1. Introdução de ânodo de dióxido de chumbo

Com o desenvolvimento contínuo da indústria e da ciência e tecnologia, os materiais tradicionais de ânodo estão cada vez mais mostrando suas limitações. Por exemplo, o custo da platina é muito alto; a resistência à corrosão do grafite na indústria cloro-álcali e o sistema de evolução do oxigênio não é o ideal, e a força éBaixo:Os ânodos da liga de chumbo têm baixa resistência à corrosão, baixo desempenho eletrocatalítico e grande consumo de energia. A partir dos requisitos dos chamados "materiais verdes", como economia de energia, redução de consumo e sem poluição, as pessoas esperam encontrar novos ânodos com vida longa, alto desempenho eletroquímico e sem poluição secundária. Sob o ambiente de evolução do oxigênio, as pessoas desenvolveram o eletrodo de dióxido de chumbo (PbO₂): um composto não estequiométrico que é deficiente em oxigênio e contém chumbo excessivo. Tem múltiplas formas de cristal,usando a eletroposição de ânodo para produzir oβ-PbO₂, que temOxidação, resistência à corrosão (alta estabilidade no ácido forte H₂S0₄ou HN0₃), alto potencial de oxigênio, boa condutividade elétrica, força de ligação forte, forte capacidade de oxidação quando eletrolisado em solução aquosa, podeUrsogrande corrente, etc. Atualmente, tem sido amplamente utilizado nos campos de eletroplação, fundição, tratamento de águas residuais, etc., e não pode ser substituído por muitos outros materiais eletrodos (como DSA, chumbo, titâniorevestimento com platina).

1.1 Ânodo de dióxido de chumboCaracterística

É amplamente utilizado na preparação eletrolítica de várias substâncias orgânicas e no processo de tratamento de esgoto e preparação de água de alta pureza,o alcance da aplicação é amplo.Pb02 tem as vantagens de excelente condutividade elétrica, boa reversibilidade de carga e descarga, e preço baixo. É amplamente utilizado como um eletrodo positivo para baterias de chumbo-ácido. Atualmente, a taxa de utilização do dióxido de chumbo, o material ativo positivo das baterias de chumbo-ácido, não é alta e geralmente não excede 50%. O potencial de evolução do oxigênio é alto, geralmente 1,75V (em relação ao eletrodo calomel), e tem uma forte força redutoraDea degradaçãopara organicMaterial(COD).

1.2 Camada inferior do ânodo de dióxido de chumbo

Os materiais atualmente utilizados como camada inferior são: metais do grupo de platina e seus óxidos, óxido de antimônio de estano, camadas inferiores de óxido composto de tântalo de iridium, etc., suas propriedades são as seguintes: (1) metais do grupo de platina e seus óxidos: a camada inferiorHcomo boa condutividade elétrica, o que pode melhorar muito o desempenho de ligação do revestimento e do substrato. (2) Óxido de antimônio de estatina: A camada de óxido de antimônio de estana obtida pelo método de decomposição térmica é densa e uniforme. Com esta camada inferior, é difícil para o eletrólito penetrar na superfície de titânio, átomos de oxigênio ou 02-. A difusão de íons na matriz de titânio também está bloqueada, evitando assim a formação de Ti02. Além disso, Ti02 é um semicondutor do tipo N de banda larga. Após o doping com Sb, o elétron extra na rede Sn02 substituiu o átomo de Sn pentavalente na rede Sn02 por um elétron extra entrando na banda de condução, o que aumentou muito a concentração de elétrons na banda de condução. No entanto, quando Sb é demais, o grau de desordem da rede sn02 será aumentado, e a condutividade elétrica do sn02 será reduzida. Portanto, o conteúdo do Sb está relacionado à superioridade e inferioridade do desempenho subjacente. Esta camada inferior também tem o efeito de reduzir o estresse interno do revestimento. (3) Camada inferior de óxido composto de titânio-tântalo: Esta camada inferior tem as características de boa condutividade, boa resistência à corrosão e baixa atividade eletroquímica. Mesmo que a camada inferior seja exposta durante o processo de eletrólise, não ocorre nenhuma reação eletrolítica, de modo que não há problema que a camada de revestimento se despedaça devido a isso.

1.3 Camada ativa da superfíciede chumboÂnodo de dióxido 

A camada ativa da superfície PbO2 é geralmente preparada por um método de eletrodeposição. Tem duas formas de cristal, α e β, e β-PbO2 tem boa resistência à corrosão e condutividade elétrica, e é geralmente usado como a camada ativa da superfície de um eletrodo. No entanto, α-PbO2 tem uma forte força de ligação, e sua distância atômica O-O está entre "camada inferior" e β-PbO2, que pode atuar como uma fusão tampão, reduzir a distorção da eletrodeposição e aumentar a afinidade entre a superfície e a camada inferior. Portanto, no processo de eletroplação, o tipo α PbO2 pode ser depositado em condições alcalinas fortes primeiro, e o tipo β PbO2 pode ser depositado em condições ácidas para melhorar a vida útil do eletrodo.

2. Campos de aplicação de eletrodo à base de titânio de dióxido de chumbo

Sob o ambiente de evolução do oxigênio, eletrodos de dióxido de chumboÉDesenvolvido. PbO2 é um composto não estequiométrico que é deficiente em oxigênio e contém chumbo excessivo. Tem uma variedade de formas de cristal. Corrosão (maior estabilidade em ácido forte H2S04 ou HN03), alto potencial de oxigênio, boa condutividade elétrica, força de ligação forte, forte capacidade de oxidação quando eletrolisada em solução aquosa, podeUrsogrande corrente, etc.,Itis muito promissor. Atualmente, tem sido amplamente utilizado nos campos de eletroplação, fundição, resíduos tratamento de água, cátodo anti-corrosão, etc., que não pode ser substituída por muitos outros materiais eletrodos (como DSA, chumbo, revestimento de platina de titânio).

Eletrodos de dióxido de chumbo têm baixa resistividade, propriedades químicas estáveis, boa resistência à corrosão, boa condutividade elétrica e podem ser usados para grandes correntes. São amplamente utilizados na preparação eletrolítica de várias substâncias orgânicas e inorgânicas, tratamento de esgoto e processos de preparação de água de alta pureza. O campo de aplicação é muito amplo.

2.1 Indústria Química Inorgânica

2.1.1Chlorate,O eletrodo PBO2 tem sido usado na indústria de clorato há muito tempo. A produção de bromato e iodato usando eletrodos PbO2 é relativamente madura, especialmente iodate. Devido à estrutura superficial dos eletrodos PbO2, além de reações eletroquímicas, também desempenha um papel catalítico.

2.1.2 Eletrolisado H2O2

H2O2 produzido por eletrólise geralmente usa Pt como um eletrodo. Algumas pessoas estudaram o uso de MnO2, Fe3O4, grafite, etc. como materiais de ânodo, mas não foram bem sucedidos, e o PbO2 como um ânodo obteve bons benefícios econômicos. Como o potencial excessivo do eletrodo PbO2 ao oxigênio é ligeiramente menor do que o do Pt, as pessoas têm conduzido pesquisas sobre a substituição do eletrodo Pt por eletrodo PbO2. Durante a Segunda Guerra Mundial, o Japão não tinha platina e h2O2 era uma necessidade militar, então em 1944-1945, percebeu a industrialização de eletrodos PbO2 livres de substrato em vez de H2O2 baseado spt.

2.2 Indústria Química Orgânica

A aplicação de eletrodos PbO2 em síntese orgânica não é tão madura quanto em aplicações de síntese inorgânica, e muitos ainda estão sendo explorados.

2.2.1 Clorofórmio. 

Na preparação do clorofórmio, o eletrodo PbO2 é usado em vez do caro eletrodo Pt. O efeito é ideal. As condições mais adequadas para a eletrosíntese do clorofórmio: NaCl 300g / L, EtOH 25ml / L, PH 8 ~ 10, temperatura 60 ~ 70 °C; A densidade atual do ânodo é de 0,3 a 0,5A/m2, a eficiência atual é de 80% a 90%, a tensão celular é de 5V, a taxa de conversão é de 98% a 99%, e a pureza é de 99,5% a 99,9%. Na preparação do bromoforme, a eficiência atual é de 92,5%, a platina é de 87% e o grafite é de 86%. PbO2 é o material de ânodo mais eficaz na eletrossíntese iodoforme. A eficiência atual é de 90%, e a perda de ânodo é insignificante.

2.2.2 Ácido isobutírico

Industrialmente, o ácido isobutírico é feito de KMnO₄de isobutanol em um meio alcalino e oxidado e corrigido para produzir 1t de ácido isobutírico. Além do isobutanol principal da matéria-prima, ainda precisa de cerca de 3,2tKMnO4, 1,6tH2SO4, materiais auxiliares como 0,3tNa2CO3 têm alto custo e produzem quase 2tMnO2 resíduos residuais, que poluem o meio ambiente. O uso de eletrodos de dióxido de chumbo à base de chumbo para oxidar indiretamente isobutanol ao ácido isobutírico reduz a poluição ambiental.

2.2.3 Tratamento de esgoto

Os eletrodos PbO2 baseados em titânio são usados para tratar poluentes orgânicos de difícil a biodegradação, poluentes biotóxicos e águas residuais orgânicas de alta temperatura. A degradação de uma solução de laranja metil a 10 mgs / L com um eletrodo PbO2 baseado em titânio mostrou que a taxa de remoção da laranja metil foi de quase 100% quando tratada a uma densidade atual de 36 mA / cm para 12 min, e hComomaior atividade eletrocatalítica. . Usando um novo eletrodo PbO2 para tratar águas residuais de nitrobenzeno, verificou-se que o eletrodo PbO2 tinha uma taxa de remoção de COD maior do que o eletrodo de grafite comum. Após 5 horas de eletrólise, a taxa de remoção de COD foi de até 65%. A alta eficiência da eletrólise deve-se principalmente ao alto potencial de evolução do oxigênio do eletrodo PbO2. Sob polarização anódica, a superfície do eletrodo PbO2 é propensa a gerar · Oh, que reagirá com nitrobenzeno que migra para a superfície do eletrodo. Características da oxidação eletrocatalítica do ânodo Ti / PbO2 de poluentes orgânicos. Os resultados experimentais mostram que o eletrodo mostra uma boa atividade eletrocatalítica para a degradação do fenol, e tem boas perspectivas de aplicação de proteção ambiental. O eletrodo PbO2 apresentou bom desempenho catalítico para a degradação da anilina. Dentro de 3 horas, a anilina poderia obter uma taxa de remoção mais alta. Ao mesmo tempo, o eletrodo PbO2 também apresentou boa estabilidade e vida útil. Os resultados da pesquisa sobre o tratamento de águas residuais de hidroxistireno com eletrodo PbO2 provam que geralmente leva apenas 3 ~ 6h para degradá-la completamente em inorgânico ou CO2.

MetalHasas propriedades mecânicas incomparáveisem comparação com outros materiais, o que o torna a escolha mais atraente para o substratoDeeletrodo de dióxido de chumbo . No entanto, nem todos os metais são adequados para o substrato do eletrodo de dióxido de chumbo . Deve ser. metal em forma de válvula com propriedades unidirecionais de transporte de corrente, como Ti, Ta, Nb, Zr e assim por diante. Entre os metais acima, Ta tem a melhor resistência à corrosão e baixa resistividade, e é o melhor material para uso como substrato em termos de desempenho. No entanto, como Ta tem uma alta afinidade com o oxigênio, ele geralmente precisa estar em um ambiente anoxico, e o metal Ta é caro, por isso não é comumente usado na produção real. Ti é barato, tem baixa densidade, alta resistência, e tem uma taxa de expansão térmica próxima à de dióxido de chumbo. Portanto, Ti é geralmente selecionado como o substrato do eletrodo de dióxido de chumbo. O substrato de titânio geralmente adota uma estrutura de malha. Isso porque a malha Ti é dura e firmemente ligada à camada eletrodepositada. O eletrodo de dióxido de chumbo baseado na malha ti pode reduzir a resistência ao fluxo de eletrólitos e melhorar a eficiência da corrente, especialmente na alta densidade de corrente Efetivamente evitar o eletrodo de superaquecimento.