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钛的电化学反应及钛阳极的工作原理

钛在高温下性质十分活泼,很易和氧、氮、碳等元素化合,要提炼出纯钛需要十分苛刻的条件。

工业上常用硫酸分解钛铁矿的方法制取二氧化钛,再由二氧化钛制取金属钛。

浓硫酸处理磨碎的钛铁矿(精矿),发生下面的化学反应:

FeTiO3+3H2SO4 = Ti(SO4)2+FeSO4+3H2O

FeTiO3+2H2SO4 = TiOSO4+FeSO4+2H2O

FeO+H2SO4 = FeSO4+H2O

Fe2O3+3H2SO4 = Fe2(SO4)3+3H2O

为了除去杂质Fe2(SO4)3,加入铁屑,Fe3+ 还原为Fe2+,然后将溶液冷却至273K以下,使得 FeSO4•7H2O (绿矾)作为副产品结晶析出。

Ti(SO4)2和TiOSO4水解析出白色的偏钛酸沉淀,反应是:Ti(SO4)2+H2O = TiOSO4+H2SO4

TiOSO4+2H2O = H2TiO3+H2SO4

锻烧偏钛酸即制得二氧化钛:

H2TiO3 =TiO2+H2O

工业上制金属钛采用金属热还原法还原四氯化钛。将TiO2(或天然的金红石)和炭粉混合加热至1000~1100K,进行氯化处理,并使生成的TiCl4,蒸气冷凝。

TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO

在1070K 用熔融的镁在氩气中还原TiCl4可得多孔的海绵钛:

TiCl4+2Mg=2MgC12+Ti

这种海绵钛经过粉碎、放入真空电弧炉里熔炼,最后制成各种钛材。

在电化学反应中,电极表面区域随着电荷移动而伴生非均相催化反应,该反应类似于化学催化作用。在一定的电解液中,同样的过电位下,电极反应速率及反应类型因电极基体材料的不同而变化,这在电化学中统称为电催化。

在电催化反应中,作为电催化剂,不同的电极材料可以使电化学反应速率发生数量级上的变化。所以,选择适当的电极材料是提高电化学催化反应效率的有效途径。电化学方法用于处理难降解的有机物具有很好的效果,它可以使非生化降解的有机物转化为可生化降解的有机物。有机物的电化学转化反应速率一般较慢,所以常用增大电极的过电位,增加电极表面积,选用优秀的电极材料,以及改进电极结构等方法加以提高。
在电化学反应中,多组分电极也是很重要的一个研究方面。

Ti/Sn02·Sb203″Mn02/Pb02·Mn02阳极的制备可作为多组分电极设计的一个示例。

钛阳极失效的主要原因是析氧反应所产生的新生态氧扩散到电极表面,从而在钛表面生成不导电的Ti02膜。

为了使阳极活化,在电极表面加一层PbO2/Mn02活性层;为了减少新生态氧扩散到钛表面上,在钛电极基体与活性层之间加一层SnOz/Sb203/Mn02中间层。

在含酚污水的处理中,该阳极有很高的电催化活性和电化学稳定性。
钛阳极是电解水机器中的关键部件,金属电极的好坏直接影响整水机的质量。

如何选用电极应按工作性质的不同合理选用,在水处理领域中金属电极就必须具备以下基本要求:

  1. 具有良好的导电性。
  2. 耐腐蚀性强。
  3. 机械强度和加工性能好。
  4. 工作寿命长。
  5. 有良好的电催化性能等。

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