Способ изготовления анодов


 

C25B11/10 - Электролитические способы; электрофорез; устройства для них (электродиализ, электроосмос, разделение жидкостей с помощью электричества B01D; обработка металла воздействием электрического тока высокой плотности B23H; обработка воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод электрохимическими способами C02F 1/46; поверхностная обработка металлического материала или покрытия, включающая по крайней мере один способ, охватываемый классом C23 и по крайней мере другой способ, охватываемый этим классом, C23C 28/00, C23F 17/00; анодная или катодная защита C23F; электролитические способы получения монокристаллов C30B; металлизация текстильных изделий D06M 11/83; декоративная обработка текстильных изделий местной

Владельцы патента RU 2522061:

Макшаков Владимир Валентинович (RU)
Иванова Людмила Севериновна (RU)
Задорожный Сергей Владимирович (RU)

Изобретение относится к области технологии изготовления металлооксидных анодов на основе титана с электрокаталитическим покрытием и может быть использовано в различных областях прикладной электрохимии при электролизе растворов широкого диапазона минерализации. Способ изготовления металлооксидного анода включает травление титановой основы в растворе кислоты с одновременной модификацией ее поверхности, формирование защитного подслоя титановой основы и нанесение электрокаталитического покрытия, при этом травление и модификацию поверхности титана проводят при введении в травильный раствор гидразинхлорида, а защитный подслой формируют из благородных металлов - иридия, платины. Гидразинхлорид вводят в травильный раствор в количестве 0,1-0,3 г/л. Изобретение позволяет повысить каталитическую активности анодов и их коррозионную стойкость благодаря обеспечению постоянства химического и фазового состава слоя на границе титановой основы и электрокаталитического покрытия. 2 з.п. ф-лы, 2 пр.

 

Изобретение относится к области технологии изготовления металлоксидных анодов на основе из титана с электрокаталитическим покрытием и может быть использовано в различных областях прикладной электрохимии при электролизе растворов широкого диапазона минерализации.

Известен способ изготовления металлооксидных анодов на титановой основе, включающий операции травления, промывки, сушки и нанесения покрытия, причем травление проводят в растворе ортофосфорной кислоты с концентрацией 1100-1780 г/л при 50-200°С /1/.

Недостатком данного решения является использование кислоты очень высокой концентраций при высоких температурах, что требует дополнительных мер безопасности работы персонала, большого расхода реагента. Кроме того, высокая скорость съема металла при травлении приводит к получению сглаженных, полированных поверхностей, что ухудшает адгезию покрытия к основе и, как следствие, снижает ресурс работы анодов.

Для увеличения ресурса работы анодов предложено наносить на основу промежуточный слой из смеси оксидов неблагородных металлов /2/ и смеси благородных и неблагородных металлов /3/. Недостатком упомянутых способов является сложность и многостадийность способов нанесения, большой расход реагентов, а также сравнительно небольшое увеличение стойкости анодов.

Для обеспечения надежной адгезии покрытия к материалу основы предлагается провести модификацию поверхности анода в тонком молекулярном слое /4/. Способ изготовления анода включает травление титановой основы в растворе кислоты или смеси кислот, промывку и сушку основы. Причем модификацию и травление проводят одновременно путем введения в раствор соли металла, выбранного из ряда Fe, Co, Ni, Sn, V, W, Mo. Данный способ выбран в качестве прототипа.

Известный способ позволяет повысить сцепление покрытия с основой. Но следует учитывать тот факт, что внедрение неблагородных металлов под покрытие из благородных металлов приводит к увеличению омического сопротивления в местах их контакта, что при длительной работе анодов отрицательно сказывается на их коррозионной стойкости. Кроме того, из-за возможного перехода в раствор тяжелых металлов аноды, изготовляемые по предложенному способу, не могут быть применены в электрохимических приборах по очистке питьевой воды и установках медицинского назначения.

Как известно, анод представляет собой довольно сложную систему, включающую титановую основу, твердофазную границу раздела между титановой основой и оксидами покрытия.

Так, твердофазная граница обеспечивает электрический омический контакт и хорошую адгезию покрытия к основе. Химический и фазовый состав слоя на границе титановой основы и покрытия должен оставаться постоянным при длительной работе анода. Эта граница должна оставаться инертной по отношению к окислительно-восстановительным процессам с участием компонентов контактирующих фаз. Омическое падение напряжения, локализованное в области этой границы, не должно вносить заметного вклада в анодный потенциал электрода, т.е. не быть потенциальным барьером для носителей заряда. Присутствие неблагородных металлов на границе между титаном и оксидным покрытием благородными металлами увеличивает потенциальный барьер для протекания электрохимических реакций, что в конечном счете снижает коррозионную стойкость анодов.

Задача настоящего изобретения - повышение каталитической активности и коррозионной стойкости, ресурса работы анодов как в сильно-, так и в слабоминерализованных растворах электролитов.

Для решения этой задачи предлагается способ изготовления металлооксидного анода, включающий травление титановой основы в растворе кислоты с одновременной модификацией ее поверхности, формирование защитного подслоя титановой основы и нанесение электрокаталитического покрытия, при этом травление и модификацию поверхности титана проводят при введении в травильный раствор гидразинхлорида, а защитный подслой формируют из благородных металлов - иридия, платины. Гидразинхлорид вводят в травильный раствор в количестве 0,1-0,3 г/л, а защитный подслой формируют путем химического восстановления. Основное покрытие, наносимое послойно известным термохимическим способом из раствора H2IrCI6,состоит из окислов иридия.

После травления в растворе соляной кислоты с гидразином титан приобретал очень развитую поверхность. При дальнейшем нанесении растворов гексохлориридиевой или платинохлористоводородной кислот, благодаря присутствию в микронеровностях и порах титановой основы гидразинхлорида, происходила реакция химического восстановления иридия (платины) в чистом виде, что отмечалось визуально и можно обнаружить с помощью различных методов исследования. Получаемый при этом защитный подслой обладал металлическим блеском и был как бы «впаян» в титановую основу. Увеличение концентрации гидразина выше 0,3 г/л приводит к увеличению наводороживания титана. При концентрациях гидразинхлорида ниже 0,1 г/л происходило неполное восстановление иридия или платины из соответствующих растворов кислот.

Следующие примеры демонстрируют применение данного изобретения в технологии изготовления металлооксидных электродов.

Пример 1. Титановые стержни обезжиривали в растворе, содержащем 5% Na2CO3 и 5% Na2SiO3 в течение 20 минут при 80°С, после чего промывали и помещали в раствор, содержащий 10% HCl и 0,2 г/л гидразинхлорида, процесс вели при комнатной температуре в течение 15 минут. Затем с поверхности электрода удаляли излишки травильного раствора путем встряхивания и наносили на него раствор, содержащий 90 г/л H2IrCI6 и выдерживали в течение 1 час при комнатной температуре до полного высыхания поверхности электрода. В течение этого времени происходит наиболее полная цементация хорошо развитой поверхности титана иридием.

Далее наносили четыре слоя покрытия, нанося на поверхность титана раствор, содержащий 90 г/л H2IrCI6. Анод сушили 20 минут при 120°С и прокаливали 20 минут при 450°С. Далее операцию нанесения повторяли еще 3 раза.

Анод подвергали коррозионным испытаниям в растворе 30 г/л Na2CO3 при плотности тока 2 А/см2 в течение 700 часов. Методом пересчета показано, что в реальных условиях их эксплуатации при плотности тока 0,2 А/см2, средняя скорость коррозии покрытия составляет в пересчете на чистый Ir около 1,3 10-7 г/см2 час.

Пример 2 (для сравнения). Стержни из титана обезжиривали в щелочном растворе, содержащем 5% Na2CO3, 5% Na2PO4,1% Na2SiO3 при 80°С в течение 10 минут, промывали, после чего травили в растворе, содержащем HF - 10 г/л, HNO3 - 50 г/л, SnCI2 - 2 г/л. Процесс травления вели при 35°С в течение 2 минут, промывали и сушили. Далее на поверхности титана формировали четыре слоя покрытия аналогично условиям примера 1 путем нанесения раствора 90 г/л H2IrCI6 с последующей сушкой 20 минут при 120°С и прокаливанием при 450°C в течение 20 минут.

Испытания анодов проводили в условиях, аналогичных условиям испытаний в примере 1, т.е. в растворе 30 г/л Na2CO3 при плотности тока 2 А/см2 в течение 700 часов. Методом пересчета показано, что в реальных условиях эксплуатации анода при плотности тока 0,2 А/см2 средняя скорость коррозии покрытия составляет в пересчете на чистый Ir 4,5 10-6 г/см2 час.

Сопоставление результатов коррозионных испытаний в примерах 1 и 2 показывает, что нанесение защитного подслоя из чистого Ir позволяет почти в 3 раза снизить скорость разрушения активного покрытия.

Как показывают приведенные примеры, предложенный способ формирования защитного подслоя из Ir, Pt позволяет значительно повысить надежный ресурс работы и каталитическую активность анодов при их эксплуатации в условиях выделения хлора и кислорода.

1. Способ изготовления металлооксидного анода, включающий травление титановой основы в растворе кислоты с одновременной модификацией ее поверхности, формирование защитного подслоя титановой основы и нанесение электрокаталитического покрытия, отличающийся тем, что травление и модификацию поверхности титана проводят при введении в травильный раствор гидразинхлорида, а защитный подслой формируют из благородных металлов - иридия, платины.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидразинхлорид вводят в травильный раствор в количестве 0,1-0,3 г/л.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что защитный подслой формируют путем химического восстановления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электродной промышленности и предназначено для использования при изготовлении графитированных изделий, в частности касается процесса пропитки различными веществами для устранения пористости.

Заявленное изобретение относится к способу электролиза водных растворов хлористого водорода или хлорида щелочного металла. В процессе электролиза хлорида щелочного металла предложено использование катода, потребляющего кислород, для чего процесс протекает при высоком избытке кислорода.

Изобретение относится к водородной энергетике. Технический результат состоит в получении водорода разложением воды с увеличением частоты периодического воздействия напряженностей электрических полей на воду.

Изобретение относится к области химии. Реактор 1 для получения водорода содержит корпус 2, патрубок 10 для подачи воды, патрубок 11 для выхода водорода и патрубок 12 для удаления продуктов реакции водного окисления.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности, в системах производства топлива для транспорта и в стационарных энергоустановках. Способ преобразования солнечной энергии в химическую и аккумулирования ее в водородсодержащих продуктах включает производство биомассы с использованием солнечной энергии, которую подвергают реакции парокислородной каталитической конверсии с получением продуктов реакции, содержащих водород и диоксид углерода.
Изобретение относится к способу активации катода в электролитической ячейке для получения хлората щелочного металла. Способ включает стадию, в которой проводят электролиз электролита, содержащего хлорид щелочного металла, в электролитической ячейке, в которой размещены по меньшей мере один анод и по меньшей мере один катод.
Изобретение относится к способу изготовления материала электрода для электрохимического получения водорода, который заключается в том, что на поверхность электрода наносят порошкообразную композицию Fe-C и осуществляют синтез нанокристаллических элементов Fe-C со средним размером в пределах 10-15 нм обработкой лазерными импульсами с длиной волны 1-1,5 мкм при плотности излучения 107-109 Вт/см2, скорости сканирования лазером 8-15 см/с, частоте импульсов 33-60 кГц в вакууме или в среде аргона, не доводя при этом процесс до плавления и появления карбида железа Fe3C.

Изобретение относится к энергетике, к системе энергоснабжения космических аппаратов и напланетных станций. Электрохимическая система энергоснабжения космического аппарата с замкнутым по воде рабочим циклом включает электролизер воды и кислородо-водородный генератор, гидравлически связанные друг с другом через резервуар сбора воды и пневматически сообщающиеся с баллонами хранения водорода и кислорода, последний из которых соединен с системой обеспечения жизнедеятельности космического аппарата пневмомагистралью с запорным элементом, металло-водородный аккумулятор, имеющий штуцер для водорода, через который он соединен с баллоном хранения водорода пневмомагистралью с запорным элементом.

Изобретение относится к области органической химии, в частности, к способам получения элементной серы из сероводородсодержащих газов и газоконденсатных смесей, и может быть использовано на предприятиях химической, нефтехимической, газоперерабатывающей и металлургической промышленности.

Изобретение относится к устройствам для электрохимической обработки водных растворов и может быть использовано в процессах электрохимического получения различных химических продуктов путем электролиза водных растворов, в частности смеси оксидантов при электролизе водного раствора хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов.
Изобретение относится к технологии снятия защитных покрытий, в частности для удаления покрытия из нитрида титана с поверхности деталей из титановых сплавов, и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбостроении при ремонте лопаток компрессора.
Изобретение относится к технологии снятия защитных покрытий, в частности для удаления покрытия из нитрида титана с поверхности деталей из титановых сплавов, и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбостроении при ремонте лопаток компрессора.

Изобретение относится к изготовлению прецизионных изделий из молибдена и его сплавов с заданными геометрическими параметрами. .

Изобретение относится к химической обработке поверхности металлов, в частности удалению защитного покрытия, состоящего из подслоя титана и слоя нитрида титана, нанесенного ионно-плазменным напылением.

Изобретение относится к области технологии изготовления малоизнашиваемых металлоксидных анодов на титановой основе. .

Изобретение относится к декапированию изделий из металлов или сплавов, содержащих металл группы титана. .

Изобретение относится к технологии снятия защитных и декоративных покрытий, в частности, для удаления покрытий из нитрида и карбонитрида титана с поверхности стальных изделий.

Изобретение относится к области химического травления металлов и сплавов, в частности покрытий из нитрида титана, и может быть использовано для стравливания дефектных покрытий из нитрида титана, которые наносятся на коронки зубов из нержавеющей стали, соединенные в мосты припоем Пср-37,5.

Изобретение относится к химическому травлению титановых сплавов и может быть использовано для проведения размерной обработки деталей. .
Изобретение предназначено для подготовки поверхности титана перед нанесением биоактивных покрытий на поверхность имплантата. Травитель для титановых имплантатов содержит фосфорную кислоту, окислитель и воду при следующих количественных соотношениях компонентов, мас.%: фосфорная кислота 23-65, пероксид водорода 3-30, вода - остальное.
Наверх