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活性PbO_2颗粒制备及其增强铅基合金的性能研究

作　者: 石凤浜
导　师: 郭忠诚；陈步明
学　校: 昆明理工大学
专　业: 有色金属冶金
关键词: 不锈钢 α-PbO2-CeO2-Co3O4 β-PbO2-CNT 电化学性能 锌电积
分类号: TG146.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


在有色金属锌电积过程中,普遍使用的是Pb-Ag(0.7-1.2%)合金阳极,该合金材料具有成型容易,制造简单等优点,但存在一些不足之处,如寿命短、槽电压高、电流效率和机械性能低等。目前新型二氧化铅电极材料具有耐腐蚀性好、导电性强、析氧过电位高、催化性好、成本低等优点,而引起广泛的关注。本论文在氢氧化钠碱性体系中,利用直流电沉积的方法,在不锈钢基体上电沉积α-PbO2-CeO2-Co3O4复合镀层。研究了电沉积工艺参数对复合镀层的影响。确定了最佳工艺条件：电流密度为1.5 A/dm2, Co3O4 30g/L, CeO2 15 g/L,温度40℃、电沉积时间2h。在此条件下,所制备α-PbO2-CeO2-Co3O4复合镀层含5.43% Co3O4和4.64% CeO2,综合性能较好,硫酸锌电解液中电催化活性较高,SEM图片表明添加活性颗粒Co3O4和惰性颗粒CeO2完全可以改变镀层的表面形貌,表面粗糙和晶粒细化,使镀层的比表面积增大和寿命延长。在不锈钢基α-PbO2-CeO2-Co3O4复合镀层上制备β-PbO2-CNT,对掺杂不同浓度的CNT进行电化学分析,得到最佳掺杂CNT的浓度为20g/L。阳极极化曲线表明该浓度下,不锈钢基/β-PbO2-CNT复合镀层的电催化活性较好,动力学参数a和b值均比不添加CNT镀层电极要小。Tafel曲线表明,掺杂CNT也能改善电极的耐腐蚀性能,但是效果不明显。循环伏安得到掺杂CNT没有改变β-PbO2的反应机理,还原峰发生偏移和减小。扫描电镜图片看出,未添加CNT的β-PbO2镀层的晶粒形貌呈正八面体形状,晶粒相对粗大。添加CNT的β-PbO2复合镀层的晶粒表面不统一。有正八面体的β-PbO2颗粒,还有表面分布的CNT,以及受CNT的影响,表面生成的小的八面体β-PbO2晶粒。用α-PbO2-CeO2-Co3O4/β-PbO2-CNT复合镀层制备出PbO2颗粒,并将PbO2颗粒压入Pb-(1%)Ag阳极表面作为一种新型阳极材料。与传统Pb-(1%)Ag阳极相比,该新型复合电极可使电积锌时的槽电压降低,电流效率提高。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章 绪论  8-22
  1.1 前言  8
  1.2 惰性电极材料的研究现状  8-15
    1.2.1 铅及铅合金阳极  8-9
    1.2.2 钛基涂层阳极  9-12
    1.2.3 不锈钢基体惰性阳极材料  12-13
    1.2.4 铝基惰性阳极材料  13-14
    1.2.5 其他基体惰性阳极材料  14-15
  1.3 二氧化铅电极  15-17
    1.3.1 二氧化铅电极的进展  15-16
    1.3.2 复合掺杂二氧化铅电极  16-17
  1.4 掺杂颗粒的性质及应用  17-19
    1.4.1 Co_3O_4的性质及应用  17
    1.4.2 CeO_2的性质及应用  17-18
    1.4.3 碳纳米管  18-19
  1.5 电极材料基体的选择  19-20
  1.6 课题研究的内容、意义及创新点  20-22
第二章 基础理论  22-29
  2.1 二氧化铅沉积机理  22-23
  2.2 复合电沉积机理研究  23-24
  2.3 复合共沉积模型  24-26
  2.4 电化学测试理论  26-29
第三章 α-PbO_2-CeO_2-Co_3O_4复合镀层的工艺研究  29-49
  3.1 前言  29
  3.2 实验部分  29-32
    3.2.1 电极的制备  29-31
    3.2.2 电极制备工艺流程和工艺条件  31
    3.2.3 镀层性能的测试  31-32
  3.3 结果与讨论  32-47
    3.3.1 各因素对镀层性能的影响  32-42
    3.3.2 电极镀层的微观表征及电化学性能测试  42-47
  3.4 本章结论  47-49
第四章 β-PbO_2-CNT复合材料的制备及其性能研究  49-60
  4.1 前言  49-50
  4.2 实验部分  50-51
    4.2.1 试验材料及药品  50
    4.2.2 电极制备  50-51
    4.2.3 镀层的表征和电化学性能测试  51
  4.3 结果与讨论  51-58
    4.3.1 β-PbO_2-CNT复合镀层的电化学性能研究  51-56
    4.3.2 β-PbO_2-CNT复合镀层的形貌  56-57
    4.3.3 β-PbO_2-CNT复合镀层的X射线衍射  57-58
  4.4 本章小结  58-60
第五章 活性PbO_2颗粒制备及锌电极中的应用  60-65
  5.1 活性PbO_2颗粒制备  60
  5.2 工艺流程  60
  5.3 电积锌实验  60-63
    5.3.1 阳极极化曲线  60-61
    5.3.2 强化寿命实验  61
    5.3.3 槽电压  61-62
    5.3.4 电流效率  62-63
  5.4 表面形貌  63
  5.5 本章小结  63-65
第六章 结论及展望  65-67
  6.1 主要结论  65-66
  6.2 展望  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-76
附录A  76-77
附录B  77

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属材料 > 有色金属及其合金 > 重有色金属及其合金 > 铅
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