Электрод для электрохимических процессов

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ(71) Заявитель Белорусский государственный технологический университет(57) Электрод для электрохимических процессов, содержащий титановую основу и активное покрытие из диоксида олова, легированного сурьмой, отличающийся тем, что активное покрытие дополнительно содержит диоксид марганца при следующем соотношении компонентов в пересчете на металл, ат. олово 84.5 - 92,3 сурьма 7,0 - 15,0 марганец 0,5 - 0,7.(56) 1. с , . 34, 1989.- 6.-Р. 811-822. 2. Электрохимия.-Т. 24.-1988.- 4.-С. 442-447. 3. Патент Швейцарии 671408, МПК С 25 11/04, 1989 (прототип). Изобретение относится к области технической электрохимии, в частности, к изготовлению анодов из диоксида олова на основе из титана. Известны электроды, содержащие основу из титана и нанесенного на нее слоя оксида неблагородного металла (свинца, кобальта, марганца) либо композиций на их основе. Эти электроды используются при электролизе кислых сред в качестве анодов. Недостатком данных электродов является высокая скорость коррозии в присутствии нитрат- и нитритионов, и резкое увеличение скорости их коррозии при введении в раствор восстановителя 1, 2. Наиболее близким к заявляемому электроду по технической сущности и достигаемому результату является диоксидоловянный электрод на титановой основе, активное покрытие которого содержит оксиды сурьмы 3. Недостатком данного электрода является высокое перенапряжение анодных реакций, что приводит к значительным энергетическим затратам. Задачей предполагаемого изобретения является снижение энергозатрат при электролизе азотнокислых сред, растворов, содержащих восстановители, растворов с высоким содержанием нитрат- и нитрит-ионов без использования благородных металлов при сохранении высокой коррозионной стойкости электродного материала. Для достижения поставленной задачи предложен электрод для электрохимических процессов, содержащий титановую основу и активное покрытие из диоксида олова, легированного сурьмой, и которое дополнительно содержит диоксид марганца при следующем соотношении компонентов активного покрытия, ат. по металлу олово 84.5-92.3 сурьма 7.0-15.0 марганец 0.5-0.7. Известно использование диоксида марганца в качестве электродного материала, а также для создания композиционных анодов с покрытием оксид кобальта - диоксид марганца. 2485 1 Из литературных источников неизвестно использование диоксида марганца в электрокаталитическом диоксидоловянном покрытии, легированном сурьмой, с целью снижения энергозатрат при электролизе азотнокислых сред, растворов, содержащих восстановители, растворов с высоким (до 3 моль/л) содержанием нитрат- и нитритионов без использования благородных металлов при сохранении высокой коррозионной стойкости электродного материала, и нами предлагается впервые. Изобретение поясняется выполнением конкретных примеров. Пример 1. Образец титановой фольги толщиной 0.5 мм, прошедшей пескоструйную обработку, подвергают травлению в 1 М щавелевой кислоте при температуре 90-100 С в течение 30 мин. На подготовленную таким образом основу наносят слой диоксида олова с добавлением оксидов сурьмы и марганца. Для этого готовят раствор, соотношение компонентов по металлу в котором равно соотношению компонентов в требуемом покрытии, причем концентрация олова в растворе 2-4 моль/л. Например, для получения покрытия состава, ат. по металлу (образец 1, таблица) олово 88.4 сурьма 11.0 марганец 0.6,необходимо приготовить раствор следующего состава г/л хлорид олова 1041.0 (кристаллогидрат)сурьмы 114.0 хлорид марганца 3.8. В качестве растворителя используют изопропиловый спирт, так как водные растворы неустойчивы при хранении. Компоненты растворяют последовательно в объеме растворителя, равном 2/3 от требуемого объема раствора. Если хлорид олова вводится в раствор в виде кристаллогидрата, то необходимо слабое нагревание (40-60 С) раствора. При использовании безводного хлорида олова требуется интенсивное охлаждение и перемешивание раствора. Кроме того, к начальному объему растворителя добавляют дистиллированную воду в количестве 1/10 требуемого объема раствора. В случае помутнения раствора вследствие гидролиза солей добавляют концентрированной соляной кислоты в количестве, необходимом для растворения образовавшихся гидроксосоединений. Избыток соляной кислоты приводит к уменьшению толщины наносимого активного покрытия и ухудшает эксплуатационные характеристики материала. Полученный раствор наносят кистью либо окунанием на поверхность титановой основы, подсушивают при 90-120 С и подвергают терморазложению при 600-650 С в течение 0.5-1 мин. Для получения покрытия толщиной 15-20 мкм таким образом наносят 30 слоев покрытия средний расход раствора составляет 5 л/м 2. Изготовленный электрод подвергался испытаниям на коррозионную стойкость и на величину анодного потенциала. Условия испытаний 1 М НО 3 при температуре 20 С и анодной плотности тока 500 А/м 2. Результаты испытаний электродов, полученных аналогичным примеру 1 способом, но с изменением соотношений компонентов в активном покрытии, сведены в таблицу. Для сравнения приведены аналогичные сведения для гладких платиновых электродов. Значения показателя коррозии определялись в интервале 2028 час от начала электролиза. 2485 1 На основании данных таблицы можно вывести составы с оптимальным соотношением величин скорости коррозии и потенциала электрода показатель коррозии не выше 2.210-3 мг/см 2 ч, и потенциал не более 2.2 В. Как видно, введение марганца свыше 0.7 ат. не приводит к значительному снижению потенциала анода при данной плотности тока, увеличивая, однако, скорость коррозии более чем в 5 раз оптимальным является интервал содержаний сурьмы в активном покрытии 7.0-15.0 ат., отклонения также сопровождаются многократным увеличением коррозионных потерь. Введение в раствор, подвергаемый электролизу, восстановителей приводит к не более чем двукратному увеличению скорости коррозии. Данные получены на примере таких веществ, как гидразин (5 г/л), муравьиная кислота (30 г/л), щавелевая кислота (20 г/л) в вышеуказанных условиях испытаний. Это является удовлетворительным для малоизнашиваемых анодов на основе оксидов неблагородных металлов. Таким образом, предлагаемый электрод позволяет снизить на 0.34-0.53 В потенциал электрода, по сравнению с известным диоксидоловянным электродом на титановой основе, и приблизительно на 0.1 В - по сравнению с электродами из гладкой платины при электролизе сильнокислых сред, растворов, содержащих восстановители и растворов с высоким содержанием нитрат- и нитрит-ионов, кроме того, скорость коррозии активного покрытия толщиной 20 мкм обеспечивает до 10000 час стабильной работы электрода в приведенных условиях. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.