一种盐酸电解槽阳极网涂层及其制备方法与流程

本发明属于电解槽，具体的说是一种盐酸电解槽阳极网涂层及其制备方法。

背景技术：

1、随着工业发展和环保要求的提高，废盐酸的回收处理成为日益关注的问题，为了解决废盐酸的处理和有效利用，通常采用盐酸电解槽来电解盐酸溶液，从而回收氯气，实现氯资源循环利用，减少环境污染。

2、盐酸电解的原理是通过电化学反应将氯化氢（hcl）水溶液分解为氯气（cl2）和氢气（h2）。

3、在电槽阳极室通入15%左右的盐酸溶液，反应温度控制在50℃左右，阴阳极室之间用氢离子膜隔开，通入直流电后，阳极发生氧化反应产生氯气，氢离子通过离子膜迁移至阴极室，在阴极发生还原反应生成氢气。通常情况下，阴极配套采用氧阴极技术，能进一步节能降耗，预计降耗30%。

4、电解总反应：2hcl=h2↑+ cl2↑

5、阴极反应：2h++2e－=h2↑

6、阳极反应：2cl－-2e－=cl2↑

7、阴极生成的原子氢有很强的还原性，阳极生成的原子氯有很强的氧化性。

8、在盐酸电解生产中，电占主要成本，其中每生产1吨氯气，直流电耗达1700kwh左右。电耗的影响因素主要有：

9、1、电解槽的结构与材料；

10、2、阴极的析氢电位；

11、3、阳极的析氯电位。

12、由于盐酸具有很强的腐蚀性，选择合适的基网材料，配合多种特性金属氧化物复合涂层的应用，能够获得更加优质的电极，达到降低电极电位，降低电耗，延长使用寿命的目的。

13、公开号为cn104562078b的中国发明专利公开了一种电解用电极及其制备方法以及电解槽，该电解用电极包括导电性基材和活性涂层，所述导电性基材为包含钛或钛合金的基材，所述活性涂层至少包含底层涂层和表层涂层，所述底层涂层包含钛氧化物、铱氧化物和钌氧化物，所述表层涂层包含铱氧化物、钌氧化物、钛氧化物、以及钯、铂中的一种或两种元素的金属或氧化物。但是，现有技术在运用到电解盐酸溶液中时，由于盐酸具有很强的腐蚀性，会影响电极使用寿命，阳极基网材料经筛选使用钛钯合金为宜，用二氧化铱（iro2）制作电极涂层，氯析出电位高，增加了电耗；

14、因此，需要有一种盐酸电解槽阳极网涂层及其制备方法，降低阳极网与活性涂层的析氯电位，并提高电极寿命。

技术实现思路

1、为了弥补现有技术的不足，解决背景技术中所提出的至少一个技术问题。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种盐酸电解槽阳极网涂层，所述涂层配方包含钌、铱、锆和钽的硝酸盐溶液。

3、优选地：所述涂层配方还包含铪的硝酸盐溶液。

4、优选地：所述钌的质量份为25～35，所述铱的质量份为10～20，所述锆的质量份为20～30，所述钽的质量份为20～30。

5、优选地：所述硝酸盐溶液中铪的重量份为3～12份。

6、优选地：所述硝酸盐溶液所用的溶剂为乙酸。

7、一种盐酸电解槽阳极网涂层的制备方法，包括如下步骤；

8、步骤s1、采用扩张网做电极的基材；

9、步骤s2、对基材进行表面处理，形成平整、清洁、带麻面的基材；

10、步骤s3、按配方调配盐酸电解槽用阳极网涂层的硝酸盐溶液形成涂布液，将涂布液均匀涂覆在基材上，控制温度烘烤氧化后烧成，使基材表面形成稳定的金属氧化物结晶体，金属氧化物结晶体为涂层，形成涂层后的基材组合即为钌铱合金电极。

11、优选地：所述扩张网为钛钯材质。

12、优选地：在步骤s3中，控温：400~550℃。

13、优选地：在步骤s3中，控时：1~2小时。

14、优选地：在步骤s3中，控含氧：压缩空气流量2~10l/h。

15、本发明的有益效果如下：

16、本发明纯钌电极具有析氯过电位低的特点，但是结合力差，容易流失，需要做如下改进后使用：

17、烧结钌铱合金电极，烧结钌铱合金电极改善了纯铱电极析氧电位低的特性，可作阳极活性涂层；

18、例如：钌铱等元素的盐按一定配比制作涂液，再制备涂层的催化活性成分，获得产品具有低的放氯电位，并且具有较好的抗氢还原性和较好的抗氧腐蚀性；

19、氧化铱对盐酸电解制氯气和氢气的发生所具有的电催化性并不突出，但其在酸性介质中的析氯和析氧电化学活性仅次于二氧化钌，而在该种介质中能保持很高的稳定性，显示出卓越的电解耐久性，一般认为这是由于铱对于氯吸附是可逆的，同时从结构上来说，二氧化铱是一种过氧型结构（iro2），其催化性结构不会因为氧气的流入而遭破坏，由于铱氧化物本身对氧的耐腐蚀好，抗氧能力强，析氧过电位比钌高，可被作为中间层来改进涂层配方；

20、涂层电化学活性表面在铱含量为30％时达到最优值，电性能测试中：铱含量为20％～60％涂层的伏安电量随析氯的发生而增大，100％的二氧化铱涂层却随之降低，表明二氧化铱的加入使得极网有更好的电解耐久性；

21、二氧化钌（ruo2）的添加会显著改变涂层外貌，减少涂层的晶格纹，同时随着二氧化钌含量的增加，涂层的电化学行为转为由二氧化钌起主导作用，当二氧化钌含量为10％～35％，含二氧化钌涂层的伏安电量显著降低，二氧化钌的添加能改善涂层的电催化活性；

22、极网与涂层的失活因素主要有：氧化物涂层的溶解消耗、涂层脱落和基材的钝化（极网与涂层间生成氧化膜）；

23、含铱涂层可以增强结合力，避免钝化，含铱涂层细分为：

24、1、与基网结合金属层；

25、2、金属氧化中间过渡层；

26、3、金属与金属氧化物的混合物（含钌氧化层）；

27、锆在催化剂中的作用主要体现在提升催化剂性能，增强催化剂和基材的结合力。

28、钽具有高熔点、耐腐蚀性，在酸性电解液中形成稳定的氧化膜，有效保护基材免受腐蚀。

29、本发明在原有ru-ir-zr-ta四元涂层体系的基础上，引入nb（铌）或hf（铪）作为“固溶体稳定剂”与“晶格锚定”组分。其核心设计思路为：利用nb或hf与ru、ir在晶体学上的高度相容性，通过热分解过程中的晶格重构，将ru原子“锚定”在iro2的金红石型晶格中，强制形成稳定的多元固溶体结构，从而从晶体学根源上解决ru在ir基阳极中的局部聚集与选择性溶出问题。

30、hf4+的离子半径约为0.71 å，与zr4+（0.72 å）同属一族但原子量更大（hf原子量178.5 vs zr原子量91.2）。hf-o键的键能高于zr-o键，能够提供比zr更强的“晶格锚定”效应。hfo2与ruo2、iro2同属金红石型或类金红石型结构，hf4+可进入ruo2-iro2的晶格形成稳定的固溶体。在高温热分解过程中，hf4+凭借其较大的离子质量和较强的化学键合能力，能够在晶格中形成更为稳固的“锚定位点”，更有效地锁住ru原子，抑制其迁移和聚集。同时，hfo2本身具有极高的化学稳定性和耐腐蚀性，在强酸性盐酸电解液中几乎不发生溶解，可作为涂层的“结构骨架”长期稳定存在。