Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Спосіб одержання аноду для електрохімічних процесів, що включає нанесення покриття на титанову підкладку шляхом хімічної обробки останньої з наступним просочуванням в розчині солі кобальту і термообробкою, який відрізняється тим, що хімічну обробку підкладки здійснюють травленням в суміші плавикової кислоти і нітрату калію, просочування здійснюють в 3-5 М розчині нітрату кобальту, і просочену підкладку термообробляють при температурі 280-320 °C.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що використовують суміш плавикової кислоти (в перерахунку на безводну кислоту) і нітрат калію при масовому співвідношенні (3-5):1, відповідно.

3. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що термообробку здійснюють протягом 10-20 хв.

Текст

Реферат: Винахід належить до галузі виготовлення електродів. Запропонований спосіб одержання аноду для електрохімічних процесів, який полягає в нанесенні покриття на титанову підкладку шляхом її травлення в суміші безводної плавикової кислоти і нітрату калію при масовому співвідношенні (3-5):1, відповідно, просочуванні в 3-5 М розчині нітрату кобальту з наступною термообробкою при температурі 280-320 °C протягом 10-20 хв. Реалізація способу дозволяє отримувати 4 корозійностійкий анод (швидкість корозії (0,5-1,1)·10- г/А·год.) з високим анодним виходом хлору за струмом (В х.з.с=70-85 %) при зменшенні тривалості виготовлення аноду. UA 107411 C2 (12) UA 107411 C2 UA 107411 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до галузі виготовлення електродів, зокрема до виготовлення електродів на основі оксидів перехідних металів, які мають захисні і електрокаталітичні властивості, і може бути використаний в процесах електрохімічної очистки і знезараження води. Відомий спосіб одержання аноду для електрохімічних процесів (Спосіб одержання анодів для електродних процесів. UA патент 78992. МПК (2006) С25В 11/00. Опубл. 10.05.2007. Бюл. № 6) [1]. Суть способу полягає в послідовному травленні титанової підкладки спочатку в 85 % сірчаній, а потім в 10 % щавлевій кислоті, електролітичному нанесенні на титанову основу покриття із гідроксидів кобальту електролізом водного розчину сульфату кобальту і термообробку. Електроосадження покриття здійснюють при катодному потенціалі -1,5 - (-1,8) В протягом 1-2 хв. При цьому використовують розчин сульфату кобальту з концентрацією 7-25 3 г/дм , а термообробку покриття здійснюють при температурі 300-350 °C протягом 10-20 хв. В результаті отримують оксидно-кобальтове покриття з високою електрокаталітичною активністю 4 (вихід хлору за струмом досягає 70-85 %). Корозійна стійкість покриття становить (1,5-2,4)·10г/А·год. Недоліком відомого способу [1] є недостатньо висока корозійна стійкість одержаного покриття, зумовлена його пористістю. Пористість покриття закладена в способі електроосадження кобальту на титановій підкладці в вигляді рихлого гідроксиду. Ще одним недоліком відомого способу [1] є травлення в концентрованій сірчаній кислоті, для використання якої потрібна ліцензія. Найближчим аналогом за технічною суттю є спосіб одержання аноду, описаний в (Шуб Д.М., Резник В.Ф., Шалагинов В.В., Лубнин Е.Н.,Козлова Н.В., Ломова В.Н. Исследование пиролитических пленок Ті·TiO2·Сo3O4 с помощью Оже- и колебательной спектроскопии, электрохимических и фотохимических измерений // Электрохимия, 1983 т. 19, вып. 4. - С. 503508) [2]. Згідно з цим способом оксидно-кобальтове покриття одержують наступним чином: пластину титану після 1 год. травлення в водному 10 %-ному розчині Н2С2О4 розміщували в водному 0,4 М розчині нітрату кобальту Co(NO3), витримували в останньому 15-20 хв і після сушки прогрівали 1 хв при 450 °C. Операції просочування і відпалу повторювались тричі, причому після третього просочування тривалість прогріву змінювалась таким чином, щоб сумарний час відпалу складав від 3 до 90 хв. Одержували оксидно-кобальтове покриття 6 товщиною ~(0,1±0,02)·10- м. В описі способу [2] відсутні дані з корозійної стійкості і анодного виходу хлору за струмом відомого покриття. Нами одержаний анод за способом [2] і визначена його корозійна стійкість, -4 яка складає 7,5·10 г/А·год., а також анодний вихід хлору за струмом, що дорівнює 55 % (таблиця, приклад 11). Низька корозійна стійкість аноду зумовлена малою товщиною кобальтитового покриття (~1 мкм) внаслідок використання для просочування зразків розведених (0,4 М) розчинів азотнокислого кобальту і невеликої кількості операцій просочування (3 рази). Таким чином, недоліками відомого способу одержання аноду [2] є низькі значення корозійної стійкості і анодного виходу хлору за струмом, а також великий час одержання аноду за рахунок тривалості процесу травлення і термообробки. Спільними суттєвими ознаками способу [2] і заявленого є травлення титанових зразків, просочування титанової підкладки водним розчином нітрату кобальту і термічна обробка одержаного покриття. Причинами, які перешкоджають одержанню необхідного технічного результату - високих значень корозійної стійкості і анодного виходу за струмом - є велика пористість оксиднокобальтового покриття, зумовлена його малою товщиною і недостатньо висока електрокаталітична активність (вихід хлору за струмом на рівні 55 %) внаслідок, як нами визначено, збільшення в покритті електрохімічно неактивної фази Со 2О3 при підвищеній (450 °C) температурі відпалу покриття. Задачею винаходу є розробка способу виготовлення аноду для електрохімічних процесів, основаного на термохімічному нанесенні оксидно-кобальтового покриття на титанову підкладку шляхом вибору режимів травлення, просочування і відпалу титанових зразків з нанесеним покриттям, необхідних для одержання покриття з високою корозійною стійкістю і анодним виходом хлору за струмом та з меншими затратами часу. Нами установлено, що заявлений режим термохімічного отримання оксидно-кобальтового аноду шляхом використання травильного розчину із вмістом двох компонентів різної хімічної природи та зміни параметрів процесів просочування і термообробки забезпечує одержання корозійностійкого покриття зі змішаного оксиду кобальту Со3О4 шпінельної структури (СоО:Со2О3=1:1), яке має високі електрокаталітичні властивості по відношенню до реакції анодного виділення хлору при значно меншій тривалості процесу одержання аноду. 1 UA 107411 C2 5 10 15 20 25 Таким чином, сукупність суттєвих ознак заявленого способу одержання аноду є необхідною і достатньою для досягнення забезпечуваного винаходом технічного результату - високих -4 значень корозійної стійкості (0,5-1,2)·10 г/А·год. і анодного виходу хлору за струмом (70-85 %) при тривалості процесу 50-60 хв. 3 Спосіб реалізується таким чином. Готують 1 дм травильного розчину змішуванням 52 г 3 нітрату калію (KNO3) і 156-260 г безводної плавикової кислоти (312-520 см 50 % плавикової 3 кислоти) і доводять об'єм суміші водою до 1 дм . В одержаній суміші травильного розчину масове співвідношення KNO3:HF (безв.) = 1:(3-5). В приготовлений травильний розчин поміщають титанову пластину марки ВТ1-0 на 0,5-1 хв при кімнатній температурі, протравлену пластинку промивають холодною водою. Просочування зразків здійснюють в 3-5 М розчині азотнокислого кобальту, струшують надлишок розчину солі кобальту, сушать в сушильній шафі протягом 10-15 хв при температурі 90-100 °C і термообробляють 10-20 хв при температурі 280320 °C. Операції просочування, сушки і відпалу повторюють не менше 5 раз. Одержують корозійностійке покриття товщиною 5-7 мкм. Корозійну стійкість покриття визначають за методикою [Бондарь Р.У., Калиновский Е.А. Об электрохимической стойкости титан-окиснорутениевых анодов // Электрохимия.-1978. - Т. 14, № 5. - С. 730-733] [3] із втрат ваги анода, віднесених до 1 А·год. пропущеної електрики за формулою. Скор.  Впоч.  Вкін.  г/А·год. (1) С де кор. - швидкість корозії покриття в г/А·год., Впоч. - початкова вага пластини з покриттям в г, Вкін. - вага пластини з покриттям в г після її анодної поляризації протягом 100 годин 2 3 струмом 0,6 А (густина струму 0,05 А/см ) в розчині хлориду натрію з концентрацією 30 г/дм . Значення виходу хлору за струмом розраховували із відношення кількості хлору, яка фактично виділилася на аноді, г, до теоретично можливого [Антропов Л.И. Теоретическая электрохимия. М.: Высш. школа, 1975. - 500 с.], [4]. Кількість хлору, яка виділилась на аноді, визначали йодометричним методом згідно з [Унифицированные методы анализа вод / под. ред. Лурье Ю.Ю., М.: Химия, 1973. - 376 с.] [5]. Використані хімічні реактиви: Кобальт азотнокислий Со(NО3)2·6Н2О "чда" Калий азотнокислий KNO3 "чда" Кислота плавикова 50 % "осч" ГОСТ 4528-78 ГОСТ 4144-79 ГОСТ 10484-78 30 35 40 45 Приклад виконання за винаходом 3 Спосіб реалізується таким чином. Готують 1 дм травильного розчину змішуванням 52 г 3 нітрату калію (KNO3) і 208 г безводної плавикової кислоти (416 см 50 % плавикової кислоти) і 3 доводять об'єм суміші водою до 1 дм . В одержаній суміші травильного розчину масове співвідношення KNO3:HF (безв.) = 1:4. В одержаний травильний розчин поміщають титанову пластину марки ВТ1-0 на 1 хв при кімнатній температурі, протравлену пластинку промивають холодною водою. Просочування зразків здійснюють в 4 М розчині азотнокислого кобальту, струшують надлишок розчину солі кобальту, сушать в сушильній шафі протягом 15 хв при температурі 90 °C і термообробляють 10 хв при температурі 300 °C Операції просочування, сушки і відпалу повторюють 5 раз. Одержують покриття товщиною 6 мкм. Корозійну стійкість одержаного покриття визначали за методикою [3]. Після поляризації вага титанової пластини з покриттям зменшилась з 5,414 до 5,411 г. Підстановка значень струму і ваги зразків пластин з покриттям до і після поляризації в формулу -4 (1) дає величину корозії Скор=(5,414-5,411) г/0,6А·100 год.=0,5·10 г/А·год. Значення виходу хлору за струмом розраховували із відношення кількості хлору, яка фактично виділилася на аноді 0,674 г, до теоретично можливого 0,794 г, яке складає, в процентах, (0,674/0,794)100=85. 2 UA 107411 C2 Таблиця Режими нанесення покриття Термообробка Час Просочування в травлення, розчині Co(NO3)2 з Т-ра, °C Час, хв хв конц.,М № п/п Травильний розчин 1 1 2 3 4 5 2 HF:KNO3 3:1 4:1 5:1 3,5:1 3,7:1 0,5 1,0 0,5 0,5 0,7 6 7 8 9 10 3,5:1 4:1 5:1 5:1 4:1 1,0 0,5 0,7 0,5 0,5 11 Н2С2О4 10 % 60 12 H2SO4 85 % Н2С2О4 10 % 3 4 5 За винаходом 5,0 280 4,0 300 3,5 320 4,0 310 3,0 290 Позамежні значення 2,5 300 3 260 4 290 4 340 3,5 320 За способом [2] 0,4 450 Спосіб [1] 10 15 20 25 30 20 10 10 15 20 1,1 0,5 0,7 0,6 1,0 70 85 75 80 75 15 10 5 10 25 1,5 1,2 1,4 0,5 1,0 65 67 65 60 62 10 7,5 55 1,5-2,5 -4 5 6 Показники Вихід Швидкість хлору за 4 корозії, 10струмом, г/А·год. % 7 8 70-85 Швидкість корозії одержаного покриття 0,5·10 г/А·год., вихід хлору за струмом 85 % (приклад 2 таблиці). Як випливає із приведених в таблиці даних (приклади 1-5), тільки заявлені параметри травлення, просочування і термообробки покриття забезпечують одержання аноду з високими -4 значеннями корозійної стійкості (0,5-1,2)·10 г/А·год. і виходу хлору за струмом 70-85 %. З метою збільшення товщини покриття і зменшення числа операцій просочування в запропонованому винаході використовувались розчини азотнокислого кобальту концентрації 3-5 М. Зниження концентрації нітрату кобальту нижче заявленої приводить до втрати корозійної стійкості (таблиця, приклад 6) із-за зменшення товщини покриття та зменшення анодного виходу хлору за струмом. Верхня межа концентрації азотнокислого кобальту в просочувальному розчині обмежена його розчинністю. Суттєвими ознаками заявленого способу є температура і час обробки покриття. Зниження параметрів термообробки нижче заявлених: температури обробки до 260 °C (таблиця, приклад 7) і часу обробки до 5 хв (таблиця, приклад 8) приводить до зниження виходу за струмом та збільшення швидкості корозії із-за неповного перетворення суміші простих гідрооксидів кобальту в структурований змішаний оксид кобальта Со3О4 шпінельного типу, який має електрокаталітичні властивості. Позамежне підвищення температури до 340 °C (таблиця, приклад 9) і часу термообробки до 25 хв (таблиця, приклад 10) сприяють переходу частини електрохімічно активної форми Со3О4 в електрохімічно неактивний Со2О3, що приводить до зниження анодного виходу хлору за струмом. Переваги пропонованого способу одержання аноду в порівнянні з відомим [2] підтверджуються даними таблиці. Як видно із приведених даних, пропонований спосіб забезпечує одержання аноду з більш високими значеннями корозійної стійкості і анодного -4 -4 виходу хлору за струмом. Швидкість корозії зменшується з 7,5·10 до (0,5-1,2)·10 г/А·год., тобто в 6-15 раз, а анодний вихід хлору за струмом зростає з 52-55 % до 70-85 %, тобто на 2635 %. При цьому значно скорочується час виготовлення аноду в основному за рахунок скорочення тривалості процесу травлення. Аноди, одержані способом, що заявляється, значно перевершують за корозійною стійкістю аноди, одержані за способом [1] при практично однакових високих значеннях виходу хлору за струмом. Аноди, одержані способом, що заявляється, використовують в установках електрохімічної очистки і знезараження води замість дорогих і дефіцитних оксидно-рутенієвих анодів (ОРТА). 35 3 UA 107411 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 1. Спосіб одержання аноду для електрохімічних процесів, що включає нанесення покриття на титанову підкладку шляхом хімічної обробки останньої з наступним просочуванням в розчині солі кобальту і термообробкою, який відрізняється тим, що хімічну обробку підкладки здійснюють травленням в суміші плавикової кислоти і нітрату калію, просочування здійснюють в 3-5 М розчині нітрату кобальту, і просочену підкладку термообробляють при температурі 280320 °C. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що використовують суміш плавикової кислоти (в перерахунку на безводну кислоту) і нітрат калію при масовому співвідношенні (3-5):1, відповідно. 3. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що термообробку здійснюють протягом 10-20 хв. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4

Дивитися

Додаткова інформація

Автори англійською

Honcharuk Vladyslav Volodymyrovych, Bahrii Vasyl Andriiovych, Remez Serhii Vasyliovych, Bashtan Sofiia Yuriivna

Автори російською

Гончарук Владислав Владимирович, Багрий Василий Андреевич, Ремез Сергей Васильевич, Баштан София Юрьевна

МПК / Мітки

МПК: C25B 11/10

Мітки: аноду, процесів, одержання, електрохімічних, спосіб

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/6-107411-sposib-oderzhannya-anodu-dlya-elektrokhimichnikh-procesiv.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб одержання аноду для електрохімічних процесів</a>

Подібні патенти