高效电解二氧化锰电化学分析研究

采用循环伏安、线性伏安、电化学阻抗谱等分析测试手段并结合电解实验,系统地研究了硫酸体系下Mn²⁺的电化学氧化行为。结果表明,Mn²⁺→MnO₂的电氧化过程存在钝化现象,为实现MnO₂的高效电解,需合理控制阳极电位,从而避免析氧和生成MnO₄^?。升高电解温度可有效改善电解MnO₂过程的界面钝化;通过控制合理的阳极电流可获得更高的电流效率。在50 g/L H₂SO₄+25 g/L Mn²⁺电解液中,80℃下,当阳极电流密度为6 mA/cm²时,电流效率可达到96.6%。     

锌对AlCl3-BMIC离子液体电解精炼铝的影响

考察了锌对AlCl3-BMIC离子液体电解槽炼铝的影响。结果表明:锌的氧化电位相对于铝为0.23V,铝中含锌其钝化电位负移。随着阳极锌含量增加,阴极铝沉积物中的锌含量升高,阳极含锌量为4%时,阴极中锌含量只有阳极含量的1/62,电流效率在94%以上,能耗在1.58kWh/kg-Al～1.68kWh/kg-Al;随着离子液体中Zn(II)的增加,阴极沉积物锌含量增加,铝电沉积的电流效率会有少量的降低,槽电压和能耗变化不大。SEM研究发现,随着沉积层锌含量的增加,晶粒细化,沉积层表面更加平整致密。     

硫化砷渣表面改性-水泥固化试验研究

将硫化砷渣与CaO混合,分别用空气和双氧水对其氧化,考察硫化砷渣与CaO反应的钙化效果。XRD分析证明Ca₃(AsO₄)₂·11H₂O、CaO·As₂O₅·SO₂、CaHAsO₄·H₂O的生成。用少量双氧水仅对硫化砷颗粒表面进行氧化,表面被氧化的硫化砷颗粒与氧化钙生成砷酸钙层,这种表面改性的硫化砷渣用水泥固化的方法进行砷的稳定性处理,水泥固化体砷的浸出浓度最低可达0.63 mg/L,低于GB 18598-2019《危险废物填埋污染控制标准》中砷浸出浓度1.2 mg/L的填埋限值。     

BMIC-AlCl3离子液体的电化学性能

研究了酸性BMIC-xAlCl3(氯化-1-丁基-3-甲基咪唑-AlCl3)离子液体的电化学性能。结果表明,x(AlCl3)(AlCl3的摩尔分数)对离子液体的电化学性能有着较大的影响。当0.50.667时,随着x(AlCl3)进一步增大,电导率开始下降,阴极电流密度减小,阴极电流效率减小。沉积层随着x(AlCl3)的增大变得平整致密。此外,红外光谱研究发现,随着x(AlCl3)的增大,AlCl4-的吸收峰逐渐减弱,Al2Cl-7的吸收峰增强,但当x(AlCl3)>0.667时,Al2Cl-7的吸收峰又稍有减弱。     

Urea-NaCl-ZnCl2离子液体中电沉积Zn-Ti合金

采用电化学方法研究urea-NaCl-ZnCl2-TiCl4离子液体中Ti(Ⅳ)在玻碳电极的阴极还原过程,并应用恒电位沉积考察温度、电位和ZnCl2含量对沉积层的影响。结果表明:阴极反应为准可逆反应,Ti(Ⅳ)可逐步还原为Ti(0);在低碳钢上,Zn和Ti发生诱导共沉积,得到平整的沉积层;适当提高沉积温度和电位可使沉积颗粒细化,镀层表面更加致密平整,但ZnCl2含量的增加对Zn-Ti合金沉积有阻碍作用;当ZnCl2的摩尔分数为10%、温度为80℃、沉积电位为1.5~2.0 V时,得到的镀层平整、致密、光滑,粒径约为0.8μm。     

AlCl3-BMIC离子液体中Na+含量对铝电沉积的影响

测定AlCl3-BMIC离子液体(摩尔比2:1)电导率与Na+含量的关系,采用循环伏安法研究不同Na+含量离子液体的电化学性能,并通过恒电流电沉积考察Na+含量对槽电压、电流效率、沉积层形貌及电沉积铝纯度的影响。结果表明:随着Na+含量增加,离子液体的电导率和铝电还原峰值电流密度降低,交换电流密度增加,传递系数基本保持不变;而且铝沉积的电流效率降低、能耗增加。此外,当离子液体中Na+含量低于0.2 g/L时,对铝沉积层形貌影响不大,当Na+含量增加到0.5 g/L时,沉积层变得平整致密,颗粒减小,但进一步增加Na+含量,颗粒又逐渐长大。离子液体中Na+的存在对铝沉积层的纯度影响很小,即使Na+含量高达2.0 g/L,铝沉积层中Na含量也非常低。     

NaCl对urea-ZnCl_2离子液体性能的影响

研究了NaCl添加剂对urea-ZnCl2低共熔离子液体熔点、电导率的影响规律。结果表明:NaCl加入不能改变离子液体熔点随组分氯化锌摩尔分数[x(ZnCl2)]的变化规律,但可以降低离子液体的熔点。在x(ZnCl2)≤25%的范围内,离子液体的熔点随着NaCl加入量的增加而降低;但在x(ZnCl2)25%的范围内,随着NaCl浓度的进一步增加,体系的熔点逐渐升高。此外,NaCl对离子液体的电导率影响也与x(ZnCl2)密切相关。当x(ZnCl2)22%时,NaCl的加入可以改善离子液体电导率,且随NaCl浓度的增加而稍稍提高;但x(ZnCl2)超过22%,NaCl的加入反而降低离子液体的电导率。     

KCl对AlCl3-BMIC离子液体电导率的影响

在AlCl3摩尔分数为0.667的路易斯酸性AlCl3-BMIC离子液体中,研究了KCl对体系电导率的影响。结果表明:AlCl3-BMIC离子液体的电导率随着KCl摩尔浓度的增加逐渐减小;随着温度的升高而逐渐增大。AlCl3-BMIC离子液体的电导率与KCl浓度及温度的关系符合如下方程:k=3.64×102e-16R7T19-(-4.20+1.76×10-2T)CKCl     

四甲基氯化铵对AlCl_3-BMIC离子液体体系在铜基体上电解精炼铝的影响

讨论了四甲基氯化铵(TMAC)对AlCl3-BMIC(AlCl3摩尔分数为0.667)离子液体体系在铜基体上低温电解精炼铝过程中的电流效率、槽电压和能耗的影响。结果表明:TMAC的加入能够提高电流效率,降低槽电压和能耗;且在铜基体上能够得到光亮、平整致密、晶粒细化的铝沉积层。当TMAC加入量为0.02mol/L时,能够获得最大电流效率(91%)和最低能耗(0.861kWh/kg-Al);而且阴极极化曲线表明,阴极铝还原峰电位逐渐向正方向移动,TMAC对电解精炼铝过程中的铝电还原有去极化影响。所有实验条件下,铜基体上所得铝沉积层的纯度超过99.9%。     

Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)在[Bmim]BF_4-FeCl_3-H_2O体系中的电化学行为

采用循环伏安法研究了Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)在[Bmim]BF4-FeCl3-H2O体系中的电化学行为。研究表明,在[Bmim]BF4-FeCl3-H2O体系中只观察到Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)的氧化还原反应,没有观察到Fe(Ⅱ)/Fe的氧化还原;Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)的氧化还原反应是扩散控制的可逆过程。还原峰值电流随扫描速率增大而增大,并符合Randles-Sevcik方程。Fe(Ⅲ)在[Bmim]BF4-FeCl3-H2O体系中的扩散系数与温度的关系符合Arrhenius公式,其扩散活化能为41.432 kJ/mol。