锌铝混合粉的析氢行为及抑制剂研究

首先研究了不同比例混合的片状锌粉和铝粉,在pH=7.0的水性环境10 mass%乙二醇单丁醚的水溶液中的析氢行为,进而研究了硼酸和植酸对混合粉析氢的抑制作用.结果表明:1)单一的锌粉和铝粉析氢量较小,而混合后析氢量显著增加,析氢主要来自于铝粉,锌粉贡献很小.随着铝粉比例的增加,混合粉的析氢量、析氢速度和析氢率也逐渐增加.2)针对锌粉:铝粉为8∶2和2∶8的两个比例,硼酸和植酸都能有效抑制混合粉析氢的速度和总量,其中硼酸和植酸的最佳使用浓度分别为20 g/L和1 g/L.     

不同添加剂对锌粉的析氢抑制及无铬达克罗稳定性的影响

研究了不同性状的锌粉在pH≈9的水性条件下的析氢行为,及不同抑制剂对锌粉析氢的抑制作用.结果表 明:锌粉的析氢活性顺序为:片状>球状>锌粒;植酸可以有效的降低片状锌粉的析氢量(93%),其最佳浓度为(5g/L);以植酸为析氢抑制剂配制无铬达克罗涂料,有效的提高了涂料的储存稳定性(20天),同时植酸的加入并未降低涂层的防护性能.     

钛基镍钴合金电极的制备及析氢性能

目的降低电极的析氢过电位,提高析氢性能,从而降低电解水制氢的成本,促进氢储能技术的发展。方法通过异相共沉积法,制备了镍钴合金电极。利用场发射扫描电镜(SEM)、电化学交流阻抗(EIS)对纯镍电极及镍钴合金电极进行表征,采用阴极极化曲线(LSV)探究了电沉积液中Ni/Co元素的比例、电沉积电位及电沉积时间对镍钴合金电极析氢性能的影响。结果 SEM结果揭示了纯镍电极及镍钴合金电极表面分别是粒径约为100 nm左右的镍颗粒和镍钴颗粒。EIS结果说明了镍钴合金电极的导电性能优于纯镍电极。此外,纯镍电极、镍钴合金电极的阴极极化曲线测试表明在电流密度为30 mA/cm~2时,镍钴合金电极的析氢过电位比纯镍电极降低55 mV,降低了近20%。结论通过异相共沉积法制备镍钴合金电极,制备方法简单、方便、快速,其析氢性能优于纯镍电极。镍钴合金电极的最优制备工艺条件为:NiSO_4·6H_2O 27 g/L,CoSO_4·7H_2O_3 g/L,H_3BO_3 10 g/L,Na_2SO_4 10 g/L,柠檬酸10 g/L,十二烷基硫酸钠0.1 g/L,pH值4.0,电沉积电位-1.3 V,电沉积时间10 s。     

SiO_2包覆铝粉对锌铝混合粉的析氢抑制

以正硅酸乙酯(TEOS)为原料在片状铝粉表面包覆SiO_2,通过扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)对包覆的铝粉进行表征,并研究了包覆铝粉对锌铝混合粉的析氢行为的影响.结果表明:SiO_2包覆铝粉后可以有效地抑制锌铝混合粉的析氢,包覆工艺最佳水硅比为10:1;SiO_2膜与Al粉间存在Si-O-Al的化学键作用.     

吐温20对锌电极性能影响的掠射椭偏法研究

利用掠射式椭圆偏振光谱法现场考察了添加吐温20前后碱性介质中锌电极析氢性能的变化及其对锌电极性能的影响.试验结果表明:吐温20作为电解液添加剂能够影响1mol/dm3KOH溶液中锌电极上的析氢过程,随着吐温20添加浓度的增加,对析氢的抑制作用增加.掠射椭圆偏振参量与电极电位关系进一步表明吐温20对锌电极析氢过程的抑制作用属于几何覆盖效应,同时也表明碱性电解液中添加适宜浓度的吐温20可以有效地抑制阴极过程中锌电极的析氢反应、枝晶形成与电极变形.     

强碱性介质铝阳极析氢影响因素研究

结合恒电流集气试验和表面分析手段研究了强碱性介质中影响铝阳极析氢作用的因素,分析了铝阳极的合金化、电解液浓度、工作温度和抑氢物质对材料析氢性能的影响.结果表明:4 mol/L KOH是综合性能较好的强碱性介质,并且选择稀土铝阳极,引入邻胺基苯酚抑氢剂,能够显著抑制铝阳极表面的析氢速率.     

钛基Ni-Co-P非晶合金镀层电极的析氢性能

通过电沉积在钛基体上制备了非晶态Ni-Co-P合金镀层.在7mol/L NaOH溶液中进行的电化学测试结果表明,Ni-Co-P合金电极的析氢过电位明显低于镀镍阴极和纯钛阴极;计算了电极析氢反应的电化学动力学参数,表明非晶态Ni-Co-P合金电极具有较好的析氢电催化活性.     

片状Al-Zn-Si合金粉的析氢行为与抑制剂研究

通过析氢实验考察了不同锌与铝析氢抑制剂对Al-Zn-Si合金片粉在10 mass%乙二醇单丁醚水溶液的析氢抑制作用,并用傅里叶红外测试、扫描电镜和XRD等手段对合金粉末试样进行分析和表征。结果表明四丁基溴化铵(TBAB)和羟乙叉基二膦酸(HEDP)对铝锌硅合金粉在10 mass%的乙二醇单丁醚水溶液中的析氢有较好的抑制效果;当TBAB/Al-Zn-Si=50(mass%)、HEDP/Al-Zn-Si=100(mass%)时缓蚀效果最为理想,缓蚀效率可分别达到78.99%和62.77%;结合电位-pH图对合金粉在碱性介质的微电偶腐蚀特征给出了解释,最后初步探讨了析氢抑制剂缓蚀机理。     

5-氨基四氮唑存在下的锰电沉积行为

采用5-氨基四氮唑(AT)作为锰电沉积过程的新型添加剂,研究不同添加剂用量、电流密度、Mn2+浓度、硫酸铵浓度等条件对锰电沉积电流效率的影响,以及添加剂存在下电解液中杂质离子对电沉积的影响。采用SEM观察了锰电沉积过程中的电极表面状态,采用线性电位扫描法研究添加剂对阴极电极过程的影响。结果表明:在添加剂AT用量0.07 g/L、电流密度460 A/m2、[Mn2+]18 g/L以上、硫酸铵浓度100~120 g/L的电解条件下,锰沉积过程中电流效率可达72%以上,使用该添加剂容许电解液中有少量Fe、Co、Ni、Cu杂质离子存在。锰沉积过程中电流效率变化与电镜观察的锰成晶生长以及阴极板表面的粗糙程度具有相关性,添加剂AT通过对竞争析氢反应的抑制作用来提高锰沉积的电流效率。     

低温低溶解氧海水环境中X70钢阴极极化行为研究

采用动电位极化曲线及恒电位极化法研究了X70管线钢在低温低溶解氧海水中的阴极极化行为,线性极化测试和表面分析技术分析了阴极保护后钙镁沉积层的形成情况.结果表明,8℃、1.5 mg/L溶解氧海水中X70管线钢的析氢电位最正,4℃、3.0 mg/L溶解氧海水中析氢电流密度最小.在低温低溶解氧海水中钙质层难以形成,要得到致密良好的钙质层需要较高的保护电位.低温低溶解氧海水条件有利于Mg（OH）₂沉积,对CaCO₃形成不利.     

柠檬酸钠对Ni-Sn-Mo合金电沉积机理及析氢行为的影响

目的 在酸性柠檬酸钠体系中,研究了柠檬酸钠对Ni-Sn-Mo合金电沉积机理的影响,明确最大电极反应速率和析氢性能最好的合金镀层对应的柠檬酸钠浓度。方法 采用循环伏安法、电化学阻抗谱、计时电流法和阴极极化曲线,对不同柠檬酸钠浓度下Ni-Sn-Mo合金电沉积行为及析氢性能进行研究,采用扫描电镜对Ni-Sn-Mo合金的表面形貌进行表征,并用能谱仪检测合金的成分。结果 由循环伏安曲线得出Ni-Sn-Mo合金的电沉积是一个不可逆过程,当柠檬酸钠浓度为0.2 mol/L时,合金共沉积还原峰的电位最正（-0.96 V(vs. Ag/Ag+)）。由电化学阻抗谱可知,当柠檬酸钠浓度为0.1 mol/L时,在低频端出现扩散特征;当柠檬酸钠浓度为0.2~0.4 mol/L时,反应不受扩散影响;当柠檬酸钠浓度为0.2 mol/L时,极化电阻（Rp）达到最小值（11 718.1 Ω?cm2）,电极反应最容易发生。由计时电流曲线可知,随着柠檬酸钠浓度的增大,Ni-Sn-Mo合金晶核形成始终遵循连续成核规律。由SEM和EDS分析表明,随着柠檬酸钠浓度增大,Ni-Sn-Mo合金的晶粒尺寸先减小后增大;随着合金中Sn含量增加,合金的晶粒由胞状转变为不规则形状。由阴极极化曲线和电化学阻抗谱可知,当柠檬酸钠浓度为0.1 mol/L时,析氢电位（-1.05 V）最正,电荷转移电阻（4.906 Ω?cm2）最小,析氢性能最好,从能量因素和几何因素上都改善了合金的析氢性能。结论 当柠檬酸钠浓度为0.2 mol/L时,还原峰电位最正,电极反应最容易发生。在Ni-Mo合金镀层中添加Sn,增加了镀层的比表面积,并且提高了电子传输速率,有利于析氢性能的提高。     

磺基水杨酸对镍硫合金涂层结构及电化学性能的影响

以硫脲为硫源、磺基水杨酸为改性剂,采用改进的Watt浴体系电沉积制备镍-硫合金涂层电极,用SEM观察涂层表面形貌,XRD分析涂层结构与相组成,电化学测试方法分析涂层的电化学行为.结果表明,磺基水杨酸在电沉积过程中既促进了晶核的形成,又阻碍了晶粒的长大,导致Ni-S沉积层的晶粒细化、非晶态化程度和硫含量的提高.所制备的Ni-S合金涂层具有较好的附着力,用于碱性水电解时有较高的析氢活性.当镀液中磺基水杨酸浓度为5 g/L时,Ni-S合金镀层附着力增大至19 MPa,析氢过电位降低约13 mV.     

高活性铝合金阳极的电化学行为

制备了Al-Ga-In-Bi-Pb-Mg、Al-Ga-In-Cd-Mg和Al-Ga-In-Pb-Mg等3种铝阳极合金材料.采用腐蚀质量损失法、排水法和电化学方法分别测试了合金的自腐蚀速率、析氢速率及电化学性能,并采用SEM分析了合金腐蚀后的表面形貌.结果表明,制备的3种铝阳极合金在5 mol/L的NaOH溶液中均具有较负的开路电压、低的自腐蚀速率和析氢速率,并且随着极化电位的增加,各合金均具有很高的电化学活性.     

一步电沉积法制备Ni-Mo-Nd/NF复合电极及其析氢性能研究

目的 采用一步恒电流沉积法在泡沫镍基底上制备出镍-钼-钕三元析氢电极,提高碱性条件下的析氢性能。方法 使用电化学工作站研究工艺参数对Ni-Mo-Nd/NF析氢电极性能的影响,同时制备Ni-Mo/NF析氢电极,使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析仪(XRD)、能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)对合金镀层表面形貌、相结构、元素含量及成键状态进行表征。通过线性扫描伏安法(LSV)、循环伏安法(CV)及电化学阻抗技术(EIS)测试电极析氢性能。结果 最佳工艺参数为:pH=4.5,电流密度30 mA/cm²,沉积时间60 min,温度30 ℃。在1.0 mol/L KOH溶液中,Ni-Mo-Nd/NF电极在10 mA/cm²下的析氢过电位仅为73 mV,Tafel斜率为147 mV/dec,表明析氢反应机理遵循典型的Volmer-Heyrovsky步骤。此外,Ni-Mo-Nd/NF电极在长时电解24 h时电流密度保持稳定,2 000次循环伏安测试后,催化剂的活性衰减微小。结论 稀土元素Nd的掺杂,能够细化电极表面的球形颗粒并提高电极表面粗糙度,从而提升电极的比表面积,为析氢反应提供更多的活性位点,利于析氢反应效率的提高。由于三元合金的协同作用,与二元合金Ni-Mo/NF相比,Ni-Mo-Nd/NF三元合金电极显示出更优异的HER催化性能。     

芦苇浆造纸黑液资源化处理新工艺

针对芦苇浆造纸产生的浓缩黑液的特点,提出了黑液脱硅—酸析回收木质素—三维电极电解—苛化回收NaOH—出水返回生产的工艺流程。采用Ca(OH)2沉淀法去除黑液中的SiO2,黑液中硅含量由6.68 g/L降至0.12g/L,脱硅率为98.20%;黑液脱硅后加入H2SO4去除COD并回收木质素,CODCr由220.648 g/L降至54.179 g/L左右,脱除率达到75.45%,每100 mL黑液可回收8.5 g木质素。FTIR、SEM和EDX的分析结果表明:酸析木质素结构以紫丁香基和对羟基的单体结构为主;采用三维电极反应器处理酸析液,残余CODCr为36.761 g/L,TOC的去除率达35.57%;利用苛化法回收残碱,用于制浆蒸煮工段,实现废水的零排放。苛化后的黑液中有效碱浓度为8.30 g/L,苛化度为78.60%,苛化后TOC降低了9.99%,残余CODCr浓度为33.085 g/L,可返回生产,实现了资源的综合回收与利用。     

Ni-Cr-Cu三元合金电极制备及其析氢性能研究

以废旧紫铜片为基体,Ni粉、Cr粉为覆膜材料,通过活化反应烧结法制备了Ni-Cr-Cu三元合金电极材料。采用X射线衍射分析(XRD)、场发射电镜(SEM)、能谱(EDS)等对电极的物相、形貌结构、元素分布以及析氢产物进行表征;通过循环伏安、线性极化、交流阻抗等方法测试了合金电极材料的电催化析氢性能。结果表明,Ni-Cr-Cu三元合金薄膜电极具有优异的析氢性能,调节Cr元素的含量可提高其析氢催化活性,在室温条件下,Ni30%Cr-Cu三元合金电极材料在6 mol/L KOH的溶液中析氢性能较好,其析氢过电位仅有-0.13 V (vs RHE),交换电流密度为10 mA/cm~2时对应的极化电位为-0.145 V (vs RHE);经开路电位测试36 000 s后,电极材料的开路电位(η)从0.05 V变化为0.02 V,仅降低0.03 V,表明析氢电极化学稳定性良好。     

NaPO_3与SDBS缓蚀剂对AZ31镁合金空气电池在NaCl电解液中放电性能的影响

研究了以铸态AZ31镁合金为阳极材料的镁空气电池在加入了0.5 g/L NaPO_3、0.5 g/L十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、0.5 g/L NaPO_3+0.5 g/L SDBS作为缓蚀剂的3.5%(质量分数) NaCl电解液中的放电性能,测试了AZ31镁合金在不同缓蚀剂溶液中的自腐蚀速率、动电位极化曲线、EIS谱,并使用SEM观察了阳极材料在不同缓蚀剂溶液中的放电形貌。结果表明,加入缓蚀剂可以较好地抑制析氢腐蚀,提高阳极利用率,弱化阳极极化,提高放电电压。其中在NaPO_3+SDBS缓蚀剂溶液中,镁空气电池阳极腐蚀最弱,缓蚀效率可以达到85%,阳极利用率达到43.2%。     

多孔Ni-Cu-Ti-La2O3复合电极的制备及其析氢性能

采用粉末冶金方法烧结制备了多孔Ni-Cu-Ti-La₂O₃复合电极,讨论不同La₂O₃的掺杂量对电极析氢性能的影响。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等测试手段对电极的微观结构和物相组成进行表征。结果表明：Ni-Cu-Ti合金体系中La₂O₃的掺杂可有效提高电极材料的电荷传输速率,多孔Ni-Cu-Ti-La₂O₃复合电极在6 mol/L KOH溶液中表现出良好的析氢催化活性,其整体析氢催化活性明显优于多孔Ni-Cu-Ti、Ni-Cu-W、Ni-Cu-Co、Ni-Cu-Zr和Ni-Cu电极;当烧结温度为1000℃时,成分为Ni-CuTi-9La的多孔复合电极具有最佳的析氢催化性能,其Tafel斜率为63.18 mV/dec,电流密度在10 mA/cm²时过电位为1077 mV(vs Hg/HgO),多孔Ni-Cu-Ti-La₂O₃     

电沉积非晶/纳米晶Ni-Mo-La合金电极的析氢性能

在非晶/纳米晶Ni-Mo合金镀液中添加适量的LaCl3溶液,获得了非晶/纳米晶混合结构的Ni-Mo-La合金电极。结果表明:稀土La元素的加入,有利于镀层Mo含量的提高,形成非晶态Ni-Mo合金,细化镀层晶粒,减小镀层微应变,并使镀层表面积增加。在25℃、7 mol/L的NaOH溶液中的电化学实验表明:Ni-Mo-La合金电极比Ni-Mo合金电极具有更高的析氢催化活性,在电流密度为150 mA/cm2条件下,Ni-Mo-La合金电极的析氢过电位比Ni-Mo合金电极的降低了约80 mV。Ni-Mo-La合金具有储氢材料的特性,其析氢过程含有吸氢—储氢—脱附的过程。     

Al-Ga-Mg-Sn-xZn阳极合金组织和腐蚀电化学性能

对不同Zn含量的Al-Ga-Mg-Sn-xZn系列阳极合金的组织及腐蚀形貌进行观察和分析,并测试了该系列合金在4 mol/L NaOH溶液中的析氢速率、开路电位、极化曲线等腐蚀电化学性能指标,研究了Zn对Al-Ga-Mg-Sn合金组织和腐蚀电化学性能的影响。结果表明:Al-0.1Ga-1Mg-0.1Sn-xZn合金中的析出相主要为富Sn相,合金元素Zn主要固溶于Al基体中,添加0.5%和1%(mass%)的Zn后,合金的耐蚀性提高,开路电位和恒电流放电工作电位均有所负移,Al-0.1Ga-1Mg-0.1Sn-1Zn合金的综合腐蚀电化学性能较好,在4 mol/L NaOH溶液中,稳定开路电位约-1.72 V(vs.Hg/HgO),析氢速率为0.202 mL·cm-2·min-1,100 mA·cm-2放电时工作电位达-1.41 V(vs.Hg/HgO),腐蚀形貌均匀。