專利名稱：一種活性陰極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電極技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于氯堿工業(yè)電解反應(yīng)中的活性陰極。本實用新型同時涉及一種電解槽以及電解裝置。
背景技術(shù)：
氯堿工業(yè)是重要的基本化學(xué)工業(yè)之一。但是氯堿工業(yè)中的電解食鹽水需要消耗大量的電能，是化學(xué)工業(yè)中的耗能大戶。如何依靠新技術(shù)、新材料盡量減少能耗，已經(jīng)是國內(nèi)外氯堿行業(yè)必須面對的問題。在氯堿工業(yè)中，電極食鹽水的電極反應(yīng)式為陽極2Cr_2e= Cl2陰極2H20+2e= OH^H2而上述的反應(yīng)中實際所消耗的電能與下列槽電壓的各個組成部分有關(guān)V 槽=Ee+na+nc+IR其中，Ee為理論分解電壓，^和η。分別為陽極析氯超電勢和陰極析氫超電勢，IR為電解液、隔膜(或者離子膜)及電解槽結(jié)構(gòu)的歐姆電壓的總合。由以上公式可知，除了進(jìn)一步優(yōu)化電解槽結(jié)構(gòu)來降低槽電壓之外，降低陰極和陽極的超電勢，是達(dá)到節(jié)能的又一途徑。D.S.A.和離子膜的問世大大降低了 ^和IR，這就使得氯堿工業(yè)中對節(jié)能的研究重點轉(zhuǎn)移到析氫陰極上來。在相當(dāng)長的一段實際中，鐵絲網(wǎng)或者打孔鋼板等非活性陰極由于其具備制備容易、成本低等優(yōu)點，一直被廣泛應(yīng)用于隔膜電解槽中。但是其具有析氫電勢高、容易被腐蝕等缺點。所以人們一直在致力于研究析氫超電位低、耐腐蝕性強(qiáng)而且成本低廉的活性陰極。所謂活性陰極就是在基板表面上涂覆或者鍍上活性材料層而形成的陰極。關(guān)于活性材料的選擇，一般有如下幾種貴金屬及其化合物；Ni及Ni合金；雷尼鎳(Raney-Ni);非金屬化合物。然而，上述的材料作為活性層時，不是其價格昂貴，難于推廣，就是活性層與基底粘附性能差，容易脫落。此外由于在氯堿工業(yè)的電解工藝中，陰極工作環(huán)境惡劣，高溫、濃堿、雜質(zhì)干擾、大量氫氣沖刷、斷電反電流沖擊等，都可能導(dǎo)致電極活性下降甚至喪失。作為工業(yè)電解用的活性陰極，不僅要求有良好的催化活性，而且要求有較強(qiáng)的抗反電流性能和抗雜質(zhì)性能，在高溫濃堿和大量氫氣沖刷下保持結(jié)構(gòu)和性能的穩(wěn)定性。因而，有必要開發(fā)研究新的活性陰極結(jié)構(gòu)。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有良好催化活性而且高強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的活性陰極。本實用新型另外提供一種電解槽和電解裝置。本實用新型提供的一種活性陰極，應(yīng)用于水或水溶液電解工藝中，包括導(dǎo)電基底；設(shè)置于所述基底表面上的預(yù)鍍層；以及設(shè)置于所述預(yù)鍍層表面上的復(fù)合鍍層?？蛇x的，所述導(dǎo)電基底為鐵或者低碳鋼中的一種。[0015]可選的，所述預(yù)鍍層為鎳。可選的，所述復(fù)合鍍層為Ni與鎳粉的混合物?？蛇x的，所述鎳粉粒度大于或等于350目。優(yōu)選的，還包括設(shè)置于所述復(fù)合鍍層上的鎳鑰合金鍍層?？蛇x的，所述鎳鑰合金鍍層的厚度為O. 2_?？蛇x的，所述鎳鑰合金鍍層中鎳鑰組合物為Ni4Mo。本實用新型還提供一種電解槽，應(yīng)用于水或水溶液電解工藝中，包括活性陰極，所述活性陰極為上述任一所述的活性陰極。 本實用新型還提供一種電極裝置，應(yīng)用上述所述的電解槽。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點本實用新型的活性陰極在導(dǎo)電基底上先設(shè)置預(yù)鍍層，然后再在預(yù)鍍層上形成復(fù)合鍍層；預(yù)鍍層可以有效提高與導(dǎo)電基底之間強(qiáng)度，而通過復(fù)合鍍鎳則可以使得該活性電極的表面積增大。從而不但使得導(dǎo)電基底的強(qiáng)度得以提高，耐沖刷、耐腐蝕性也大大增強(qiáng)，基底得以保護(hù)，而且使得電極的活性得以提高。在本實用新型的優(yōu)選方案中，還包括鎳鑰合金鍍層，鎳鑰合金鍍層包覆在復(fù)合鍍層的外表面；通過導(dǎo)電基底表面依次設(shè)置的預(yù)鍍層，復(fù)合鍍層以及鎳鑰合金鍍層，使得該電極活性比傳統(tǒng)的Fe材質(zhì)等地非活性陰極析氫超電勢低300毫伏以上，從而使得該活性陰極應(yīng)用于電解水及其溶液工藝中時，可以節(jié)省電能；而且，該活性陰極具有很好的抗反電流性能，抗熱處理性能高以及抗酸腐蝕性能，具有很高的穩(wěn)定性。

圖I為本實用新型的活性陰極的實施例的剖面示意圖；圖2為圖I所示的活性陰極上設(shè)置鎳鑰合金鍍層后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3、圖4以及圖5分別為本實用新型的實施例中包含鎳鑰合金鍍層的活性陰極放大100倍、500倍以及2000倍的掃描電子顯微鏡(SEM)照片；圖6示出了經(jīng)過高溫?zé)崽幚砗头措娏髯饔煤蠓糯?00倍的電極的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
具體實施方式
在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實用新型。但是本實用新型能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實用新型內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本實用新型不受下面公開的具體實施的限制。圖I為本實用新型的活性陰極的實施例的剖面示意圖。請參看圖1，本實施例的活性陰極包括一導(dǎo)電基底10、設(shè)置于所述基底上的預(yù)鍍層12以及設(shè)置于所述預(yù)鍍層上的復(fù)合鍍層14。其中，所述導(dǎo)電基底10可以為鐵板或者低碳鋼板。本實施例中，導(dǎo)電基底10大小基本為lX10X100mm。當(dāng)然也可以根據(jù)實際的電鍍裝置選擇其它尺寸。所述預(yù)鍍層12材質(zhì)為鎳，其通過電鍍方式形成于所述導(dǎo)電基底10的表面上，并包覆整個導(dǎo)電基底10的外表面。所述復(fù)合鍍層14為鎳與鎳粉的混合物，其通過復(fù)合鍍的方式形成于所述預(yù)鍍層12的表面，并包覆整個預(yù)鍍層12。其中，復(fù)合鍍層14是指在金屬鍍層還原析出的同時使第二相材料(一般為微粒的形式)進(jìn)入鍍層而形成的鍍層?？煞譃閺?fù)合化學(xué)鍍和復(fù)合電鍍。本實施例中是指在鍍鎳的同時在鎳鍍層中均勻的摻入一定粒度的鎳粉，從而使得復(fù)合鍍層表面產(chǎn)生起伏而增大外表面積。其中，本實施例中，鎳粉的粒度大于或等于350目。上述的實施例中，在導(dǎo)電基底10上先設(shè)置鎳預(yù)鍍層，然后再在預(yù)鍍層12上形成復(fù)合鍍層14。鎳預(yù)鍍層可以有效提高與導(dǎo)電基底10之間強(qiáng)度，而通過復(fù)合鍍鎳則可以使得該活性電極的表面積增大。從而不但使得導(dǎo)電基底10的強(qiáng)度得以提高，耐腐蝕性也大大增強(qiáng)，基底得以保護(hù)，而且使得電極的活性得以提高。其中，在復(fù)合鍍層14中，金屬粉(本實施例中指鎳粉)的粒度大小會影響形成的復(fù)合鍍層14表面積大小，進(jìn)而會影響形成的活性陰極的活性。而且金屬粉粒度的大小也會直接影響到其在復(fù)合鍍層14中的附著度。本實施例中選取鎳粉粒度大于或350目，特別是大于或等于400目就是充分考慮上述因素而做出的選擇。當(dāng)然，復(fù)合鍍層14的厚度以及其 中的鎳粉的沉積量均會影響活性陰極的活性。此外，在上述實施例的活性陰極還可以包括鎳鑰合金鍍層16，鎳鑰合金鍍層16包覆在復(fù)合鍍層14的外表面，厚度為O. 2mm，如圖2所示，以進(jìn)一步增強(qiáng)陰極活性。形成該鎳鑰合金鍍層的方式為電鍍。其中鎳鑰合金鍍層中Ni與Mo的摩爾比為4 : I至3 : I。鎳鑰合金鍍層中活性中心為Ni4Mo。在設(shè)置鎳鑰合金鍍層時，復(fù)合鍍層作為中間層，一方面粘結(jié)鎳鑰合金鍍層于活性陰極表面，另一方面其表面起伏會引起設(shè)置于其表面的鎳鑰合金鍍層表面也具有同樣形貌的起伏，但是起伏幅度可能有所不同，從而使得含有鎳鑰合金鍍層的活性陰極外表面面積進(jìn)一步增大，從而有助于更進(jìn)一步提高催化活性。對上述的包含鎳鑰合金鍍層的活性陰極的性能測試表明，其通過導(dǎo)電基底表面依次設(shè)置的Ni預(yù)鍍層，鎳復(fù)合鍍層以及鎳鑰合金鍍層，使得該電極活性比傳統(tǒng)的Fe材質(zhì)等地非活性陰極析氫超電勢低300毫伏以上，從而使得該活性陰極應(yīng)用于電解水及其溶液工藝中時，可以節(jié)省電能。而且，該活性陰極具有很好的抗反電流性能，抗熱處理性能高以及抗酸腐蝕性能，具有很高的穩(wěn)定性。圖3、圖4以及圖5分別為本實用新型的實施例中包含鎳鑰合金鍍層的活性陰極放大100倍、500倍以及2000倍的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。由上述SEM照片可以看出，在電極表面粗糙多孔，顆粒均勻而緊密，特別是由圖4可以看出，不規(guī)則形狀的顆粒之間緊密相連，而不是孤立存在，這種結(jié)構(gòu)既增大了電極的真實表面積，又增強(qiáng)了顆粒間的結(jié)合力，有利于維持電極性能的穩(wěn)定性。同時，從圖5可以也可以看出，在不規(guī)則的顆粒上均勻分布著一層細(xì)小的晶粒，其就是鎳鑰合金鍍層，由于兩層金屬的晶格結(jié)構(gòu)相近，這層合金與Ni粉的顆粒結(jié)合非常緊密。圖6示出了經(jīng)過高溫?zé)崽幚砗头措娏髯饔煤蠓糯?00倍的電極的掃描電子顯微鏡(SEM)照片，可以看出，與圖3所示基本無變化，也即其整體結(jié)構(gòu)沒有改變，具有很高的穩(wěn)定性，這種結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性即保證了電極性能的穩(wěn)定性。上述實施例的活性陰極，可以作為電解槽的陰極，構(gòu)成電解槽，該電解槽可用于形成電解裝置。應(yīng)用本實用新型的實施例的活性陰極的電解槽以及電解裝置，其不但具有很好的節(jié)能優(yōu)勢，而且還具備良好的穩(wěn)定性，可廣發(fā)應(yīng)用于氯堿工業(yè)的電解工藝以及其它的水溶液電解工藝中。本實用新型雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本實用新型，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，因 此本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本實用新型權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種活性陰極，應(yīng)用于水或水溶液電解工藝中，其特征在于包括 導(dǎo)電基底； 設(shè)置于所述基底表面上的預(yù)鍍層；以及 設(shè)置于所述預(yù)鍍層表面上的復(fù)合鍍層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的活性陰極，其特征在于，所述導(dǎo)電基底為鐵或者低碳鋼中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的活性陰極，其特征在于，所述預(yù)鍍層為鎳。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的活性陰極，其特征在于，所述復(fù)合鍍層為Ni與鎳粉的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的活性陰極，其特征在于，所述鎳粉粒度大于或等于350目。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的活性陰極，其特征在于，還包括設(shè)置于所述復(fù)合鍍層上的鎳鑰合金鍍層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的活性陰極，其特征在于，所述鎳鑰合金鍍層的厚度為O.2mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的活性陰極，其特征在于，所述鎳鑰合金鍍層中鎳鑰組合物為Ni4Mo0
9.一種電解槽，應(yīng)用于水或水溶液電解工藝中，包括活性陰極，其特征在于，所述活性陰極為上述權(quán)利要求I至8任一所述的活性陰極。
10.一種電極裝置，其特征在于，應(yīng)用上述權(quán)利要求9所述的電解槽。
專利摘要本實用新型公開了一種活性陰極，應(yīng)用于水或水溶液電解工藝中，包括導(dǎo)電基底；設(shè)置于所述基底表面上的預(yù)鍍層；以及設(shè)置于所述預(yù)鍍層表面上的復(fù)合鍍層及活性層。本實用新型提供的活性陰極具有良好的電催化活性而且高強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。本實用新型另外提供一種電解槽和電解裝置。
文檔編號C25B11/06GK202380095SQ20112044096
公開日2012年8月15日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者岳冠華, 汪長征, 王宇 申請人:北京建筑工程學(xué)院