电渗析装置中电极材料的选择_郑涛

电渗析装置中电极材料的选择郑涛董泉玉(大连理工大学化工学院)摘要本文对电渗析用电极材料进行了筛选。用CP5型综合腐蚀测试仪的动态极化法测试了几种材料的极化曲线,确定了阴、阳极材料分别为不锈钢和钛涂钌。通过电渗析的除盐实验,证明效果良好。关键词电渗析极化曲线钛涂钌不锈钢电渗析是膜分离技术的一种,它是在直流电场作用下,以电位差为推动力,利用离子交换膜的选择透过性,把电解质中无用的盐类从溶液中分离除去,从而实现产品的浓缩、精制或纯化的目的。电渗析的电极设在膜堆两端,连接直流电源作为电渗析除盐的推动力。电极是电渗析器的主要部件之一,它直接影响电渗析器的正常运行和除盐效果。电渗析器中电极一般应具备以下条件:有良好的化学稳定性和电化学稳定性;导电性能好;机械性能好;便于加工和装卸;原材料价格便宜。在电渗析的生产工艺中,反应电流的阻力除来自膜堆电阻、溶液电阻外,还来自电极反应的极化电阻。这也就是说,要想获得较大的反应电流,就必须选取析氧过电位较小的材料作阳极,选择析氢过电位较小的材料作阴极。在目前的电渗析装置中,大多用钛涂钌电极作为阳极和阴极。钛涂钌是一种耐腐蚀性能和电化学性能都较好的电极,但加工困难,价格较贵。本试验考察了不锈钢、钛、钛涂钌、铂、镍等金属的极化曲线,综合分析了它们的析氢、析氧电位,以及耐腐蚀能力等方面的性质。通过实验,确定了钛涂钌作阳极,不锈钢作阴极的试验方案,并进行了电渗析的除盐实验。1实验方法电渗析脱盐装置中,采用循环式脱盐流程,阴极用氢氧化钠溶液、阳极用硫酸钠溶液。阴、阳极电极反应都是电解水的反应。其中阴极是析氢反应,阳极是析氧反应。阴极:H2O=H++OH-;2H++2eH2阳极:H2O=H++OH-;4OH--4e2H2O+2[O]2H2O+O2在选择电极材料的试验中,使用本试验室自行研制生产的CP5型综合腐蚀测试仪,进行动态极化,通过微机软件控制给出信号,经CP5向研究对象发出恒电位扫描信号,然后把结果汇总到计算机,并利用软件直接绘图计算,得到阴、阳极极化曲线。其工作原理就是由参比电极、辅助电极、研究电极构成的三电极两回路测量体系,其测试工作原理如图1所示。图1用恒电位仪测量极化曲线的线路—42—第15卷第5期全面腐蚀控制DOI:10.13726/j.cnki.11-2706/tq.2001.05.010其中参比电极用饱和甘汞电极,辅助电极为铂电极,溶液分别为0.3mol/l、0.2mol/l、0.1mol/l硫酸钠溶液。实验中发现,硫酸钠的浓度对极化曲线的影响不大。在实际的电渗析操作中,随着电极反应的进行,阳极液的酸性逐渐增加,阴极液的碱性逐渐增加。在电极材料的选择极化曲线操作试验中,我们最终选择了0.1mol/l的硫酸钠作为电解液。2实验结果与讨论用上述实验方法测得的几种金属材料的极化曲线如图2所示。介质:0.1mol/l硫酸钠温度:25℃极化速度:240mV/min■-不锈钢,试样面积:1cm2★-钛,试样面积:4cm2◆-钛涂钌,试样面积:6cm2×-镍,试样面积:1.4cm2图2四种金属材料的极化曲线由图2可以看出,几种材料的阳极极化曲线相差很大。钛涂钌电极具有稳定的较低的析氧电位,为1.1V左右;镍的曲线很不稳定;钛在极化范围内却看不到有析氧现象。不锈钢有明显的钝化倾向,这说明不锈钢作阳极时,硫酸根对不锈钢的氧化膜有一定的保护作用,但只限于电流密度较小的情况下。试验中当电流密度为1A/dm2时,不锈钢就已发生严重的腐蚀失重现象,而本试验的极限电流密度要达到5A/dm2左右,因此不能用不锈钢作阳极。由试验得到的几种材料的阴极极化曲线相差不大,从电化学角度看,均可作为阴极使用。考虑到不锈钢原料的易得和易加工,在实际的电渗析除盐实验中,我们尝试用不锈钢作阴极,钛涂钌作阳极进行了去除硫酸根的实验。其中电极为平板式,面积均为2dm2,脱盐时间累计达100小时以上,实验结果良好,脱盐率达到99%以上,阴、阳电极均无腐蚀现象发生。说明钛涂钌作阳极、不锈钢作阴极在此实验条件下是可行的。另外,在相同的电位下,我们还做了以钛涂钌作阳极,以钛作阴极和以钛作阳极,以钛涂钌作阴极的试验。发现所获得的电流前者的要比后者的大上百倍。这进一步说明氧在钛涂钌上的析出过电位要比在钛上的小得多。3结论通过对几种金属材料的极化曲线的考察,确定了用钛涂钌作为阳极,用不锈钢作为阴极进行电渗析的除盐实验工艺,方案是可行的。参考文献1.霍春光.金属阳极涂层的析氧电位,氯碱工业,1996(8)∶302.陈康宁.金属阳极,东北师范大学出版社,19893.邵刚.膜法水处理技术,冶金工业出版社,2000(上接第35页)3.2ST98型缓蚀剂为实际无毒级药剂,易分散于水或稀酸中,溶于水后无臭味,使用方便。3.3ST98型缓蚀剂具备较强的洗净效果,清洗后的铜