水溶液中铬电氧化还原过程及铬系材料制备

发布时间：2018-01-31 00:18

  本文关键词： 铬 电还原 电氧化 超疏水 多孔金属　出处：《中国科学院大学(中国科学院青海盐湖研究所)》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：传统铬盐生产工艺的污染问题突出,给周围环境带来严重影响。采用电化学法生产铬系产品,具有环境污染小、工艺流程简单可控的优点,但相关电化学反应机理仍然不明确,亟待研究。将循环伏安法(CV)、交流阻抗谱(EIS)和线性极化曲线(LSV)等电化学测试方法和扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等表征方法相结合,研究了水溶液体系中Cr(Ⅵ)的电还原过程和Cr(0)的电氧化过程。同时,将铬的电氧化还原特性应用到铬系新材料的制备过程中,采用电沉积法在金属铁和金属铜基底表面制备出具有微纳结构的Cr_2O_3膜层,经硬脂酸修饰后,材料表面呈现出优秀的超疏水和防腐性能。在抗坏血酸和硫酸混合水溶液中使用方波电位蚀刻法对金属铬表面进行蚀刻,得到形貌良好的多孔金属铬产品。主要研究工作如下:(1)硫酸、铬酸水溶液体系中Cr(Ⅵ)电还原过程,主要研究了硫酸浓度、铬酸浓度、电极转速和Cr3+浓度对阴极表面状态以及Cr(Ⅵ)电还原过程的影响。结果表明,硫酸抑制了阴极表面Cr_2O_3沉积层的生成,同时促使溶液中Cr3+生成;不同铬酸浓度下,阴极表面状态差异很大,包括吸附层的形成和电活性物质的聚集;提高电极转速可降低阴极表面吸附层电阻,有利于Cr(Ⅵ)电还原反应的发生;增加Cr3+浓度会使阴极表面的电荷传递电阻增大。(2)以金属铬为研究电极,探索了Cr(0)在氯化钠、硫酸钠、氢氧化钠、氨水、硫酸和抗坏血酸水溶液体系中的电氧化过程。结果表明,Cr(0)容易在氢氧化钠水溶液中发生电氧化反应,生成Cr(OH)3和Cr(Ⅵ),当电极电位足够正时,Cr(OH)3进一步氧化生成Cr(Ⅵ);Cr(0)在硫酸水溶液中会发生表面钝化,钝化层保护金属铬表面不受氧化。当电极电势较高时,钝化层氧化溶解,从Cr(0)到Cr(Ⅵ)的电氧化反应开始进行;此外,Cr(0)可在氯化钠、硫酸钠和较高浓度的氨水水溶液中发生电氧化,难在低浓度氨水水溶液和抗坏血酸水溶液中发生电氧化。在高电极电势下,抗坏血酸水溶液中金属铬阳极表面会有膜层出现。(3)在1 mol·L-1铬酸水溶液中,以金属铁基底为研究电极,在其表面上电沉积出具有微纳结构的Cr_2O_3膜层,采用硬脂酸进行修饰,制备出具有超疏水特性的材料表面。表征结果显示,该超疏水表面的静态接触角为158.8°,滚动角为2.1°,腐蚀防护效率为99.94%。以金属铜基底为研究电极,在电解液中添加0.05 g·L-1硝酸钠,槽电压从6.1 V降至4.0 V,电沉积得到比表面积更大的Cr_2O_3膜层,经硬脂酸修饰后所得超疏水表面的静态接触角为165.4°,滚动角为1.8°,腐蚀保护效率达到99.9989%。(4)研究了一种多孔金属铬的制备方法。在硫酸和抗坏血酸混合水溶液中,采用脉冲蚀刻法对金属铬表面进行电化学蚀刻。由于抗坏血酸可以在金属铬部分晶面上吸附形成保护膜层,蚀刻后的金属铬表面呈现良好的多孔形貌。
[Abstract]:The pollution problem of the traditional chromium salt production process is prominent, which brings serious impact to the surrounding environment. The use of electrochemical method to produce chromium series products has the advantages of small environmental pollution and simple and controllable technological process. However, the mechanism of electrochemical reaction is still unclear, and need to be studied urgently. Cyclic voltammetry (CV). Electrochemical measurement methods such as EIS) and linear polarization curve (LSVV) and scanning electron microscopy (SEM). The electroreduction process of Cr (鈪，

本文编号：1477642