[發(fā)明專利]一種用于氯堿工業(yè)的鎳板/科琴碳黑/鎳鉬合金復(fù)合陰極的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611128338.0
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN106702424B
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田棟;黃太仲;郝婷婷;鄭瑤瑤;房恒義;姚碩
• 申請（專利權(quán)）人: 濟(jì)南大學(xué)
• 主分類號: C25B11/06
• 分類號: C25B11/06;C25B1/34;C25D13/02;C25D3/56
• 代理公司: 濟(jì)南譽(yù)豐專利代理事務(wù)所(普通合伙企業(yè)) 37240
• 代理人: 李茜

一種用于氯堿工業(yè)的鎳板/科琴碳黑/鎳鉬合金復(fù)合陰極的制備方法，本發(fā)明涉及一種用做氯堿工業(yè)電解制氫陰極的鎳板/科琴碳黑/鎳鉬合金復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明是要解決目前氯堿工業(yè)非貴金屬陰極催化劑極化嚴(yán)重、電能消耗高的問題。一種用于氯堿工業(yè)的鎳板/科琴碳黑/鎳鉬合金復(fù)合陰極的制備方法：(1)陽離子型科琴碳黑乳液的配制；(2)鎳板前處理；(3)鎳板表面電泳陽離子型科琴碳黑膠團(tuán)；(4)電鍍鎳鉬合金，在鎳板表面得到可以降低陰極極化的科琴碳黑/鎳鉬合金復(fù)合涂層。一種用于氯堿工業(yè)的鎳板/科琴碳黑/鎳鉬合金復(fù)合陰極可以有效降低催化劑的陰極極化，有利于降低氯堿工業(yè)中的能耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氯堿工業(yè)領(lǐng)域，涉及一種在鎳板表面制備科琴碳黑/鎳鉬合金復(fù)合涂層來降低氯堿工業(yè)能耗的方法。

背景技術(shù)

氯堿工業(yè)是當(dāng)代化學(xué)工業(yè)的基礎(chǔ)，其產(chǎn)品除了氯氣、氫氧化鈉之外，還有高純氫氣。目前，最為先進(jìn)的氯堿工業(yè)生產(chǎn)采用的是離子交換膜法，使用離子交換膜將陰極室和陽極室隔開，中間只允許鈉離子穿過離子交換膜來傳導(dǎo)電荷。因此，離子交換膜法中陰極室和陽極室的電解質(zhì)溶液的組成是有區(qū)別的，陰極室的電解質(zhì)溶液為氫氧化鈉溶液，陽極室的電解質(zhì)溶液為氯化鈉溶液。這樣，在電解的過程中，陽極消耗掉氯離子產(chǎn)生氯氣，剩余的鈉離子則在電場的作用下遷移至陰極室，而陰極消耗掉水，產(chǎn)生氫氣，剩下的氫氧根和遷移過來的鈉離子形成氫氧化鈉。如此一來，離子交換膜法的陽極部分相當(dāng)于不斷地將氯化鈉稀釋，而陰極部分相當(dāng)于不斷將氫氧化鈉濃縮，所以氯堿工業(yè)的產(chǎn)品為氯氣+濃縮的氫氧化鈉溶液+氫氣。

在氯堿工業(yè)中，三種產(chǎn)品的獲得都是通過電能的消耗，生成了新形式的化學(xué)能載體。因此，氯堿工業(yè)可以看作是電能向化學(xué)能轉(zhuǎn)換的一種工業(yè)形式，選擇能量轉(zhuǎn)換效率高的電極對于氯堿工業(yè)而言就顯得尤其重要。氯堿工業(yè)的陽極，應(yīng)選擇性價比高的析氯陽極，既能降低能耗，同時能保證生產(chǎn)氯氣的純度。而氯堿工業(yè)的陰極，則須選擇對氫氣析出更具催化效果的電極。

為了降低硬件投入，盡管貴金屬催化劑具有明顯更低的陰極極化，但大多數(shù)廠家對于氯堿工業(yè)中的析氫陰極則會把目光轉(zhuǎn)移向與析氫活性最高的貴金屬鉑同組的其它非貴金屬材料，比如鋼鐵和鎳。在非貴金屬陰極催化劑中，鋼鐵更便宜但是耐蝕性差，所以雖然鎳的價格略高，但由于其更穩(wěn)定所以受到很多生產(chǎn)企業(yè)的青睞。然而，鎳面對的一個重要問題就是陰極極化較大，當(dāng)作為析氫電極時的能耗較高，影響氯堿工業(yè)的總體利潤率。如何提高鎳陰極的催化活性，降低其陰極極化是氯堿工業(yè)必須面對的重要技術(shù)問題。制備真實催化面積大、催化活性高的新型鎳基材料，可以有效降低氯堿工業(yè)中陰極催化劑的極化，有利于降低氯堿工業(yè)的能耗，從而提高氯堿工業(yè)的競爭力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是要解決氯堿工業(yè)中析氫陰極能耗較高的技術(shù)問題，而提供一種用于氯堿工業(yè)的鎳板/科琴碳黑/鎳鉬合金復(fù)合陰極的制備方法。

本發(fā)明的一種用于氯堿工業(yè)的鎳板/科琴碳黑/鎳鉬合金復(fù)合陰極的制備方法按照以下步驟進(jìn)行：

(1) 陽離子型科琴碳黑乳液的配制：a. 將1.0~2.0 g粒徑為200目的科琴碳黑加入到100 ml 硝酸+鹽酸混合溶液中在室溫下攪拌0.5 h，然后采用超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)處理1.5 h；b. 重復(fù)步驟a 1~3次后采用乙醇進(jìn)行離心洗滌5~10次，完成科琴碳黑的羧基化處理；c. 將步驟b處理之后的科琴碳黑加入到1000 mL乙醇中，在室溫下攪拌10~15 min，加入2.5~3.5 g的十六烷基三甲基溴化銨進(jìn)行電荷改性，在室溫下攪拌0.5~3 h之后完成陽離子型科琴碳黑乳液的配制；

(2) 鎳板前處理：d. 對鎳板進(jìn)行高速噴丸粗化處理1~20 min；e. 將經(jīng)過高速噴丸粗化處理的鎳板進(jìn)行水洗，然后浸入溫度為50~60℃、質(zhì)量百分濃度為35%的鹽酸溶液中浸蝕0.5~2分鐘，再經(jīng)過一道自來水清洗、三道去離子水清洗后，完成鎳板的前處理；