1. مقدمة أنود ثاني أكسيد الرصاص

مع التطور المستمر للصناعة والعلوم والتكنولوجيا ، تظهر مواد الأنود التقليدية بشكل متزايد حدودها. على سبيل المثال، تكلفة البلاتين مرتفعة جداً. مقاومة التآكل من الجرافات في صناعة الكلور والقلويات ونظام تطور الأكسجين ليست مثالية، والقوة هيمنخفضه:أنودات سبائك الرصاص لديها مقاومة التآكل الفقراء، وانخفاض الأداء الكهربائي الحفاز، واستهلاك الطاقة الكبيرة. من متطلبات ما يسمى "المواد الخضراء" مثل توفير الطاقة، والحد من الاستهلاك، وخالية من التلوث، والناس يأملون في العثور على أنود جديدة مع حياة طويلة، وأداء الكهروكيميائي عالية، وليس التلوث الثانوي. في ظل بيئة تطور الأكسجين ، طور الناس قطب ثاني أكسيد الرصاص (PbO₂مركب غير stoichiometric الذي هو نقص في الأكسجين ويحتوي على الرصاص المفرط. لديها أشكال الكريستال متعددة,باستخدام القطب الأنود لإنتاج•PbO₂, التي لديهاالأكسدة، ومقاومة التآكل (استقرار عال في حمض H قوي₂S0₄أو HN0₃)، والإفراط في الأكسجين عالية، الموصلية الكهربائية جيدة، قوة ملزمة قوية، وقدرة قوية على الأكسدة عندما المنحل بالكهرباء في محلول مائي، يمكنتحملتيار كبير، الخ. في الوقت الحاضر ، تم استخدامه على نطاق واسع في مجالات الطلاء الكهربائي ، والصهر ، ومعالجة مياه الصرف الصحي ، وما إلى ذلك ، ولا يمكن استبداله بالعديد من المواد الكهربائية الأخرى (مثل DSA ، الرصاص ، التيتانيومطلاء مع البلاتين).

1.1 أنود ثاني أكسيد الرصاصمميزه

ويستخدم على نطاق واسع في إعداد المنحل بالكهرباء من المواد العضوية المختلفة وفي عملية معالجة مياه الصرف الصحي وإعداد المياه عالية النقاء،نطاق التطبيق واسع.Pb02 لديه مزايا التوصيل الكهربائي ممتازة، تهمة جيدة وتصريف عكس، وانخفاض الأسعار. ويستخدم على نطاق واسع كقطب إيجابي لبطاريات حمض الرصاص. في الوقت الحاضر ، فإن معدل استخدام ثاني أكسيد الرصاص ، والمواد النشطة الإيجابية للبطاريات من الرصاص الحمضية ، ليست عالية ، وعموما لا يتجاوز 50 ٪. إمكانات تطور الأكسجين عالية، عموما 1.75V (نسبة إلى القطب الكالوميل)، ولديه قوة قوية الحدمنالتدهورلـ organicالمواد(COD).

1.2 طبقة قاعيّة من أنود ثاني أكسيد الرصاص

المواد المستخدمة حاليا كطبقة القاع هي: المعادن مجموعة البلاتين وأكاسيدها، أكسيد القصدير الأنتيمون، iridium التنتالوم أكسيد مركب طبقات القاع، الخ، خصائصها هي على النحو التالي: (1) المعادن مجموعة البلاتين وأكاسيدها: الطبقة السفليةحكما الموصلية الكهربائية الجيدة، والتي يمكن أن تحسن إلى حد كبير أداء الترابط من الطلاء والركيزة. (2) أكسيد الأنتيمون القصدير: طبقة أكسيد الأنتيمون القصدير التي تم الحصول عليها عن طريق طريقة التحلل الحراري كثيفة وموحدة. مع هذا underlayer، فإنه من الصعب على المنحل بالكهرباء لاختراق سطح التيتانيوم، ذرات الأكسجين أو 02-. كما يتم حظر نشر الأيونات في مصفوفة التيتانيوم ، وبالتالي تجنب تشكيل Ti02. بالإضافة إلى ذلك ، Ti02 هو واسع النطاق ن من نوع أشباه الموصلات. بعد تعاطي المنشطات مع SB ، استبدل الإلكترون الإضافي في شعرية Sn02 ذرة Sn الخماسية في شعرية Sn02 بإلكترون إضافي يدخل نطاق التوصيل ، مما زاد تركيز الإلكترون بشكل كبير في نطاق التوصيل. ومع ذلك ، عندما يكون Sb أكثر من اللازم ، سيتم زيادة درجة الاضطراب في شعرية sn02 ، وسيتم تقليل الموصلية الكهربائية للsn02. لذلك ، يرتبط محتوى SB بتفوق ودونية الأداء الأساسي. هذه الطبقة السفلية لها أيضا تأثير الحد من الإجهاد الداخلي للطلاء. (3) التيتانيوم-تنتالوم مركب أكسيد طبقة القاع: هذه الطبقة السفلية لديها خصائص الموصلية جيدة، ومقاومة جيدة للتآكل، والنشاط الكهروكيميائي منخفضة. حتى لو تعرضت الطبقة السفلية أثناء عملية التحليل الكهربائي ، لا يحدث رد فعل إلكهار ، لذلك لا توجد مشكلة في أن طبقة الطلاء تقشر بسبب هذا.

1.3 سطح طبقة نشطةمن الرصاصثاني أكسيد الأنود 

يتم إعداد طبقة PbO2 النشطة السطحية بشكل عام بواسطة طريقة وضع أقطاب كهربائية. لديها شكلين الكريستال، α و α، وα-PbO2 لديه مقاومة جيدة للتآكل والموصلية الكهربائية، وعادة ما يستخدم كطبقة نشطة سطح من القطب. ومع ذلك، α-PbO2 لديه قوة ملزمة قوية، والمسافة O-O الذرية بين "الطبقة السفلية" و α-PbO2، والتي يمكن أن تعمل بمثابة الانصهار عازلة، والحد من تشويه القطب وزيادة التقارب بين السطح والطبقة السفلية. لذلك ، في عملية الطلاء الكهربائي ، يمكن إيداع α-type PbO2 تحت ظروف قلوية قوية أولاً ، ويمكن إيداع PbO2 من نوع α تحت ظروف حمضية لتحسين عمر خدمة القطب.

2. تطبيق المجالات من الرصاص ثاني أكسيد ثاني أكسيد التيتانيوم القائم على القطب

تحت بيئة تطور الأكسجين، أقطاب ثاني أكسيد الرصاصهوالمتقدمه النمو. PbO2 هو مركب غير stoichiometric الذي هو نقص في الأكسجين ويحتوي على الرصاص المفرط. لديها مجموعة متنوعة من أشكال الكريستال. التآكل (استقرار أعلى في حمض قوي H2S04 أو HN03)، وارتفاع الأكسجين المفرط، الموصلية الكهربائية جيدة، قوة ملزمة قوية، قدرة قوية الأكسدة عندما المنحل بالكهرباء في محلول مائي، يمكنتحملتيار كبير، الخ،إنه من دواعي سروري واعدة جدا. في الوقت الحاضر ، وقد استخدمت على نطاق واسع في مجالات الطلاء الكهربائي ، والصهر ، والنفايات معالجة المياه، الكاثود المضادة-التآكل ، وما إلى ذلك ، والتي لا يمكن استبدالها بالعديد من المواد الكهربائية الأخرى (مثل DSA ، الرصاص ، طلاء البلاتين التيتانيوم).

أقطاب ثاني أكسيد الرصاص لديها مقاومة منخفضة، وخصائص كيميائية مستقرة، ومقاومة جيدة للتآكل، والموصلية الكهربائية جيدة، ويمكن استخدامها للتيارات الكبيرة. وهي تستخدم على نطاق واسع في إعداد المنحل بالكهرباء من مختلف المواد العضوية وغير العضوية، ومعالجة مياه الصرف الصحي وعمليات إعداد المياه عالية النقاء. حقل التطبيق واسع جداً.

2.1 صناعة كيميائية غير عضوية

2.1.1جhlorate,وقد استخدم القطب PbO2 في صناعة الكلورات لفترة طويلة. إنتاج البرومات واليودات باستخدام أقطاب PbO2 ناضجة نسبيا، وخاصة iodate. نظرًا للبنية السطحية لأقطاب PbO2 ، بالإضافة إلى التفاعلات الكهروكيميائية ، فإنه يلعب أيضًا دورًا حفازًا.

2.1.2 H2O2 المنحل بالكهرباء

H2O2 التي تنتجها التحليل الكهربائي يستخدم عموما Pt كقطب كهربائي. وقد درس بعض الناس استخدام MnO2، Fe3O4، الجرافيتي، الخ كمادة أنود، لكنها لم تنجح، وحقق PbO2 كأنود فوائد اقتصادية جيدة. لأن الإفراط في القطب PbO2 إلى الأكسجين أقل قليلا من Pt, وقد أجرى الناس البحوث على استبدال القطب Pt مع القطب PbO2. خلال الحرب العالمية الثانية، كانت اليابان تفتقر إلى البلاتين وكان H2O2 ضرورة عسكرية، لذلك في 1944-1945، أدركت تصنيع أقطاب PbO2 الخالية من الركيزة بدلاً من H2O2 المستندة إلى Pt.

2.2 الصناعة الكيميائية العضوية

تطبيق أقطاب PbO2 في التوليف العضوي ليس ناضجًا كما هو الحال في تطبيقات التوليف غير العضوية ، ولا يزال العديد منها قيد الاستكشاف.

2.2.1 الكلوروفورم. 

في إعداد الكلوروفورم ، يتم استخدام القطب PbO2 بدلاً من قطب Pt المكلف. التأثير مثالي. الظروف الأكثر ملاءمة للتركيب الكهربائي للكلوروفورم: NaCl 300g / L، EtOH 25ml / L، PH 8 ~ 10، درجة الحرارة 60 ~ 70 درجة مئوية؛ الكثافة الحالية الأنود هو 0.3 إلى 0.5A / M2، والكفاءة الحالية هي 80٪ إلى 90٪، والجهد الخلوي هو 5V، ومعدل التحويل هو 98٪ إلى 99٪، والنقاء هو 99.5٪ إلى 99.9٪. في إعداد البروموفورم، والكفاءة الحالية هي 92.5٪، البلاتين هو 87٪، والجرافيت هو 86٪. PbO2 هو المادة الأنود الأكثر فعالية في التمثيل الكهربائي iodoform. الكفاءة الحالية هي 90٪، وفقدان الأنود لا يكاد يذكر.

2.2.2 حمض الأيزوبوتيريك

صناعيا، يرصد حمض الأيزوبوتيريك من KMnO₄من الأيزوبوتانول في المتوسطة القلوية وأكسدة وتصحيحها لإنتاج 1t من حمض الأيزوبوتيريك. بالإضافة إلى المواد الخام الرئيسية ايزوبوتانول، فإنه لا يزال يحتاج حوالي 3.2tKMnO4، 1.6tH2SO4، المواد المساعدة مثل 0.3tNa2CO3 لديها تكلفة عالية وتنتج ما يقرب من 2tMnO2 مخلفات النفايات، والتي تلوث البيئة. استخدام أقطاب ثاني أكسيد الرصاص القائمة على الرصاص لأكسدة الإيزوبوتانول بشكل غير مباشر إلى حمض الأيزوبوتيريك يقلل من التلوث البيئي.

2.2.3 معالجة مياه الصرف الصحي

وتستخدم أقطاب PbO2 القائمة على التيتانيوم لمعالجة الملوثات العضوية القابلة للتحلل التي يصعب تحللها، والملوثات السامة بيولوجيا، ومياه الصرف العضوية عالية الحرارة. تدهور 10 ملغ / لتر الميثيل محلول البرتقال مع القطب PbO2 القائم على التيتانيوم أظهرت أن معدل إزالة البرتقال الميثيل كان ما يقرب من 100٪ عند المعالجة في كثافة الحالية من 36 mA / سم لمدة 12 دقيقة، وحمثلنشاط كهربائي أعلى. . باستخدام قطب PbO2 جديد لمعالجة مياه الصرف الصحي نيتروبنزين، وجد أن القطب PbO2 كان معدل إزالة COD أعلى من القطب الجرافيت العادي. بعد 5 ساعات من التحليل الكهربائي، كان معدل إزالة COD يصل إلى 65٪. كفاءة التحليل الكهربائي العالية ويرجع ذلك أساسا إلى ارتفاع إمكانات تطور الأكسجين من القطب PbO2. تحت الاستقطاب الأنوديك، سطح القطب PbO2 عرضة لتوليد · أوه، والتي سوف تتفاعل مع النيتروبنزين الذي يهاجر إلى سطح القطب. خصائص تي / PbO2 الأنود الأكسدة الكهروشورية من الملوثات العضوية. تظهر النتائج التجريبية أن القطب يظهر نشاطًا كهربائيًا جيدًا لتدهور الفينول ، ولديه آفاق جيدة لتطبيق حماية البيئة. أظهر القطب PbO2 أداء حفاز جيد لتدهور aniline. في غضون 3 ساعات، يمكن أن تحصل على الأنين معدل إزالة أعلى. في الوقت نفسه ، أظهر القطب PbO2 أيضًا استقرارًا جيدًا وحياة خدمة جيدة. نتائج البحوث على معالجة مياه الصرف الصحي هيدروكسيستيرين مع القطب PbO2 تثبت أن الأمر يستغرق عموما فقط 3 ~ 6h لتتحلل تماما إلى غير عضوي أو CO2.

المعدنيههكتارSالخصائص الميكانيكية التي لا تضاهىمقارنة بـ مواد أخرى ، مما يجعلها الخيار الأكثر جاذبية للركيزةمنقطب ثاني أكسيد الرصاص. ومع ذلك، ليست كل المعادن مناسبة لركيزة القطب ثاني أكسيد الرصاص. يجب أن يكون صمام على شكل معدن مع أحادي الاتجاه الحالية تحمل الخصائص، مثل تي، تا، NB، Zr وهلم جرا. من بين المعادن المذكورة أعلاه، تا لديه أفضل مقاومة للتآكل ومقاومة منخفضة، وهو أفضل المواد لاستخدامها كركيزة من حيث الأداء. ومع ذلك ، لأن Ta لديه تقارب عال للأكسجين ، فإنه يحتاج بشكل عام إلى أن يكون في بيئة أنوكسية ، ومعدن Ta مكلف ، لذلك لا يستخدم عادة في الإنتاج الفعلي. Ti رخيصة، وكثافة منخفضة، وقوة عالية، ولديه معدل التوسع الحراري قريبة من ذلك من ثاني أكسيد الرصاص. لذلك ، يتم اختيار Ti بشكل عام كركيزة لقطب ثاني أكسيد الرصاص. الركيزة التيتانيوم عموما يعتمد هيكل شبكة. وذلك لأن شبكة تي صعبة والمستعبدين بقوة إلى طبقة electrodeposited. يمكن لقطب ثاني أكسيد الرصاص القائم على شبكة Ti تقليل مقاومة تدفق المنحل بالكهرباء وتحسين الكفاءة الحالية ، خاصة في الكثافة الحالية العالية بشكل فعال منع القطب من ارتفاع درجة الحرارة.