CN102560561A - Dsa电极及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种DSA电极及其制作方法。DSA电极由金属基体、中间保护层和表面活性涂层构成；金属基体选自金属Ti、金属Ta或表面覆Ta的金属复合材料中的一种；中间保护层由铂族金属氧化物与其它金属氧化物组成的多元化合物构成；表面活性涂层由IrO2·Ta2O5构成。DSA电极的制作方法包括基体的处理、中间保护层的制备和表面活性涂层的制备。采用本发明的方法制作的DSA电极，其平均使用寿命较传统的钛基铂族金属氧化物涂层电极提高1倍，析氧过电势下降约5％。特别是中间保护层的制备，阻止了表面活性涂层内部生成的O2向Ti基体表面的扩散，降低了对Ti基体的钝化作用，同时与金属基体和表面活性涂层的结合比较紧密，极大地提高了电极的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电解技术，尤其涉及一种在金属电解精练、金属电镀领域、电解铜箔行业及其他电解工业广泛应用的DSA电极及其制作方法。
背景技术
电解工业上的规模化生产，决定其生产成本的关键因素在于电解生产的能量效率。在固定的生产电流下，不考虑电解槽内的二次反应，其能量效率用下式简单表示：
η＝U1/U
其中η为能量效率，U1为理论分解电压，U为实际槽电压。
由上可知，降低电解过程的实际槽电压，可以提高电解的能量效率。因此，降低电极-溶液界面的过电势是提高能量效率的有力手段。
与传统的石墨电极和Pb电极相比，DSA阳极过电势较低，寿命较长，在氯碱工业和电解铜箔行业得到了很好的推广。氯碱工业主要使用析氯DSA电极，而电解铜箔行业主要使用析氧DSA电极。
在电解铜箔行业，析氧DSA电极的催化涂层采用昂贵的铂组金属Ir的氧化物，成本较高，加之涂层和基体之间的结合不好，容易脱落和钝化。这些因素成为限制其应用的主要障碍。
发明内容
本发明的目的，就是为了提供一种DSA电极及其制作方法，以解决DSA阳极的基体钝化和涂层脱落问题，并提高电极的使用寿命。
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种DSA电极，由金属基体、中间保护层和表面活性涂层构成；金属基体选自金属Ti、金属Ta或表面覆Ta的金属复合材料中的一种；中间保护层由铂族金属氧化物与其它金属氧化物组成的多元化合物构成；表面活性涂层由IrO2·Ta2O5构成。
所述的金属基体为金属Ti，所述的中间保护层由Ta2O5·TiO2构成。
上述DSA电极的制作方法，包括以下步骤：
A、基体的处理
将金属基体经酸洗、喷沙、打磨，得到粗糙、洁净的基体表面；
B、中间保护层的制备
将定量的Ta(OC4H9)5和Ti(OC4H9)4溶于C4H9OH配制成Ta、Ti混合有机溶液，并控制其中Ta的浓度为40-60g/L，Ta∶Ti的摩尔比为9～1∶1；
将上述Ta、Ti混合有机溶液均匀涂布在粗糙、洁净的基体表面，然后焙烧结膜，如此重复涂布-焙烧多数，形成与基体表面结合紧密的Ta2O5·TiO2中间保护层；
C、表面活性涂层的制备
将定量的IrCl3和Ta(OC4H9)5溶于C4H9OH配制成Ir、Ta混合有机溶液，并控制其中Ir的浓度为50-100g/L，Ir∶Ta的摩尔比为9～1∶1～9；
将Ir、Ta混合有机溶液均匀涂布在中间保护层的表面，然后焙烧结膜，如此重复涂布-焙烧多数，形成与中间保护层表面结合紧密的IrO2·Ta2O5表面活性涂层。
步骤A中所述的金属基体的厚度为25-45mm，形状尺寸与电镀设备的形状尺寸相适配。
步骤A中所述的酸洗是将金属基体放入重量百分浓度为7-15％的草酸溶液中浸煮2-4小时。
步骤B和步骤C中所述的焙烧是将涂布后的基体置于电炉内缓慢加热至500-550℃，然后在500-550℃下焙烧10-20min。
步骤B中所述的涂布-焙烧次数为2～10次，每次的涂布量为80ml/m2。
步骤C中所述的涂布-焙烧次数为8～15次，每次的涂布量为20～80ml/m2。
本发明的DSA电极及其制作方法由于采用了以上技术方案，使其与现有技术相比，具有以下的优点和特点：
1、中间保护层的存在，使活性涂层与基体分开，避免渗入表层裂纹内的酸性溶液和O2扩散将基体氧化，失去良好的导电性。
2、先进的中间保护层和表面活性涂层的制备工艺，使中间层和表层晶粒尺寸均匀，晶粒大小适中，结合界面两侧的金属元素进行了良好的扩散，避免了局部过大的浓度梯度，既阻止了O2向基体的扩散，又保证了界面的结合强度，同时还保证了中间薄层良好的导电性。
3、先进的中间保护层制备工艺和中间层配方相结合，使中间层与基底结合紧密，不易脱落。
4、由于中间保护层的存在，在不影响使用寿命和催化活性的前提下，表面活性涂层的厚度可大幅降低，从而使贵金属Ir的用量减少，极大地降低了电极的生产成本。
附图说明
图1是本发明中的DSA电极的剖视结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明DSA电极，由金属基体1、中间保护层2和表面活性涂层3构成。其中的金属基体选自金属Ti、金属Ta或表面覆Ta的金属复合材料中的一种；中间保护层由铂族金属氧化物与其它金属氧化物组成的多元化合物构成；表面活性涂层由IrO2·Ta2O5构成。
本发明DSA电极的较佳构成是，以金属Ti为基体，以Ta2O5·TiO2作中间保护层，以IrO2·Ta2O5作表面活性涂层。
本发明DSA电极的制作方法，以制备电解铜箔生箔机用DSA电极为例，步骤如下：
选用钛板长1575mm，宽1000mm，厚40mm，加工成半径为1000mm的弧形。
对钛基体表面打磨后，进行喷砂处理，使表面的固态污渍和锈迹磨损。然后，使用清洁剂洗涤，去除油污，得到表面粗糙、洁净的基体1。
将处理好的钛基体放入10％的草酸溶液中浸煮2小时，使钛基体表面粗糙化。然后，用蒸馏水反复洗净，干燥。
配置Ta、Ti化合物混合有机溶液。将Ta(OC4H9)5和Ti(OC4H9)4，以Ta∶Ti的摩尔比为4∶1溶于C4H9OH形成溶液，其中Ta的浓度约为50g/L。
将上述溶液均匀涂布在基体表面，涂布量约为80ml/m2，将涂布好的Ti板置于电炉内缓慢加热至500-550℃，然后焙烧10-20min。
重复涂布-焙烧约4-6次，制得中间保护层2。
配置Ir、Ta混合有机溶液。将IrCl3和Ta(OC4H9)5，以Ir∶Ta的摩尔比为4∶1溶于C4H9OH形成混合溶液，其中Ir的浓度约为50-100g/L。
将上述溶液均匀涂布在基体表面，涂布量约为40ml/m2，将涂布好的Ti板置于电炉内缓慢加热至500-550℃，然后焙烧10-20min。
重复涂布-焙烧约10-15次，制得表面活性涂层3。
完成DSA电极的制作。
Claims (8)
1.一种DSA电极，其特征在于：由金属基体、中间保护层和表面活性涂层构成；金属基体选自金属Ti、金属Ta或表面覆Ta的金属复合材料中的一种；中间保护层由铂族金属氧化物与其它金属氧化物组成的多元化合物构成；表面活性涂层由IrO2·Ta2O5构成。
2.如权利要求1所述的DSA电极，其特征在于：所述的金属基体为金属Ti，所述的中间保护层由Ta2O5·TiO2构成。
3.如权利要求1所述的DSA电极的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、基体的处理
将金属基体经酸洗、喷沙、打磨，得到粗糙、洁净的基体表面；
B、中间保护层的制备
将定量的Ta(OC4H9)5和Ti(OC4H9)4溶于C4H9OH配制成Ta、Ti混合有机溶液，并控制其中Ta的浓度为40-60g/L，Ta∶Ti的摩尔比为9～1∶1；
将上述Ta、Ti混合有机溶液均匀涂布在粗糙、洁净的基体表面，然后焙烧结膜，如此重复涂布-焙烧多数，形成与基体表面结合紧密的Ta2O5·TiO2中间保护层；
C、表面活性涂层的制备
将定量的IrCl3和Ta(OC4H9)5溶于C4H9OH配制成Ir、Ta混合有机溶液，并控制其中Ir的浓度为50-100g/L，Ir∶Ta的摩尔比为9～1∶1～9；
将Ir、Ta混合有机溶液均匀涂布在中间保护层的表面，然后焙烧结膜，如此重复涂布-焙烧多数，形成与中间保护层表面结合紧密的IrO2·Ta2O5表面活性涂层。
4.如权利要求3所述的DSA电极的制作方法，其特征在于：步骤A中所述的金属基体的厚度为25-45mm，形状尺寸与电镀设备的形状尺寸相适配。
5.如权利要求3所述的DSA电极的制作方法，其特征在于：步骤A中所述的酸洗是将金属基体放入重量百分浓度为7-15％的草酸溶液中浸煮2-4小时。
6.如权利要求3所述的DSA电极的制作方法，其特征在于：步骤B和步骤C中所述的焙烧是将涂布后的基体置于电炉内缓慢加热至500-550℃，然后在500-550℃下焙烧10-20min。
7.如权利要求3所述的DSA电极的制作方法，其特征在于：步骤B中所述的涂布-焙烧次数为2～10次，每次的涂布量为80ml/m2。
8.如权利要求3所述的DSA电极的制作方法，其特征在于：步骤C中所述的涂布-焙烧次数为8～15次，每次的涂布量为20～80ml/m2。
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