[發明專利]一種電解二氧化錳用Ti-Mn多孔陽極材料的制備方法

在審

• 申請號: 202011373510.5
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112501636A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 覃勝先;吳元花;許雄新;喻林萍;李擎;沈瑋俊
• 申請（專利權）人: 廣西桂柳化工有限責任公司;湖南科嘉新材料有限公司;廣西下田錳礦有限責任公司
• 主分類號: C25B1/21
• 分類號: C25B1/21;C25B11/031;C25B11/046;B22F3/11;C22C1/08;C22C22/00
• 代理公司: 柳州市榮久專利商標事務所(普通合伙) 45113
• 代理人: 韋微

本發明涉及一種電解二氧化錳用Ti?Mn多孔陽極材料的制備方法，包括如下步驟：（1）將Ti粉與電解Mn粉進行充分混合、造粒；（2）將造粒處理后的Ti/Mn混合粉在一定壓力下進行模壓壓制成形；（3）將壓制成形的Ti/Mn預制坯置于真空燒結爐燒結，完成元素混合粉的反應合成及偏擴散造孔過程，得到金屬間化合物Ti?Mn多孔材料，用于濕法電解二氧化錳用陽極。本發明工藝過程簡單，工藝參數易控，所得金屬多孔材料具有良好的陽極電催化效果，具有優異的抗陽極鈍化效果，機械性能優異，多孔結構穩定，極大延長電解二氧化錳生產周期。

技術領域

本發明涉及一種Ti-Mn金屬多孔陽極材料的制備方法，尤其涉及一種面向濕法電解二氧化錳生產應用的Ti-Mn金屬多孔陽極材料的制備方法。

背景技術

濕法電解二氧化錳過程中，電解液為H₂SO₄和MnSO₄的混合溶液，常采用表面噴砂純鈦板作為陽極，以銅板或者石墨作為陰極，通過直流電解的方式，電解液中的Mn²⁺離子被氧化為γ-MnO₂在陽極表面沉積。

除純鈦板作陽極以外，也有生產中使用表面滲錳鈦板作為陽極，滲錳鈦板表面形成一定晶型結構的TiMn金屬間化合物，在同等電解條件下，可顯著降低槽壓，節約能耗。金屬間化合物原子間獨特的金屬-共價混鍵形式使其呈現出良好的導電性、耐腐蝕、抗電化學腐蝕，在許多行業具有廣泛的應用潛力，作為電極材料，在電極反應過程中有較低的電荷轉移電阻等性能優勢。理論研究表明，純Ti 陽極在電解質溶液中，表面極易生成一種具有高電阻的氧化物 TiO_x鈍化膜，鈍化膜的形成不是由電解液中離子上的電子轉移而形成，而是由于電解條件控制不好，界面上 MnO₂被溶液中H奪走O還原，而再析出的氧原子與Ti反應而形成的。Ti-Mn金屬間化合物具有比Ti更優異的綜合電化學性能，除了導電性能良好之外，其作為陽極極化反應過電位較低，同時，Ti-Mn特殊的電子價鍵使得其化學性質穩定，抗陽極鈍化效果良好等，根據Ti-Mn合金的φ～pH圖，低錳含量Ti-Mn可代替部分的鈍化反應，同時還處于耐腐蝕區，提高對主反應的電催化能力。

不過，目前的滲錳鈦板仍然存在明顯的應用弊端：（1）滲錳工藝的復雜性導致表面滲錳鈦板Ti-Mn組成不穩定，影響陽極反應穩定性；（2）滲錳鈦板力學性能受表面Ti-Mn組成影響較大，易發生橫向或縱向變形，引起陰陽極短路；（3）滲錳鈦板陽極制備成本高。根據電解二氧化錳的工藝特點與技術指標，作為陽極材料應滿足以下基本要求：（1）導電性能好；（2）在高濃度H₂SO₄和MnSO₄的混合溶液環境中抗腐蝕性能髙；（3）使用壽命長，制作成本低；（4）機械強度高，加工性能好；（5）對電極反應有較好的電催化性能。

因此，在目前生產中對滲錳鈦板的應用基礎上，基于粉末冶金法對金屬間化合物Ti-Mn材料組成的控制優勢，以及Ti、Mn原子間較大的互擴散系數差異，本發明提出采用粉末冶金法制備Ti-Mn金屬多孔材料。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種電解二氧化錳用Ti-Mn多孔陽極材料的制備方法，該方法工藝過程簡單，工藝參數易控，所得材料具有良好的陽極電催化效果，導電導熱性能好，具有優異的抗陽極鈍化效果，機械性能優異。

解決上述技術問題的技術方案是：一種電解二氧化錳用Ti-Mn多孔陽極材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）Ti/Mn混合粉造粒：將Ti粉與電解Mn粉進行充分混合得Ti/Mn混合粉，電解Mn粉與Ti粉的用量質量比為：0.2～1.5，以高分子粘結劑輔助完成Ti/Mn混合粉的造粒過程；

（2）Ti/Mn預制坯的成形：將造粒處理后的Ti/Mn混合粉在壓強為100～200 MPa下進行模壓壓制成形Ti/Mn預制坯；