Elektroodid viitavad peamiselt primaarpatareisüsteemi positiivsetele ja negatiivsetele elektroodidele ning elektrolüütilise elemendi süsteemi katood- ja anoodimaterjalidele. Eristatakse voolu suuna järgi: sisendvoolu üht otsa nimetatakse anoodiks ja väljundvoolu lõppu katoodiks.
Kui eristatakse anoodi reaktsiooni tüübi järgi: anood, kus toimub oksüdatsioonireaktsioon, ja katood, kus toimub redutseerimisreaktsioon. Elektrokeemilise reaktsioonisüsteemi põhikomponendina on anoodimaterjalil oluline mõju reaktsioonikiirusele, reaktsioonimehhanismile ja energiatarbimisele reaktsiooniprotsessi ajal. Seetõttu on energiapuuduse ja raske reoveepuhastuse kontekstis uute suure jõudlusega anoodmaterjalide väljatöötamisel tööstusliku tootmise jaoks oluline teoreetiline tähendus ja majanduslik väärtus.
Elektrokeemilise reaktsiooni süsteemis toimub redutseerimisreaktsioon peamiselt katoodil, seega pole katoodmaterjalidele esitatavad nõuded liiga ranged. Anoodimaterjal läbib reaktsiooniprotsessi käigus peamiselt oksüdatsioonireaktsiooni, mille tõttu anoodimaterjal läheb kergesti kaduma ja asendatakse sagedamini kui katoodmaterjal. Suurepärase jõudlusega anoodmaterjalid peavad vastama sellistele nõuetele nagu hea elektrijuhtivus, kõrge katalüütiline aktiivsus, hea stabiilsus ja teatav mehaaniline tugevus. Ülaltoodud omadustega anoodimaterjalide väljatöötamine on muutunud kodu- ja välismaiste teadlaste uurimistöö kuumaks teemaks.
Elektrolüüsitööstuse pidev areng on soodustanud anoodimaterjalide edenemist ja arengut. EG Acheson tootis 1896. aastal edukalt tehisgrafiiti elektrotermilise kristallimise meetodil ja realiseeris tööstusliku tootmise elektrolüütilise soolatööstuses.
Anoodimaterjalina on grafiitanoodil selle pikaajalise tööstusliku kasutamise käigus leitud järgmised puudused: kui elektrolüüt on happeline, kaasneb elektrokatalüütilise lagunemisprotsessiga hapniku eraldumise reaktsioon ja süsinikmaterjal oksüdeerub kergesti, mille tulemuseks on grafiidis Anoodi materjal paisub, deformeerub, kukub maha ja tekib räbu; Teine puudus on see, et süsinikmaterjalil on halb kõrge temperatuuritaluvus ja halb mehaaniline tugevus ning see võib töötlemise ja transportimise ajal puruneda. Seetõttu otsivad inimesed tööstuse arengu vajaduste rahuldamiseks grafiitanoodide asendamiseks metallanoode. Metallanoodide suurim probleem on anoodi passivatsioon. Pinnale on kerge tekkida passiveerimiskilesid, mille tõttu metallianoodide, näiteks raudanoodide ja vaskanoodide katalüütiline aktiivsus väheneb või isegi kaotab aktiivsuse. Plaatinaanoodidel on kõrge elektrokatalüütiline aktiivsus ja kõrge voolutõhusus, kuid plaatinametall on kallis, mis piirab selle rakendusala. 1948. aastal tehti suur läbimurre titaanmetalli valmistamisel ja saavutati tööstuslik tootmine. Selle põhjuseks oli peamiselt Ameerika Ühendriikide dr W. Claure'i leiutis magneesiumi termilise redutseerimise meetodil ja titaankäsna edukal valmistamisel. Uute anoodide valmistamiseks on võimalik kasutada anoodi alusmaterjalina titaani. 1959. aastal pakkusid teadlased välja uue kontseptsiooni: titaanmetalli kasutamine alusmaterjalina ja metalloksiidi aktiivse kihina uue metallianoodi väljatöötamiseks. 1968. aastal asus Itaalia ettevõte DeNora juhtrolli H.Beeri ruteenium-titaankattega anoodide industrialiseerimisel ning titaananoodide arendamine jõudis uude peatükki.
1. Titaananoodi valmistamise meetod
(1) Termilise lagunemise meetod
Termilise lagunemise meetod on metalloksiidi orgaanilise lahuse või vesilahuse ühtlane kandmine eelnevalt töödeldud substraadi pinnale ja seejärel madalal temperatuuril kuivatamine, kõrgel temperatuuril oksüdeerimine ja muud protsessid, et saada vajalik oksiidkile. Selle meetodi eelised on lihtsad seadmed ja protsess, reguleeritav katte paksus ning paljude pragude teke anoodi pinnale, mis suurendab katte eripinda ja parandab anoodi katalüütilist aktiivsust. Puuduseks on see, et katte pinnale on kerge tekkida sügavaid pragusid nagu mudapraod ja katet on kerge maha kukkuda.
(2) Sool-geel meetod
Sool-geel meetod seisneb metallioksiidi või hüdroksiidi osakestega, mis on lahustatud metallide orgaaniliste ühendite lahuses, valmistamine ühendite hüdrolüüsi ja polümerisatsiooni teel ning seejärel teatud ruumilise struktuuriga geeli genereerimine läbi mitmete füüsikaliste või keemiliste reaktsioonide. . , saab vajaliku metalloksiidi nanokile saada madalal temperatuuril kuivatamise ja kõrgel temperatuuril paagutamise teel. Eeliseks on see, et kattest sadestuvad nanoosakesed, terad on väikesed ja kate on tihe. Puuduseks on see, et valmistamisprotsess on keeruline ja aeganõudev.
(3) Elektrosadestamise meetod
Elektrosadestamise meetod seisneb selles, et eeltöödeldud substraat asetatakse anoodina metallisoola galvaniseerimislahusesse ja kasutatakse katoodina roostevaba terast. Pärast konstantse voolu mõjul teatud perioodilist elektrosademist saadakse substraadi pinnale metalloksiidkile.
Elektrosadestamise meetodil on pehmed ettevalmistustingimused, tugevam sidumisjõud aluspinna ja katte vahel ning see on tööstuslikuks tootmiseks kõige lootustandvam. Ettevalmistusprotsess on aga keeruline, sellel on palju mõjutegureid ja kulub palju energiat.
(4) Magnetroni pihustusmeetod
Magnetroni pihustusmeetod on argooni atmosfääris, kõrgsagedusliku ja kõrgepinge elektrivälja toimel moodustunud suure energiaga gaasiioonivoog pommitab sihtpinda ning sihtpinnal olevad aatomid pihustatakse välja ja sadestatakse. substraadi pinnale.
Õhukese kilematerjali valmistamise meetod. Selle meetodi eeliseks on see, et saadud kattekihil on suurem tihedus, tugevam sidumisjõud aluspinna ja katte vahel ning anoodi eluiga on oluliselt paranenud. Kasutatavad seadmed on aga kallid ja neid on raske suures mahus rakendada.
Titaanipõhiste metalloksiidanoodide valmistamismeetodite hulka kuuluvad lisaks ülaltoodud neljale põhilisele valmistamismeetodile ka CVD, PVD, pihustustermiline lagundamine jne. Termiline lagundamine on kõige levinum meetod titaanipõhiste tina-antimoni anoodide valmistamiseks. Protsess on lihtne, seadmeid on lihtne kasutada ning kattekomponendid on täpsed ja juhitavad. See sobib eriti hästi üldisteks laboriuuringuteks.
2. Mitmed tavaliselt kasutatavad titaananoodi klassifikatsioonid
Titaananoodi katte valik määrab elektrokeemilise reaktsiooni protsessi, st selle, kas elektrokeemilise reaktsiooni tüüp on hapniku eraldumise reaktsioon või kloori eraldumise reaktsioon ja lagunemispõhimõte on otsene lagunemine või kaudne lagunemine. Katte struktuuril ja keemilisel koostisel on otsustav mõju elektrokeemilisele reaktsioonile. Praegu hõlmavad mitmete tavaliselt kasutatavate titaananoodide uuringud peamiselt Ir02/Ti seeriat, Ru02/Ti seeriat, Pb02/Ti seeriat, Sn02/Ti seeriat jne.
Ir02 /Ti anood on hapniku eraldumise anood. Seadme lr02-ga kaetud titaananoodi aktiivne kiht on kasutamise ajal kergesti eemaldatav ja anoodil on lühike kasutusiga. Tavaliselt on modifikatsiooniuuringute jaoks vaja lisada veel mõned komponendid. Iriidium on väärismetalli element ja on suhteliselt kallis.
Ru02-Ti02/Ti anood on kloori eralduv anood. Sarnaselt iriidiumile on ka ruteenium väärismetalli element ja kallis. Praegu kasutatakse Ru02/Ti seeria anoode peamiselt kloorleelisetööstuses.
Pb02/Ti anoodil on tugev võime lagundada reovees sisalduvat orgaanilist ainet, näiteks mõnda orgaanilist reovett, mida on raske biolagundada. Orgaanilise aine lõplikud lagunemissaadused on C02 ja H20]. Pb02/Ti anoodi kasutatakse peamiselt tugevas happelahuses kroomimisel, tsingi ja vase elektrolüütilisel sulatamisel, reovee puhastamisel, õli-vee eraldamisel jne.
Sn02/Ti anood viitab anoodimaterjalile, mille titaanmaatriksi aktiivseks komponendiks on tinaoksiid. See on paljutõotav mitteväärismetallist titaanil põhinev metalloksiidi anood. SnO2-l on toatemperatuuril kõrge eritakistus, mistõttu ei saa seda otseselt anoodimaterjalina kasutada. Sb doping võib tõhusalt parandada Sn02 juhtivaid omadusi. Sb-oksiidi ja Sn02 vahel moodustub pidev tahke lahus. Sb mängib rolli Sn02 stabiilsuse toetamisel ja parandamisel. Seetõttu saab Sb dopinguga modifitseeritud SnO2 kasutada anoodikattena. Uuringud on tõestanud, et Sb-leegeeritud Sn02. Sb/Ti anoodil on kõrge hapnikueralduse potentsiaal ja tugev ·OH tekkevõime, seega on sellel hea orgaanilise aine elektrokatalüütiline oksüdatsiooni aktiivsus ja seda on laialdaselt kasutatud reoveepuhastuses.
3.Seotud tooted ehisenis
