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钛阳极的诞生极大地推进了食盐电解生产的发展,是氯碱工业一大技术革命。DSA的发明是20世纪电化学工业的重大发明之一,是对电化学领域划时代的贡献。
钛阳极_钛阳极 -概述
钛阳极一般称DSA(DimensionallyStableAnode),即尺寸形状稳定型阳极,是指在钛基体上涂覆具有电化学催化活性的涂层而制成的电极，又被称为金属氧化物涂层钛电极。20世纪60年代末问世。钛阳极最早用于氯碱生产,现已广泛用于化工、环保、水电解、水处理、电冶金、电镀、金属箔生产、有机电合成、电渗析、阴极保护等领域。在研究人员的推动下,电极学、电极反应工程学、电极过程动力学、电催化科学等理论知识也不断创新和丰富。
钛阳极
钛阳极_钛阳极 -研究历史
最早在1786年至今200多年。电解的过程是将电能转换成化学能。最具代表的烧碱工业水溶液电解工业很能说明电极材料发展史。盐水电解起初在实验室，使用过铂电极，天然炭素电极，天然石墨电极，磁性氧化铁电极，二氧化铅电极。这些都是最早试验过的电极材料。盐水电解要求，阳极材料对氯的析出具有良好的点催化性能，耐久性好，并具有抑制氧析出的能力。最早使用在工业化生产的电极是石墨电极。石墨电极在盐水浓度高时，能充分满足上述要求，可是在长时间生产中发现石墨阳极存在如下缺点：电阻大因此电能消耗大；随着电化学反应过程的进行，石墨电极损耗量大，电极极距发生变化，造成电解生产不稳定；放氯反应的活性表面很难维持住。人类历史进入20世纪60年代后，石油化学工业快速发展，在各地建立起许多大型乙烯工厂，有机氯化物合成生产大幅度增加。这就要求氯碱产量要求一个大的飞跃。此时要求石墨阳极有机械加工能力，要在石墨阳极上开孔，石墨阳极本身的加工性能就不是很好，就要求能有新的材料代替。金属阳极的发展就尤为重要。金属阳极的发展有很长的历史。最早的金属阳极以铂阳极为主，但其成本昂贵，没能广泛应用。1910年-1940年完成了镁热还原法和钠热还原法生产海绵钛。并大量生产。钛做基材阳极展露头角，钛又被称为：阀型金属，有稳定的氧化层保护，使阳极电极不能通过，所以在盐水电解条件下有良好的耐久性和稳定性。金属钛可以随意的机械加工，可以制作钛板，钛棒，钛丝，钛网，钛管，多孔板等。应用广泛。60年代除开发了涂层性电极，广泛应用于化工，环保，水电解，水处理，电冶金，电镀，金属箔生产，有机电合成，电渗析，阴极保护等众多行业。
钛阳极_钛阳极 -分类
钛阳极全称为钛基混合贵金属氧化物涂层钛阳极（MMO）。也叫DSA阳极。（形状稳定型阳极）。它以钛为基材，在钛基材上刷涂贵金属涂层，使其具有良好的电催化活性及导电性。
钛阳极分类：按照在电化学反应中阳极析出气体来区分，析出氯气的称析氯阳极，如钌系涂层钛电极：析出氧化的称为析氧阳极，如铱系涂层钛电极和白金涂层（或镀铂）。
析氯阳极（钌系涂层钛极）：电解液中氯离子含量高：一般在盐酸环境及电解海水，电解食盐水环境。
析氧阳极（铱系涂层钛电极）：电解液一般为硫酸环境。
镀铂阳极（铂涂层阳极）：钛为基材。表面镀上贵金属铂，镀层厚度一般为1-5um（微米）。白金钛网网孔规格一般为12.7×4.5mm或6×3mm。
钛阳极_钛阳极 -特点
（1）阳极尺寸稳定，电解过程中电极间距离不变化，可保证电解操作在槽电压稳定情况下进行;(2)工作电压低,因此电能消耗小,直流电耗可降低10%---20%.
(3)钛阳极工作寿命长,隔膜法生产氯气工业中,金属阳极耐氯和碱的腐蚀,阳极寿命已达6A以上,而石墨阳极仅8个月
(4)可克服石墨阳极和铅阳极溶解问题,避免对电解液和阴极产物的污染,因而可提高金属产品纯度.
(5)可提高电流密度.
(6)氯碱生产中,使用钛阳极后,产品质量高,氯气纯度高,不含CO2,碱浓度高,可节省加热用蒸气,节省能源消耗
(7)耐腐蚀性强.
(8)可避免铅阳极变形后的短路问题,因而可提高电流效率.
(9)钛电极重量轻,可减轻劳动强度.
(10)形状制作容易,可高精度化.
(11)基体可反复使用
钛阳极_钛阳极 -制备方法
热分解法
是制备DSA钛阳极最传统的方法，包括涂层热解法和喷雾热解法。其基本过程为将金属的氯化物（或硝酸盐）或含氯的溶液通过刷涂、喷涂、浸涂、滚涂等方法涂覆于基体表面，然后在含氧气氛中低温（略高于溶剂挥发温度）蒸发溶剂，最后在高温下将基体上金属盐类氧化分解，反复涂覆直至得到需要的厚度，由此得到所需的氧化物涂层。该法工艺简单，所需工具、设备比较便宜，容易制备工业所需的大电极，适合于大部分金属阳极的制备有利于生产。但是在制备过程中要经过不断的升温，冷却，所以电极表面容易形成“龟裂”致使致密度较差。
溅射法
主要用于薄膜电极材料的制备，也用于微小电极的制备。在制备电极时，母液喷制较均匀，所制备的电极致密度较好，结晶状况好，与基体的结合力强，膜的厚度为几微米，满足钛阳极对膜层的要求。
电镀法
也叫做电沉积法，适合制备电解无机盐的溶液，使高价态的盐离子还原为低价的氧化物，沉积在阴极上。电沉积法有电镀、电解和电铸方面上百年的理论和实践基础，可以根据不同的性能要求方便地改变沉积溶液的组分和沉积条件，控制沉积层的厚度和结构，通过精确控制沉积参数制备出合适的晶粒尺寸、组成和结构，缺点是工序较为复杂，在较大面积的电极上沉积困难，沉积的电流效率较低。该法制备的电极比较致密，温度和添加剂是重要因素。由于电沉积法的这些特点，可以用作制备电极中间层。
钛阳极_钛阳极 -电极失效
长期使用电极或者在苛刻条件下使用电极，钛阳极的电催化活性会丧失，电极失效，常见的电极失效有以下几种形式：
短路失效
短路失效与电解液杂质有关,特别是其中的重金属离子和铁、钙、镁等化合物的阴极吸附常缩短阴阳极距,‘最终短路击穿。防止这类失效,除设计操作外,在涂层中加如TiO2层有明显效果。
剥落失效
表面涂层的片状剥落,造成电力线重新分布,电位升高。这种常见的失效形式与覆层的结合力及徐层表面形貌有关,用瑞利计算结果可以解释析出气泡对涂层表面裂纹的脉冲撕裂作用。
钝化失效
钝化是在表面宏观形貌不变的情况下电位骤升的现象。它可用内氧化理论和活性中心减少论加以解释。涂层中加人耐蚀组元铱、铭等可以提高电极的抗钝化能力。
溶蚀失效
溶蚀失效的电极在扫描电镜下观察,可见表面为蜂窝状的蚀坑,这种小区域的腐蚀剥落与冲蚀有关,提高涂层致密度和强韧性将对提高电极的抗溶蚀能力大有裨益。
钛阳极_钛阳极 -钛阳极应用
钛阳极的应用领域涉及化工、电冶金、水处理、环保、电镀、有机电解合成、阴极保护、电渗板、电解酸洗钢板、金属箔生产以及其他电解工业。使用钛电极的电解行业有：氯碱工业，将副产物硫酸钠回收成硫酸和烧碱，氯酸盐生产，次氯酸盐生产，高氯酸盐生产，过硫酸盐电解，有机电解合成，电解提取有色金属，电解银催化剂的生产，人造金刚石生产中回收镍钴，电溶解法回收废残WC-Co硬质合金，电解制造铜箔，铝箔化成，生产负极箔，水电解，水处理，高层建筑水箱水处理，电解法制取离子水，电渗板法淡化海水，生活用水和食品用具的消毒，电解杀菌处理水，餐饮废水的处理，垃圾填埋物渗出液的电解氧化处理，医院污水处理，回收水的电解处理，废水的反硝化脱氮处理（氨氮废水处理），工业用水处理，次氯酸钠的制取，二氧化氯的制取，臭氧发生器，发电厂冷却循环水的处理，化工厂冷却循环水的处理，电镀工厂含氰废水处理，电渗板电解法回收镀镍废水中的镍，电浮选法脱除电镀废水中的铁钴镍，开采金矿含氰废水处理，毛纺染织废水处理，印染废水处理，电渗析法处理化纤厂去酸水，蚀刻液再生及铜回收，墨水生产的污水处理，对核废水中的NO3-进行电解脱氮，有机废水的降解处理，电化催化氧化降解苯胺，电解处理含醇废水，钴酞菁染料水的处理，钢板镀锌，钢板镀锡，三价铬电镀、镀铬、镀金、镀铑、镀钯、镀钌、镀铱和铱铂、阴极保护、电渗板法制取四甲基氢氧化铵、熔融盐电解、蓄电池生产、钛基贵金属氧化特涂层PH值电极、印刷业用PS版生产用液导电极、二氧化锰生产、废旧电池回收处理、镍包钢滚镀生产以及电磁推进船等。
