Elektrotlar esas olarak birincil akü sistemindeki pozitif ve negatif elektrotları ve elektrolitik hücre sistemindeki katot ve anot malzemelerini ifade eder. Akımın akış yönüne göre ayrılır: Giriş akımının bir ucu anot, çıkış akımının ucu ise katot olarak adlandırılır.
Anottaki reaksiyonun türüne göre ayırt edilirse: oksidasyon reaksiyonunun meydana geldiği anot ve indirgeme reaksiyonunun meydana geldiği katot. Elektrokimyasal reaksiyon sisteminin temel bileşeni olan anot malzemesinin reaksiyon hızı, reaksiyon mekanizması ve reaksiyon prosesi sırasındaki enerji tüketimi üzerinde önemli bir etkisi vardır. Bu nedenle, enerji sıkıntısı ve zor atık su arıtımı bağlamında, yeni yüksek performanslı anot malzemelerinin geliştirilmesi, endüstriyel üretim için önemli teorik öneme ve ekonomik değere sahiptir.
Elektrokimyasal reaksiyon sisteminde, indirgeme reaksiyonu esas olarak katotta meydana gelir, dolayısıyla katot malzemelerine yönelik gereksinimler çok katı değildir. Anot malzemesi esas olarak reaksiyon prosesi sırasında bir oksidasyon reaksiyonuna uğrar, bu da anot malzemesinin kolayca kaybolmasına ve katot malzemesinden daha sık değiştirilmesine neden olur. Mükemmel performansa sahip anot malzemelerinin iyi elektriksel iletkenlik, yüksek katalitik aktivite, iyi stabilite ve belirli mekanik dayanım gibi gereksinimleri karşılaması gerekir. Yukarıdaki özelliklere sahip anot malzemelerinin nasıl geliştirilebileceği yerli ve yabancı bilim adamları tarafından sıcak bir araştırma konusu haline gelmiştir.
Elektroliz endüstrisinin sürekli gelişimi, anot malzemelerinin ilerlemesini ve gelişmesini desteklemiştir. EG Acheson, 1896 yılında elektrotermal kristalizasyon yöntemini kullanarak yapay grafiti başarıyla üretmiş ve elektrolitik tuz endüstrisinde endüstriyel üretim gerçekleştirmiştir.
Bir anot malzemesi olarak, grafit anodun uzun vadeli endüstriyel uygulaması sırasında aşağıdaki eksikliklere sahip olduğu bulunmuştur: elektrolit asidik olduğunda, elektrokatalitik bozunma sürecine bir oksijen oluşum reaksiyonu eşlik eder ve karbon malzemesi kolayca oksitlenir, bu da sonuçta ortaya çıkar. Grafitte Anot malzemesi genişler, deforme olur, düşer ve cüruf haline gelir; diğer bir dezavantaj ise karbon malzemenin yüksek sıcaklık direncinin zayıf olması ve mekanik mukavemetinin zayıf olması ve işleme ve taşıma sırasında kırılabilmesidir. Bu nedenle insanlar endüstriyel gelişimin ihtiyaçlarını karşılamak için grafit anotların yerini alacak metal anotlar arıyorlar. Metal anotlarla ilgili en büyük sorun anodun pasivasyonudur. Pasivasyon filmlerinin yüzeyde kolayca oluşması, demir anotlar ve bakır anotlar gibi metal anotların katalitik aktivitesinin azalmasına ve hatta aktivitesini kaybetmesine neden olur. Platin anotlar yüksek elektrokatalitik aktiviteye ve yüksek akım verimliliğine sahiptir, ancak platin metali pahalıdır ve bu da uygulama kapsamını sınırlamaktadır. 1948 yılında titanyum metalinin hazırlanmasında büyük bir atılım yapıldı ve endüstriyel üretime geçildi. Bu esas olarak Amerika Birleşik Devletleri'nden Dr. W. Claure'un magnezyum termal indirgeme yöntemi ve titanyum süngerin başarılı bir şekilde hazırlanmasıyla icadına atfedildi. Yeni anotların hazırlanmasında anot temel malzemesi olarak titanyumun kullanılması mümkündür. 1959'da araştırmacılar yeni bir konsept önerdiler: yeni bir metal anot geliştirmek için temel malzeme olarak titanyum metali ve aktif katman olarak metal oksidi kullanmak. 1968 yılında İtalyan şirketi DeNora, H.Beer'in rutenyum-titanyum kaplı anotlarının sanayileştirilmesine öncülük etti ve titanyum anotların geliştirilmesinde yeni bir sayfa açıldı.
1. Titanyum anotun hazırlanma yöntemi
(1)Termal ayrışma yöntemi
Termal ayrışma yöntemi, organik çözeltiyi veya sulu metal oksit çözeltisini ön işleme tabi tutulmuş substratın yüzeyine eşit şekilde uygulamak ve daha sonra gerekli oksit filmini elde etmek için düşük sıcaklıkta kurutma, yüksek sıcaklıkta oksidasyon ve diğer işlemlere tabi tutmaktır. Bu yöntemin avantajları basit ekipman ve proses, kontrol edilebilir kaplama kalınlığı ve anot yüzeyinde çok sayıda çatlak oluşması, bu da kaplamanın spesifik yüzey alanını arttırır ve anodun katalitik aktivitesini geliştirir. Dezavantajı ise kaplama yüzeyinde çamur çatlakları gibi derin çatlakların kolaylıkla oluşması ve kaplamanın kolayca düşmesidir.
(2) Sol-jel yöntemi
Sol-jel yöntemi, bileşiklerin hidrolizi ve polimerizasyonu yoluyla metal organik bileşiklerin bir çözeltisi içinde çözünmüş metal oksit veya hidroksit parçacıklarıyla bir sol hazırlamak ve daha sonra bir dizi fiziksel veya kimyasal reaksiyonla belirli bir uzaysal yapıya sahip bir jel oluşturmaktır. . Gerekli metal oksit nanofilmi, düşük sıcaklıkta kurutma ve yüksek sıcaklıkta sinterleme yoluyla elde edilebilir. Avantajı, nanopartiküllerin kaplamadan çökelmesi, taneciklerin küçük olması ve kaplamanın yoğun olmasıdır. Dezavantajı ise hazırlama sürecinin karmaşık ve zaman alıcı olmasıdır.
(3) Elektrodepozisyon yöntemi
Elektrobiriktirme yöntemi, ön işleme tabi tutulmuş substratı bir metal tuzu elektrokaplama çözeltisine anot olarak yerleştirmek ve katot olarak paslanmaz çelik kullanmaktır. Sabit bir akımın etkisi altında bir süre elektrokaplamadan sonra, alt tabakanın yüzeyinde bir metal oksit filmi elde edilir.
Elektrobiriktirme yöntemi, hafif hazırlama koşullarına, alt tabaka ile kaplama arasında daha güçlü bir bağlanma kuvvetine sahiptir ve endüstriyel üretim için en umut verici yöntemdir. Ancak hazırlama süreci karmaşıktır, birçok etkileyici faktöre sahiptir ve büyük miktarlarda enerji tüketir.
(4)Magnetron püskürtme yöntemi
Magnetron püskürtme yöntemi, argon atmosferinde, yüksek frekanslı ve yüksek voltajlı bir elektrik alanının etkisi altında, oluşan yüksek enerjili gaz iyon akışı hedef yüzeyi bombardıman eder ve hedef yüzeydeki atomlar püskürtülür ve biriktirilir. Substrat yüzeyinde.
İnce film malzemesinin hazırlanma yöntemi. Bu yöntemin avantajı, ortaya çıkan kaplamanın daha yüksek bir yoğunluğa sahip olması, alt tabaka ile kaplama arasında daha güçlü bir bağlanma kuvvetine sahip olması ve anodun ömrünün büyük ölçüde artmasıdır. Ancak kullanılan ekipmanlar pahalıdır ve büyük ölçekte uygulanması zordur.
Yukarıdaki dört ana hazırlama yöntemine ek olarak, titanyum bazlı metal oksit anotların hazırlama yöntemleri arasında CVD, PVD, sprey termal ayrıştırma vb. de yer alır. Termal ayrıştırma yöntemi, titanyum bazlı kalay-antimon anotların hazırlanmasında en yaygın yöntemdir. İşlem basittir, ekipmanın kullanımı kolaydır ve kaplama bileşenleri hassas ve kontrol edilebilirdir. Özellikle genel laboratuvar araştırmaları için uygundur.
2. Yaygın olarak kullanılan çeşitli titanyum anot sınıflandırmaları
Titanyum anottaki kaplamanın seçimi, elektrokimyasal reaksiyon sürecini, yani elektrokimyasal reaksiyon tipinin oksijen oluşum reaksiyonu mu yoksa klor oluşum reaksiyonu mu olduğunu ve bozunma ilkesinin doğrudan bozunma mı yoksa dolaylı bozunma mı olduğunu belirler. Kaplamanın yapısı ve kimyasal bileşimi, elektrokimyasal reaksiyon üzerinde belirleyici bir etkiye sahiptir. Şu anda, yaygın olarak kullanılan çeşitli titanyum anotlar üzerine yapılan araştırmalar temel olarak Ir02/Ti serisi, Ru02/Ti serisi, Pb02/Ti serisi, Sn02/Ti serisi vb.'yi içermektedir.
Ir02 /Ti anodu bir oksijen evrimi anotudur. Ünite lr02 kaplı titanyum anotun aktif katmanı kullanım sırasında kolayca soyulabilir ve anodun kullanım ömrü kısadır. Modifikasyon araştırması için genellikle başka bileşenlerin eklenmesi gerekir. İridyum değerli bir metal elementtir ve nispeten pahalıdır.
Ru02-Ti02/Ti anodu bir klor evrim anotudur. İridyum gibi rutenyum da değerli bir metal elementtir ve pahalıdır. Şu anda Ru02/Ti serisi anotlar çoğunlukla klor-alkali endüstrisinde kullanılmaktadır.
Pb02/Ti anot, biyolojik olarak parçalanması zor olan bazı organik atık sular gibi atık sudaki organik maddeleri parçalama konusunda güçlü bir yeteneğe sahiptir. Organik maddenin son bozunma ürünleri C02 ve H20'dir. Pb02/Ti anot esas olarak güçlü asit çözeltisinde krom kaplamada, çinko ve bakırın elektrolitik eritilmesinde, atık su arıtımında, yağ-su ayrımında vb. kullanılır.
Sn02/Ti anot, titanyum matris üzerinde aktif bileşen olarak kalay oksit içeren bir anot malzemesini ifade eder. Gelecek vaad eden asil olmayan metal titanyum bazlı metal oksit anottur. SnO2 oda sıcaklığında yüksek dirence sahip olduğundan doğrudan anot malzemesi olarak kullanılamaz. Doping Sb, Sn02'nin iletken özelliklerini etkili bir şekilde geliştirebilir. Sb oksit ve Sn02 arasında sürekli bir katı çözelti oluşacaktır. Sb, Sn02'nin stabilitesini desteklemede ve geliştirmede rol oynar. Bu nedenle Sb katkısıyla modifiye edilen SnO2 anot kaplaması olarak kullanılabilir. Araştırma Sb-katkılı Sn02'yi kanıtladı. Sb/Ti anot, yüksek bir oksijen oluşum potansiyeli ve güçlü bir ·OH oluşturma yeteneği sergiler, dolayısıyla organik madde için iyi bir elektrokatalitik oksidasyon aktivitesi sergiler ve atık su arıtımı alanında yaygın olarak kullanılır.
3. ehisen'deki ilgili ürünler
