[发明专利]一种电渗析用复合电极、其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于电渗析技术领域，涉及一种电渗析用复合电极、其制备方法和 用途，尤其涉及一种具有低析氢过电位与低析氧过电位的电渗析用复合电极、 其制备方法及其用途。

背景技术

电渗析是膜分离过程中较为成熟的一项技术，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。电渗析除了广泛地 应用于苦咸水脱盐、食品、医药及化学工业中外，还有许多其他的工业应用， 如工业废水的处理，主要包括从酸液清洗金属表面所形成的废液中回收酸和金 属；从合成纤维废水中回收硫酸盐；从电镀废水中回收重金属离子；从纸浆废 液中回收亚硫酸盐等。电渗析的电极设在膜堆两端，连接直流电源作为电渗析 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，寿命长，机械性能好，便于加工和装卸，原材料价格便宜， 具有良好的电催化性能等。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，很大一部分还来自电极反应的极化电阻。这意味着，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。钛涂钌电极具有寿命长，催化活性高，耐腐蚀性能强，排流量大等 优点，国内目前使用的钛涂钌电极的寿命一般为3～5年，最长的超过10年。 但是钌是铂系金属，主要储藏在铱锇矿中，我国钌资源缺少，基本依靠进口， 限制了钛涂钌电极在我国的应用。另一方面，钛涂钌电极的制备工艺比较繁琐 复杂，涂层需要多次印刷并后续高温煅烧。因此，寻找能替代钛涂钌电极的电 极材料或者大大减少钌的用量是当前电渗析领域共同面临的一大挑战。

胡筱敏等报道了采用电沉积法和涂刷热分解法制备钛基二氧化铅阳极 (Ti/PbO₂)、钛基锡锑金属氧化物涂层阳极(Ti/SnO₂-Sb₂O₃)和带有锡锑金属氧化 物中间层的改性钛基二氧化铅阳极(Ti/SnO₂-Sb₂O₃/PbO₂)，研究发现制备的三种 电极的电渗析处理盐酸酸洗废水效果均明显优于传统石墨阳极， Ti/SnO₂-Sb₂O₃/PbO₂阳极的处理效果最好(安全与环境学报，2012，12(6)， 53-56)。但是，本报道中的三种电极的析氧过电位仍较高，电极反应的极化电 阻大，导致电渗析效率相对较低。

王福生等人报道了以钛涂钌电极和钛基二氧化铅电极作为阳极，不锈钢作 为阴极，进行了电解法制备次磷酸的实验研究，并对两种电极的性能进行了综 合比较。研究发现钛涂钌电极析氧电位低，电催化性能良好，获得的产品浓度 及产品电流效率都略高于钛基二氧化铅，但是钛涂钌电极的制备原料价格昂 贵，且钛涂钌电极制备工艺繁琐；而钛基二氧化铅电极虽然在获得产品的浓 度、产品电流效率、耐腐蚀性等方面都接近于钛涂钌电极，但是钛基二氧化铅 电极的析氧电位较高，电极反应的极化电阻大，电渗析效率低(南开大学学报 (自然科学版)，2004，37(1)，7-10)。