同槽電解錳和二氧化錳工藝條件及傳質機理的研究.pdf

1、本文研究錳和二氧化錳同槽電解，特別著重于研究同槽電解過程中的傳質機理，在實驗過程中，采用了兩極同溫同槽電解的方法。論文使用了循環(huán)伏安、恒電位電解以及恒電流電解等方法研究了金屬錳在不銹鋼、鉛和鈦陰極上的沉積情況，并從實驗結果分析以選擇合適的電極材料，結果表明不銹鋼電極在電解金屬錳時得到的槽電壓、陰極產物形態(tài)等優(yōu)于鉛陰極和鈦陰極，所以選擇不銹鋼電極作為同槽電解的陰極。而且通過對比在有隔膜和沒有隔膜的電解槽中電解金屬錳的現象，發(fā)現隔膜對于金屬

2、錳的析出具有十分重要的作用，因此在同槽電解中也采用隔膜電解槽。論文中還通過實驗比較了在40~80℃范圍內分別在鈦和鉛陽極上電解二氧化錳的情況，發(fā)現在70℃以下鈦陽極的鈍化較嚴重，導致難以長時間連續(xù)電解和電流效率低下，而使用鉛陽極卻可以保持低而穩(wěn)定的槽電壓和較高的電流效率，所以可選擇鉛電極作為同槽電解的陽極。論文采用了X-射線衍射法來鑒別和確定目標產物的結構和組成。 在確定了同槽電解的電極材料和電解槽結構之后，本文還研究了pH值和

3、溫度對于單獨電解金屬錳的影響，表明pH值是電解錳陰極電流效率高低的決定性因素，在同槽電解的實驗工藝中，可供選擇的陰極液pH值范圍很小。同時將電解錳時的陰極電流效率隨溫度變化的關系曲線與上述在不同溫度下使用鉛陽極電解二氧化錳電流效率隨溫度變化的曲線綜合起來發(fā)現：兩者的交點位于50~55℃之間，但在65℃以下其分別對應的陰極和陽極電流效率對溫度的變化都十分敏感，基本上分別呈直線下降和直線上升的趨勢；當溫度達到65℃以后，兩者隨溫度的變化趨于

4、平緩。為保證陰極和陽極上金屬錳和二氧化錳的析出并達到較高的電流效率，使同槽電解順利進行，論文選擇50℃作為兩極同溫同槽電解的溫度。 金屬錳的析出對電解條件有嚴格的要求，而二氧化錳的析出對電解條件的要求則相對寬松，所以在本文所涉及的同槽電解實驗中主要研究了陽極液中各種組分濃度變化的影響，包括(NH4)2SO4濃度、MnSO4濃度以及pH值。研究表明隔膜兩側(NH4)2SO4的濃度差異會對槽電壓有較大影響，但對陽極電流效率的影響不大

5、；陽極液中MnSO4濃度的變化對槽電壓和陰極電流效率的影響很小，陽極電流效率隨MnSO4濃度增大而穩(wěn)定上升，但陽極液中錳的有效利用率下降；當兩極液中其他離子濃度相同時，陽極液pH值的變化對槽電壓和陰極電流效率影響很小，對陽極電流效率影響稍大。論文中還考慮了在保持兩極液中各離子起始濃度不變的情況下溫度對同槽電解的影響，研究結果發(fā)現同槽電解陰極和陽極電流效率隨溫度的變化趨勢分別與單獨電解金屬錳和二氧化錳基本一致，所以溫度對同槽電解和單電解的

6、區(qū)別主要體現在對傳質過程而非電子交換過程的影響上。 論文還在上述同槽電解實驗的基礎上，討論了同槽電解過程中的傳質機理，并得出的結論：在同槽電解過程中，若不補充或添加新的電解質，各種離子在兩極區(qū)之間的遷移和擴散以及兩極的電極反應最終可以達到一個穩(wěn)定狀態(tài)，使陰極液pH值保持在7~8之間，陽極液pH值保持在2~3之間。在不改變陰極液組成以及采用相同的支持電解質的前提下，適當的提高陽極液的Mn2+濃度，使其略高于陰極液，以及使初始的陽極