Катод для электрохимических процессов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к катодам для электрохимических процессов и может быть использовано при электролизе галоидов щелочных металлов. Катод содержит электропроводную подложку из железа, никеля, меди, серебра, хрома, кобальта или нержавеющей стали, промежуточный слой, выполненный из металла, выбранного из группы: никель, железо, медь, хром, серебро, кобальт или их сплавов, с диспергированными в нем частицами окиси или смешанных окислов рутения, иридия, титана, тантана, гафния, ниобия и церия в количестве 3-15 мас.%, причем размер частиц составляет 0,2-30 мкм, а толщина промежуточного слоя равна 2-30 мкм. На промежуточный слой нанесено электрокаталитическое покрытие из окиси или смеси окиси рутения, иридия и титана в количестве 2-20 г/м<SP POS="POST">2</SP>. Изобретение позволяет увеличить срок службы катода при сохранении высокой каталитической активности благодаря хорошей адгезии электрокаталитически активного слоя с промежуточным и последнего с подложкой. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3971971/23-26 (22) 04.11.85 (31) 83633 A/84 (32) 04.11.84 (33) IT (46) 15.12.89. Бюл, 46 (71) Оронцио де Нора Импианти Элеттрокимичи С.П.А. (IT) (72) Яльберто Пеллегри (IT) (53) 621.3.035 (088.8) (56) Патент CUlA t" 4456518, кл. С 25 В 11/00, 26.06.84. (54) KATOP, PSlfl 3$1EKTPOXNMHAECKVX

ЦЕССОВ (57) изобретение относится к катодам для электрохимических процессов и может быть использовано при электролизе галоидов щелочных металлов. Ка" тод содержит электропроводную подложку из железа, никеля, меди, серебра, хрома, кобальта или нержавеющей стаИзобретение относится к электродам для электрохимических процессов и может быть использовано при электролизе галоидов щелочных металлов.

Целью изобретения является увеличение срока службы катода.

Поставленная цель достигается за счет того, что в катоде, содержащем электропроводную подложку, промежуточный слой и электрокаталитическое покрытие, промежуточный слой состоит из металла, выбранного иэ группы никель, железо, медь, хром, серебро, кобальт, или их сплава и содержит диспергированные в нем частицы окиси или смешанных окислов рутения, ири„„SU„, 15301 А 3 (51) 4 С 25 В 11/00

2 ли, промежуточный слой, выполненный из металла, выбранного из группы никель, железо, медь, хром, серебро, кобальт или их сплавов, с диспергированными в нем частицами окиси или смешанных окислов рутения, иридия, титана, тантала, гафния, ниобия и церия в количестве 3-15 мас."4, причем размер частиц составляет 0,2-30 мкм, а толщина промежуточного слоя равна

2-30 мкм. На промежуточный слой нанесено электрокаталитическое покрытие из окиси или смеси окиси рутения, иридия и титана в количестве 220 г/м2. Кзобретение позволяет увеличить срок службы катода при сохранении высокой каталитической активности благодаря хорошей адгезии электрокаталитически активного слоя с промежуточным и последнего с подложкой.

1 э.п, ф-лы, 2 табл. дия, титана, тантала, гафния, ниобия и церия в количестве 3-15 вес.4, размер частиц 0,2-30 мкм, а толщина промежуточного слоя 2-30 мкм. Электрокаталитическое покрытие наносят в количестве 2-20 г/м2.

Пример 1. Несколько образцов сеток, изготовленных из никелевой проволоки диаметром 0,1 мм, подвергают обезжириванию в паре и промывке в растворе, содержащем 154 соляной кис- (J4 лоты, в течение примерно 60 с. Указанные никелевые сетки используют в качестве подложек для электроосаждения иэ ванны покрытия, имеющей следующий состав, г/л: сульфат никеля 200; хло1530102

40 рид никеля 50; борная кислота 40; порошок смешанных окисей рутения и титана с отношением между металлами

10:1-1О.

Ванна имеет температуру примерно

50 С, плотность тока 50 мА/см2, порошкообразные частицы смешанных окисей имеют средний диаметр примерно 2 мкм, минимальный диаметр 0,5 мкм, а макси- 10 мальный диаметр 6 мкм.

Порошок поддерживают в виде суспензии в ванне за счет механического перемешивания и электроосаждение длится примерно 20 мин.

Толщина нанесенного сцепленного предварительного покрытия примерно

15 мкм и примерно 10 покрытия содержит частицы смешанной окиси, однородно распределенные по никелевой матрице °

Частицы смешанной окиси на поверхности предварительного покрытия только частично покрыты никелем. Таким образом, некоторая часть поверхности содержит непокрытые частицы или поверхности воздействия. Никелевое покрытие дендритное.

После промывки в деионизованной воде и осушки на поверхность одного иэ покрытых образцов наносят водный раствор состава: хлорид рутения (по металлу) 10 г; хлорид титана (по металлу)

1 г; водный раствор 30 -ной перекиси водорода 50 смэ; водный раствор 201ной соляной кислоты 150 смз. о

После осушки при 60 С в течение примерно 10 мин образец нагревают в печи s воздушной атмосфере при 480 C в течение 10 мин, а затем охлаждают до комнатной температуры.

Методом сканирующей микроскопии установлено, что образуется поверхностный окисный слой, который методом рентгеновской дифракции определен как твердый раствор окиси рутения и

45 титана, Толщина поверхностного окисного покрытия примерно 2 мкм, а количество

его, определенное взвешиванием, примерно 4 г/M2 поверхности.

На других образцах, покрытых сцепленным предварительным покрытием или промежуточным слоем, нанесенным методом электроосаждения, процесс формования поверхностного покрытия из смешанной окиси повторяют 3 раза, благодаря чему образуется поверхностное керамическое покрытие примерно 12 гlм

Таким образом изготовленные электроды испытывают в качестве катодов длл выделения водорода в 354-ном растворе каустической соды (ХаОН) при

80 С и при изменении плотности тока от 500 А/м до 5000 Alì2. Для каждого полученного образца строят Тафелевскую зависимость. С целью сравнения испытывают в качестве катода в тех же условиях образец, который только сцепленным прсдварительным покрытием или промежуточным. слоем, нанесенным методом электроосаждения.

Электрод, покрытый 12 г/м окиси, имеет напряжение относительно каломельного электрода сравнения 1,175 Е (ВСЕ) при 500 А/м и Тафелевский наклон приблизительно 35 мВ/декада тока.

Электрод с поверхностным покрытием (только 4 г/м ) имеет напряжение относительно каломельного электрода сравнения 1,180 B (БСГ) при 500 А/м2.

Сравнительный электрод без поверхностного окисного покрытия имеет напряжение относительно каломельного электрода сравнения 1,205 В (ВСЕ) при

500 A/м и Тафелевский наклон приблизительно 85 мВ/декада тока.

В целях сравнения смешанную окись рутения — титана в керамическом покрытии наносят на промежуточную никелевую сетку таким же способом, что длл получения электродов в соответствии с изобретением, но без предварительного нанесения на подложку, гальванического предварительного покрытия или промежуточного слоя. Образуется окисное покрытие примерно 6 r/ì2.

Этот электрод при испытаниях в

1 аналогичных условиях имеет напряжение относительно каломельного электрода сравнения примерно 1,185 Е (SUE) при 500 А/м и Тафелевский", наклон примерно 56 мВ/декада тока.

Хотя каталитическая активность в результате почти одинакова при сравнении с электродами, изготовленными в соответствии с изобретением, отмечается очень плохая адгеэия. Энергичного встряхивания покрытой поверхности достаточно, чтобы вызвать удаление нанесенного керамического материала.

В противоположность этому поверхностное покрытие электрода в соотвеT ствии с изобретением хорошо адгезионно связано и имее1 (г льни сочротивЛение к отрыву его при испытанилх

1. Катбд для электрохимических процессов, содержащий электропроводную подложку из железа, никеля, меди, серебра, кобальта или нержавеющей стали, промежуточный слой и электрокаталитическое покрытие из окиси или смеси окиси рутения, иридия и титана, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы катода, промежуточный слой выполнен из металла, выбранного.из группы: никель, железо, медь, хром, серебро, кобальт, или их сплавов и содержит диспергированные в нем частицы окиси или смешанных окислов .рутения, иридия, титана, тантала, гафния, ниобия и церия в количестве 3-15 мас.:., причем размер частиц составляет 0,2-30 мкм, а толщина промежуточного слоя 2-30 мкм.

2. Катод по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что он содержит электрокаталитическое покрытие в количестве 2-20 г/м .

153010 этого сопротивления методом клейкой ленты.

Пример 2, Электроды изготовляют тем же способом, что и в примере 1, но с использованием других материалов.

В табл.1 приведены результаты, полученные на различных электродах в тех же условиях испытаний, что и в примере 1.

Пример 3, Электроды в соответствии с примером 2 используют в качестве катодов в лабораторных электролизных ячейках, снабженных катионообменными мембранами Yafiqn (R), поставляемыми Е. I l)u Гnnt de nemours, и титановыми анодами, покрытыми покрытием иэ смеси окисей рутения и титана. 20

В анодное пространство электролизной ячейки загружают водный раствор

200 г/л хлористого натрия, а в катодное пространство заливают деионизированную воду, концентрацию Na01! под- 25 держивают на уровне примерно 351.

Плотность тока примерно 200 А/м, рабочая температура в диапазоне 85

95 С.

В первой сравнительной ячейке ка- gp тод изготавливают из никеля и не обрабатывают в то время как во второй сравнительной ячейке катод изготавливают из никеля, покрытого только сцепленным предварительным покрытием или промежуточным слоем, содержащим никелевую матрицу, включающую 121 частиц окиси рутения.

Напряжение в ячейке, снабженной катодами, изготовленными в соответ- 40 ствии с изобретением, примерно на

0,2 B меньше, чем в первой сравнительной ячейке, и примерно на 0,06 В меньше, чем во второй сравнительной ячейке, 45

После 3000 ч работы напряжение е ячейке, снабженной электродами, изготовленными в соответствии с изобретением, фактически не изменялось, разница относительно первой сравнительной ячейки уменьшилась примерно до 0,12 В, в то время как разница относительно второй сравнительной ячейки увеличилась примерно до 0,1 В, Катоды в соответствии с изобретением

2 б выглядят неизменившимися, s то время как необработанный никелевый катод, а также никелевый катод, покрытый только предварительным слоем или промежуточным слоем, нанесенным гальванически, выглядят черными от осевшего осадка, который, по данным проведенного анализа, состоит из железа и окиси железа.

В табл.2 приведены данные по четырем типам катодов, выполненных с учетом параметров данного изобретения.

Все образцы подвергают термическому разложению, как в примере 1 для образования поверхностного смешанного окисла и испытывают в условиях примера 1. Первые три образца показывают высокую каталитическую активность и хорошую адгезию покрытия с подложкой. цетвертый образец имеет более высокое напряжение.

Таким образом, катод для электрохимических процессов по данному изобретению характеризуется высокой адгезией покрытия к подложке, благодаря чему срок службы его при сохранении большой каталитической активности значительно больше известных.

Формула изобретения

1530102

Таблица1

Подложка Сцепленное предварительное покрытие (толщина 15 мкм) Керамическое поверхностное покрытие, 15 гlм2

Катодное напряжение, 50 мА/м2

Тафелевский наклон, мВ/декада тока

Никель

Il

ll

Il

II

Железо

Медь

Серебро

Никель

Таблица 2

Показатели

Образец

I Г

0,1-0,3 8-12 25-32 30-38

30

12

Составитель Н,Чиликина

Редактор О.Спесивых Техред Jl.cåðäþêoâà Корректор М.Пожо

Заказ 7767/59 Тираж 605 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент", r.Óæãîðîä, ул,Гагарина, 101

Ni+Ruo/Òi0

Ni + RuOq

Ag + RuOg/ТаО

Ni/Ag + КиОд

Ni + Т10

Cr + IrO

Fe + КиО

Cu + TiOz

Ag + TiO

Ag + RuO

Ag + КиО /HfOz

Ag + КиО /NbOq

Размер частиц окислов промежуточного слоя, мкм

Толщина промежуточного слоя> мкм

Окисные частицы в покрытии, вес.Ф

RuIТ10>

КиО

Ru0z/T101

RuOz

КЦ02

IrOz

Ru0z

RuOz/TiOg

RuOz/TiOz

RuOz/TiO

RuOz/TiO

RuOz/TiO

-1,175

-1,170

-1,170

-1,170

-1,170

-1, 180

-1,175

-1,175

-1,170

-1, 176

-1,175

-1,170

37

42

38

38

38

37