Составной анод с продленным сроком эксплуатации

Полезная модель относится к области электрохимических производств, в частности, к изготовлению и ремонту составных магнетитовых анодов для процессов электролиза водных сред с рН=2÷14. Задачей полезной модели являлось понижение скорости роста паления напряжения на составных анодах и увеличение срока их эксплуатации. Технический результат достигается закрытием дефектов активного покрытия наполнителем, находящимся в газообразном или жидком состоянии с последующей конденсацией и затвердеванием (охлаждение, полимеризация). В качестве наполнителя применяются вещества органического и неорганического происхождения, обладающих необходимым сочетанием физико-химических свойств.

Полезная модель относится к области электрохимических производств, в частности, к изготовлению и ремонту магнетитовых анодов для процессов электролиза водных сред с рН=2-14 (промышленный электролиз, катодная защита от коррозии внешним током, электрохимическая очистка сточных вод).

Известен составной анод для электролиза с основой из вентильного металла (алюминий, молибден, ниобий, тантал, титан, вольфрам, цирконий или их сплавы) и активным покрытием из оксидов марганца, железа, кобальта, никеля с включениями частиц оксидов олова, сурьмы, марганца, вентильных металлов [Пат. US №4243503, от 06.01.1981 г.].

Известен составной анод для электролиза щелочных растворов, содержащий основу из титана и активное покрытие из магнетита и стеклоэмали [Пат. DE №1964999, от 01.07.1971 г.].

Наиболее близким аналогом (прототипом) предложенной полезной модели является составной анод для электролиза водных сред содержащий основу из титана и активное покрытие из магнетита [FR №2009337 (69 16957 нац. peг.), от 30.01.1970 г.].

Общими недостатками всех перечисленных устройств являются:

- рост падения напряжения на анодах в процессе работы, существенно ограничивающий срок их эксплуатации;

- невозможность эксплуатации анодов имеющих механические повреждения активного покрытия (сколы, отслаивания, трещины).

Задачей предлагаемой полезной модели являлось понижение скорости роста паления напряжения на составных анодах и увеличение срока их эксплуатации.

Сущность полезной модели поясняется фигурой, где изображен фрагмент анода. Составной анод, содержащий основу из титана (1) и активное покрытие из магнетита (2), отличается от прототипа тем, что дефекты активного покрытия (2) заполнены наполнителем (3). Дополнительное отличие состоит в том, что материал наполнителя должен обладать определенными свойствами, обеспечивающими решение поставленной задачи.

Активное покрытие из магнетита, наносимое на титановую основу плазменным методом, спеканием прессованного порошка Fе ₃O₄ или термическим разложением соединений железа обладает значительной пористостью [Кудинов В.В., Пекшев П.Ю., Белащенко В.Е., Солоненко О.П., Сафиуллин В.А. Нанесение покрытий плазмой - М.: Наука, 1990. - 408 с.;

Фиошин М.Я., Смирнова М.Г. Электрохимические системы в синтезе химических продуктов. - М.: Химия, 1985. - 256 с.]. В этом случае процесс электролиза протекает не только на поверхности составного анода, но и на поверхности пор [Хоришко Б.А. Анодная поляризация магнетитового напыления на титан в растворе хлорида натрия. / Материалы научно-технической конференции Новомосковского филиала МХТИ им. Д.И.Менделеева, Новомосковск, 1994 / М., 1994, ч.I, с.120-122. Деп. в ВИНИТИ №2685-В95 от 05.10.95]. Через макродефекты (сколы, отслаивания, трещины) и микродефекты (поры) кислород водной среды и продукты электролиза проникают к титановой основе, чем ускоряется ее окисление. Накопление определенного количества кислорода на границе титановая основа - магнетит вызывает запирание анодного тока на образующемся оксиде титана TiO₂. Это приводит к росту падения напряжения на составном аноде [Hayes М., Kuhn А.Т. - J. Appl. Electrochem., 1978, v.8, р.327-332]. Таким образом, составной анод становится непригодным для дальнейшей эксплуатации. Для торможения роста падения напряжения на составном аноде необходимо уменьшить поток кислорода к границе титановая основа -магнетит. Как техническое решение этой задачи полезной моделью (фиг.)

предлагается заполненить дефекты активного покрытия (2) специальным материалом, он же - наполнитель (3), находящимся в газообразном или жидком состоянии с последующей конденсацией и затвердеванием (охлаждение, полимеризация). В качестве наполнителя (3) применяются вещества органического и неорганического происхождения. В первую очередь заполняются макродефекты, для чего используются синтетические смолы и органические полимеры с хорошей адгезией к основе и к активному покрытию. После затвердевания эти материалы обладают собственной пористостью, поэтому, как и пористое активное покрытие, требуют заполнения - пропитку. Чтобы остановить электролиз в микродефектах покрытия, а также проникновение продуктов электролиза и кислорода водной фазы к основе, пропитывающее вещество, оно же - наполнитель, должно обладать сочетанием следующих свойств:

- гидрофобность;

- хорошая адгезия к материалу активного покрытия;

- инертность в условиях эксплуатации;

- маленькая вязкость в жидком состоянии;

- большое удельное электрическое сопротивление;

- температура плавления (кипения) более низкая, чем у материала активного покрытия, но более высокая, чем температура хранения и эксплуатации анода.

Информация о веществах, сочетающих вышеизложенные свойства имеется в технической литературе [Якименко Л.М. Электродные материалы. - М.: Химия, 1977. - 246 с. или Выдра Ф., Штулик К., Юланова Э. Инверсионная вольтамперометрия. - М.: Мир, 1980. - 280 с].

Пример.

Трубчатую основу (_внеш.=25 мм; l=420 мм) из титана ВТ-0 предварительно подвергали струйно-абразивной обработке, нагревали до 150°С в атмосфере аргона, и послойно покрывали магнетитом толщиной 2 мм

с помощью плазматрона. Плазмообразующим газом служил аргон. Далее токоподвод и внутреннюю поверхность основы изолировали. Для имитации повреждений на части изготовленных таким образом составных анодов искусственно создавали макродефекты. Заполнение макро- и микродефектов осуществлялось двумя веществами в трех вариантах: 1. эпоксидная смола ЭД-20; 2. расплавленная смесь: парафин + полиэтилен; 3. последовательно: эпоксидная смола - смесь: парафин + полиэтилен. Составные аноды без заполнения дефектов (прототип) и с заполнением (полезная модель) подвергали анодной гальваностатической поляризации в водных растворах: 0,5М H₂SO₄; 0,5М Nа ₂SO₄; 5,5М NaOH; при условиях: Т298 К; Р101328 Н·м^-2; i _а=500 А·м^-2; =72000 мин.. Исследовали скорость изменения потенциала (dE/d). В каждом опыте исследовалось семь образцов. Результаты исследований с параметрами статистической обработки приведены в таблице. Из таблицы видно, что предложенная полезная модель решает поставленную задачу. Заполнение дефектов магнетитового покрытия гидрофобным, неэлектропроводным материалом более, чем на порядок снижает скорость роста падения напряжения на составном аноде, что существенно увеличивает продолжительность эксплуатации электрода.

Таблица
Изменение потенциала составного анода в процессе работы. (Материал основы: ВТ-0; активное покрытие Fе3 O4=2 мм; Т198 К; Р101325 Н·м-2; =72000 мин; ia=500 А/м 2)
	dE/d·106, В/мин, n=7, д=0,95
Водный раствор	Без пропитки	Эпоксидная смолаЭД-20	Смесь: парафин + полиэтилен	Эпоксидная смола, парафин + полиэтилен
0.5 М H 2SO4	63.4±3.1	1.94±0.18	0.89±0.03	0.69±0.02
0.5M Na2SO4	95.1±4.0	2.53±0.33	1.20±0.17	0.71±0.02
5M NaOH	131±17	2.51±0.31	1.04±0.14	0.72±0.03

1. Составной анод для электролиза водных сред с титановой основой и активным покрытием из магнетита, отличающийся тем, что дефекты активного покрытия заполнены наполнителем.

2. Составной анод по п.1, отличающийся тем, что в качестве наполнителя применяются гидрофобные, инертные диэлектрики имеющие: температуру плавления (кипения) ниже, чем у материала покрытия и выше, чем температура хранения и эксплуатации анода, маленькую вязкость в жидком состоянии, хорошую адгезию к материалам покрытия и основы.