حاضر, از آن شده است به طور گسترده ای در زمینه های آبکاری استفاده, ذوب, زباله تصفیه آب ، ضد کاتد-خوردگی, و غیره, که می تواند توسط بسیاری از مواد الکترود دیگر جایگزین نمی شود (مانند DSA, سرب, تیتانیوم آبکاری پلاتین).

الکترودهای دی اکسید سرب دارای مقاومت کم ، خواص شیمیایی پایدار ، مقاومت به خوردگی خوب ، هدایت الکتریکی خوب ، و می تواند برای جریان های بزرگ مورد استفاده قرار گیرد. آنها به طور گسترده ای در آماده سازی الکترولیتی از مواد مختلف آلی و معدنی ، تصفیه فاضلاب و فرآیندهای آماده سازی آب با خلوص بالا استفاده می شود. زمینه برنامه بسیار گسترده است.

صنایع شیمیایی معدنی ۲/۱

2.1.1جhlorate,الکترود PbO2 شده است در صنعت برای مدت زمان طولانی استفاده می شود. تولید برومات و یدات با استفاده از الکترودهای PbO2 نسبتا بالغ, به خصوص یدات. با توجه به ساختار سطح الکترودهای PbO2 ، علاوه بر واکنش های الکتروشیمیایی ، نقش کاتالیزوری نیز ایفا می کند.

2.1.2 الکترولیز H2O2

H2O2 تولید شده توسط الکترولیز به طور کلی با استفاده از Pt به عنوان یک الکترود. برخی از افراد مورد مطالعه استفاده از MnO2 ، Fe3O4 ، گرافیت ، و غیره به عنوان مواد آند ، اما آنها موفق نبوده است ، و PbO2 به عنوان آند منافع اقتصادی خوب به دست آورد. از آنجا که پتانسیل بالای الکترود PbO2 به اکسیژن کمی پایین تر از Pt است ، مردم تحقیقات در مورد جایگزینی الکترود Pt با الکترود PbO2 انجام داده اند. در طول جنگ جهانی دوم ، ژاپن فاقد پلاتین و H2O2 یک ضرورت نظامی بود ، به طوری که در 1944-1945 ، آن را متوجه شد صنعتی شدن الکترودهای PbO2 بدون بستر به جای H2O2 مبتنی بر Pt.

۲/۲ صنایع شیمیایی ارگانیک

استفاده از الکترودهای PbO2 در سنتز آلی به عنوان بالغ در برنامه های کاربردی سنتز معدنی نیست ، و بسیاری از آنها هنوز هم در حال بررسی است.

2.2.1 کلروفرم. 

در تهیه کلروفرم از الکترود PbO2 به جای الکترود Pt گران قیمت استفاده می شود. اثر ایده آل است. مناسب ترین شرایط برای الکتروسنتز کلروفرم: نمک طعام 300g/L ، EtOH 25ml/L ، PH 8 ~ 10 ، درجه حرارت ۶۰ ~ ۷۰ ° c ؛ تراکم جریان آند ۰/۳ به 0.5 A/m2 است ، بهره وری فعلی ۸۰ ٪ به ۹۰ ٪ است ، ولتاژ سلول 5V است ، نرخ تبدیل ۹۸ ٪ به ۹۹ ٪ است و خلوص ۹۹/۵ ٪ به ۹۹/۹ ٪ است. در تهیه فرم برومو, بهره وری فعلی است ۹۲/۵%, پلاتین است ۸۷%, و گرافیت است ۸۶%. PbO2 موثر ترین ماده آند در الکتروسنتز يدفرم است. بهره وری فعلی ۹۰ ٪ است ، و از دست دادن آند ناچیز است.

2.2.2 ایزوبوتیریک اسید

اسید ایزوبوتیریک از KMnO ساخته شده است₄ایزوبوتانول در یک محیط قلیایی و اکسیده و تصحیح برای تولید 1t اسید ایزوبوتیریک. علاوه بر مواد خام اصلی isobutanol ، آن را هنوز هم نیاز در مورد 3.2 tKMnO4 ، 1.6 tH2SO4 ، مواد کمکی مانند 0.3 tNa2CO3 هزینه های بالا و تولید تقریبا 2tMnO2 زباله باقی مانده ، که آلوده محیط زیست است. استفاده از الکترودهای دی اکسیدکربن سرب مبتنی بر سرب به طور غیر مستقیم اکسید بوتانول به اسید ایزوبوتیریک باعث کاهش آلودگی محیط زیست می شود.

2.2.3 درمان فاضلاب

الکترودهای PbO2 مبتنی بر تیتانیوم برای درمان آلاینده های آلی سخت زیستی تجزیه ، آلاینده های زیستی سمی و فاضلاب های آلی با دمای بالا استفاده می شوند. تجزیه 10 میلی گرم در لیتر محلول متیل اورانژ با یک الکترود PbO2 مبتنی بر تیتانیوم نشان داد که میزان حذف متیل اورانژ تقریبا ۱۰۰ درصد بود که در چگالی فعلی ۳۶ میلی آمپر/سانتی متر برای 12 دقیقه درمان می شود و hعنوانفعالیت الکتروکاتالیزوری بالاتر. . با استفاده از یک الکترود PbO2 جدید برای درمان پساب نیتروبنزن ، مشخص شد که الکترود PbO2 میزان حذف COD بالاتر از الکترود گرافیت معمولی را داشت. پس از 5 ساعت الکترولیز ، میزان حذف COD تا ۶۵ ٪ بود. راندمان الکترولیز بالا عمدتا به دلیل پتانسیل تکامل اکسیژن بالا الکترود PbO2 است. تحت قطبش آندی ، سطح الکترود PbO2 مستعد تولید می باشد · آه ، که با نیتروبنزن واکنش نشان می دهند که مهاجرت به سطح الکترود. ویژگی های تیتانیم/PbO2 اکسیداسیون الکتروکاتالیزوری از آلاینده های آلی است. نتایج تجربی نشان می دهد که الکترود یک فعالیت الکتروکاتالیزوری خوب برای تخریب فنل را نشان می دهد و چشم انداز برنامه حفاظت از محیط زیست را دارد. الکترود PbO2 عملکرد کاتالیزوری خوبی را برای تجزیه آنیلین نشان داد. در عرض 3 ساعت ، آنیلین می تواند نرخ حذف بالاتر به دست آورد. در عین حال ، الکترود PbO2 نیز ثبات خوب و عمر خدماتی را نشان داد. نتایج تحقیق در مورد درمان پساب های هیدروکسی استایرن با الکترود PbO2 ثابت می کند که به طور کلی تنها 3 ~ 6ساعت به طور کامل آن را به غیر آلی و یا CO2 تنزل.

فلزیهکتارسيدخواص مکانیکی بی نظیردر مقایسه با مواد دیگر ، که باعث می شود آن را جذاب ترین انتخاب برای بسترازالکترود دی اکسید سرب. با این حال ، همه فلزات مناسب برای زیرلایه از الکترود دی اکسید سرب هستند. آن را باید فلز شیر به شکل با ویژگی های جریان یک جهته ، مانند Ti ، Ta ، Nb ، Zr و غیره. در میان فلزات فوق ، تا به بهترین مقاومت در برابر خوردگی و مقاوم در برابر کم ، و بهترین مواد برای استفاده به عنوان یک بستر از نظر عملکرد است. با این حال, چون تا تا به میل بالا برای اکسیژن, به طور کلی نیاز به در یک محیط آنوکسیک, و فلز Ta گران است, پس از آن است که معمولا در تولید واقعی استفاده نمی شود. تیتانیم ارزان است ، دارای چگالی کم ، مقاومت بالا ، و دارای نرخ انبساط حرارتی نزدیک به دی اکسید سرب است. بنابراین ، Ti به طور کلی به عنوان بستر الکترود دی اکسید سرب انتخاب شده است. بستر تیتانیوم به طور کلی ساختار مش را تصویب. دلیل این است که مش Ti سخت است و بصورتی پایدار و محکم به لایه الکتروسپرده پیوند می خورند. الکترود دی اکسید سرب بر اساس مش Ti می تواند مقاومت به جریان الکترولیت را کاهش دهد و بهبود بهره وری فعلی, به خصوص در چگالی بالا جریان به طور موثر جلوگیری از الکترود از گرمای بیش از حد.