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工业电解用电极

涂层钛阳极、石墨电极、铅基合金电极及铂电极被称为水溶液电解工业用四大电极材料。

1、石墨电极 炭电极和石墨电极,是电解工业中应用最广泛的电极材料。它可用作阳极材料,也可用作阴极材料。

我国生产炭素材料最大的工厂是吉林炭素厂和南通炭素厂。石墨制品压制、烧结后,内部存在大量微孔,石墨阳极孔隙率为20~30%。石墨阳极的电阻率为(6~9)×10-4cm·Ω,抗压强度为250~350kg/cm2。

一般来说,炭和石墨是比较稳定的,在常温下与各种气体不发生化学反应。无定形炭的明显氧化反应发生在350℃,而石墨则需达到450℃才明显氧化。

炭和石墨除与强氧化性酸(如浓硫酸、浓硝酸、铬酸、王水)和盐作用外,在一般的电解液中是稳定的。

炭和石墨作为阳极材料使用时,特别是在酸性溶液中,其电化学氧化将造成电极的损耗——不仅使外层碳原子生成CO和CO2,而且可造成石墨膨胀、剥落。溶液的浓度、PH值均影响炭材料的阳极腐蚀,例如,在碱性溶液中炭材料的腐蚀就较弱。

炭和石墨作为阴极材料使用时,不会发生电化学腐蚀。

炭和石墨人有许多优点:导电和导热性能均好;具有较好的耐蚀性;易加工成不同开关的电极;价格便宜。

其缺点是机械强度较低,易磨损,使用寿命较短,因而还须经常更换电极材料,增加了维修费用,而且影响时空效率的提高。

2、铅及铅基合金电极

铅和铅基合金电极是广泛用于硫酸及硫酸盐介质、中性介质的铬酸盐介质的不溶性阳极。

缺点:铅阳极质量大、强度低,在使用中易发生弯曲变形,造成短路,降低电流效率;铅阳极导电性能不够好,电极消耗比较大。

3、反应性金属电极

反应性金属电极应用于有机电合成取得了较好的发展,现已成为有机化学中的一个新领域。

反应性金属电极如Mg、Al、Zn、Fe、Li等较活泼,且具有还原性,它既作为反应的电子源,起着在反应基质间进行电子交换的作用,同时也作为反应物直接参与反应,形成活泼的中间物种,使电化学合成与化学合成结合在一起,减小了反应步骤,产率高,选择性亦好。对传统有机合成方法难以进行的反应,采用反应性金属参加的电解合成法可以顺利地一步完成。另外,采用反应性金属电解,其电解装置为一室型电解槽,无须隔膜,简单易行。由此表明该方法是对传统的有机电解合成和有机合成的一个重要发展。使得合成反应由原先主要集中于以卤代烃为原料的一系列有机电解合成进一步向其他类化合物拓宽。例如羧酸、醇、醛、酮等的合成。采用反应性金属电极,既简化了步骤,又提高选择性,获得了高产率的目的产物。

4、SPE复合电极

SPE复合电极即固体聚合物电解质复合电极,它是由SPE膜和电极材料复合而成,在有机电合成中得到应用。

SPE复合电极由SPE膜和电极材料复合而成。SPE膜包括掺杂的聚合物膜和离子交换膜,在离子交换膜中,一般用于SPE复合电极的是全氟离子交换膜。全氟离子交换膜具有较高的化学稳定性,较小的膜电阻和良好的机械性能,它包括阳离子型和阴离子型两类。

5、金刚石膜电极

金刚石膜电极是20世纪80年代后半期CVD金刚石实用化中开发的。

金刚石是一种特殊的物质材料,具有很高的硬度和非常稳定的化学性质,其同素异构体石墨常作为一种良好的电极材料在很多电化学领域中广泛使用。然而,石墨电极具有明显的缺陷,如机械强度差,在水介质中的析氧电位低,电势窗口小,对有机物的电催化性能差等。因此,将金刚石生长制备到电极基体的表面制作成金刚石膜电极材料,其表现出的化学、物理性质和电化学性质以及潜在的功能具有广泛的应用前景。

6、气体扩散电极

工业电解工艺,发生氧反应或发生消耗氧反应,其电极过电位高,例如:水溶液电解时,其过电位在400mv以上;若发生氢反应或消耗氢反应,其电极过电位在100mv以下。如果把它们组合起来,通过反应的改变,可降低理论分解电压,降低过电位,从而可大幅度降低电能消耗。