[发明专利]零阳极电位氢扩散阳极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备零阳极电位氢扩散阳极的方法，属于材料制备技术领 域。

背景技术

用电解沉积的方法从水溶液中提取金属时，例如从H₂SO₄-MeSO₄-H₂O体 系中提取锌、铜、锰、镍等，一般采用合金作(如Pb-0.5～1％，Ag和Pb-4～ 12％，Sn等)为不可溶阳极，其阳极反应是析氧过程，该过程的能耗占电积总电 耗的45～55％。如果阳极电极电位降低到零电位，则电积过程将节能45～55％。

以湿法炼锌为例，电积工序中如以新型零阳极电位阳极-氢扩散阳极(HDA) 替代传统合金(Pb-Ag)阳极，可将析氧阳极反应改变为氢的氧化溶解反应，即阳 极反应由2H₂O-4e＝O₂↑+4H⁺，EO2/OH-θ=1.23V]]>变为H₂-2e＝2H⁺，E^θ＝0.00V，使 电积总反应由Zn²⁺+H₂O＝Zn⁰↓+2H⁺+1/2O₂↑，E^θ＝-1.992V改变为Zn²⁺+H₂→Zn⁰↓+2H⁺，E^θ-0.763V；同时不存在传统阳极导致的O₂超电位(0.5V)。由此， 用氢扩散阳极代替普通阳极可使整个槽电压降低1.83V。硫酸水溶液体系下提取 锌，其槽电压一般为3.2V左右，故新型阳极可降低电积能耗57％，又由于电积 工序占整个湿法炼锌能耗的85％，所以新型阳极的使用可最终可使湿法炼锌能耗 降低48％左右。以零阳极电位氢扩散阳极替代传统合金阳极，其节能意义重大。

当前国内外氢扩散阳极一般采用多层层叠结构，阳极材料为石墨纤维编织 成的炭布，其上浸涂一层贵金属催化剂层，催化剂层之外再涂一层防渗透层， 防渗透层之外再用带微孔的特殊膜覆盖，最后将炭布用树脂粘接在Pb-Ag合金 板(或不锈钢板)基底材料上。上述层叠型氢扩散阳极由于结构特点所限，将催化 层涂覆于炭布上，因而贵金属催化层(Pt催化层占阳极材料成本的90％以上)不能 重复使用，导致阳极成本昂贵。降低阳极材料使用成本，是零阳极电位氢扩散 阳极能否在湿法冶金工业中规模化应用的关键因素之一。开发一种工艺简单、 成本低且性能稳定、满足生产要求的新型阳极，其意义重大。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备零阳极电位氢扩散阳极的新方法，具有制备 工艺简单、催化层可重复使用、制备成本低，微孔可调、阳极理化性能稳定、 可靠的优点。

本发明的技术方案是：阳极由多孔碳层、气体扩散层、气体催化层和反浸 透膜层依次叠压而成，①多孔碳层采用多孔碳作为平板基底主要起到输送氢气 和输送电流的作用，它是由炭黑(BC)、活性炭颗粒(AC)、聚偏氟乙烯粉末(PVDF) 与造孔剂NaCl混合，热压成型，再洗涤去除造孔剂而得到；②气体扩散层是氢 气传递的通道，它由聚四氟乙烯(PTFE)、无水Na₂SO₄和乙炔黑搅拌均匀，加入 无水乙醇使混合物润湿，加聚四氟乙烯乳液使Na₂SO₄溶解造孔，再碾轧成型； ③气体催化层是实现阳极反应的区域，它由活性炭、乙炔黑、聚四氟乙烯和催 化剂混合均匀，加入无水乙醇使混合物润湿，加聚四氟乙烯乳液使混合物搅拌 成团，再碾轧成型；④反浸透膜层的作用是传递H⁺，要求具有一定的机械强度、 抗酸碱腐蚀能力和抗氧化能力，因此它由无水Na₂SO₄和聚四氟乙烯混匀，加乙 醇搅拌成团，再碾轧成型。