Электродные процессы при электрохимическом синтезе бисульфата графита

• Автор: Настасин, Владимир Александрович
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 139 с. : ил

Содержание
Введение.
1 .Коррозионно-электрохимическое поведение различных материалов в растворах серной кислоты.

1.1.Физико-химические свойства растворов серной кислоты.

1.2.Коррозионная устойчивость металлов и сплавов в серной кислоте.

1.2.1 .Влияние состава нержавеющих сталей.

1.2.2.Влияние состава и концентрации раствора на коррозию нержавеющих сталей.

1.3.Анодное поведение металлов в серной кислоте.

1.3.1 .Металлы платиновой группы и сплавы на их основе.

1.3.2.Свинец, железо и нержавеющие стали.

1.3.3 .Влияние концентрации, состава и температуры раствора.

1.4.Катодные процессы в растворах серной кислоты.
2.Методика эксперимента.
2.1.Коррозионные исследования материалов.
2.2.Электродные материалы.
2.3.Потенциометрические, потенциодинамические и потенциоетатичеекие измерения. 2.4.Элекгрохимичеекий синтез бисульфата графита.
2.5.Промывка бисульфата графита, вспенивание и получение образцов графитовой фольги.
2.6.Физико-химические методы анализа.
3.Изучение коррозионно-электрохимического поведения материалов в концентрированных растворах серной кислоты.
3.1.Коррозионные испытания.
3.2.Хроновольтамперометрия металлов в концентрированной серной кислоте при анодной поляризации.
3.3.Катодные процессы в концентрированных растворах
серной кислоты на различных металлах.
3.3.1.Потенциодинамические и потенциостатические исследования.
3.3.2.Волкомо- и гравиметрия на стальном катоде.
3.3.3.Изучение состояния поверхности стали и тантала
при катодной поляризации.
4. Апробация стальных электродов в условиях электрохимического синтеза бисульфата графита.
4.1 .Основные закономерности потенциостатического
синтеза бисульфата графита на платиновых электродах.
4.2.Электрохимический синтез бисульфата графита с
применением стальных электродов.
4.3.Апробация стальных электродов в реакторе электрохимического синтеза бисульфата графита непрерывного действия. 110 Основные выводы.
Список литературы.
Приложение I.Список основных сокращений.
Приложение 2.Результаты спектрального анализа и потенцио-
метрии разных партий стали марки 12Х18Н1 ОТ.
Приложение 3.Гравиметрические измерения коррозии в
серной кислоте.
Приложение 4.Волюмо- и гравиметрические измерения на стальном
катоде в серной кислоте различных концентраций.
Приложение 5.Акт о внедрении научно-технических разработок.
Приложение 6.Акт испытаний электрохимической установки
синтеза бисульфата графита.

Введение.
Обширный класс соединений внедрения графита (СВГ) представляет собой углеродную матрицу, в слоистую структуру которой могут быть внедрены атомы элементов, молекулы различных соединений, ионы с положительными и отрицательными зарядами [1]. При этом возможно образование различных ступеней внедрения [1,2]. Полученные СВГ в зависимости от концентрации и природы итеркалата обладают широким спектром физико-химических свойств. По типу связи углеродной матрицы с интеркалатом СВГ подразделяются на донорные, акцепторные и ковалентные [1]. В акцепторных соединениях графитовые слои приобретают распределенный положительный заряд, а в межслоевых пространствах находятся отрицательно заряженные ионы. К таким соединениям, в частности, относятся СВГ с кислотами.
Бисульфат графита (БГ) является одним из наиболее изученных соединений внедрения графита. В основном это определяется относительной легкостью его получения и практическим значением, поскольку БГ является промежуточным продуктом для получения пенографита [3-6]. Последний широко применяется для изготовления низкоплотных углеродных материалов и композитов многофункционального назначения [7,8]. Кроме того, возможно использование БГ как электрохимически активного соединения в качестве катодного реагента химических источников тока (ХИТ) [9,10].
Бисульфат графита получают или анодной обработкой графита в концентрированной серной кислоте [11,12], или химическим окислением, для чего в НгБСи дополнительно вводят окислитель (К2СГ2О7, КМп04, 1Ш03 и др.) [4,7]. Химический метод с применением бихромата калия и азотной кислоты в качестве окислителей является наиболее распространенным и используется в п ромышленных масштабах для производства БГ [3]. Этот способ синтеза БГ достаточно производителен, но не обеспечивает необходимой чистоты получаемого продукта. Даже при тщательной промывке в СВГ обнаруживаются следы окислителя и продуктов его восстановления, что не допустимо в ряде

выделения водорода и низкой механической прочностью [131,132]. Многочисленные попытки создания композиционных материалов на основе графита [133-136] хотя и позволяют повысить эксплуатационные характеристики катодов, но полностью не устраняют указанных выше недостатков. По-видимому, углеродные материалы в высококонцентрированных растворах серной кислоты не могут быть использованы в качестве эффективных катодов.
В последние года возрос интерес к использованию в качестве катодного материла титана и тантала [137,138], обычно применяемых как подложки при изготовлении анодов. Эти металлы обладают высоким сродством к водороду, на что указывают отрицательные значения энтальпии его растворения в этих металлах [23]. В связи с этим, поверхностный слой титана при катодной поляризации поглощает большое количество водорода. Процесс идет с выделением теплоты, при этом с повышением температуры общее содержание водорода в титане уменьшается. С другой стороны, увеличение температуры приводит к возрастанию растворимости водорода в а-титане [139], то есть водород частично перераспределятся в более глубокие слои металла. Оба эти факта приводят к тому, что при повышении температуры концентрация водорода в поверхностном слое металла уменьшается, следствием чего может быть упрочнение адсорбционной связи металл-водород. Если лимитирующей стадией является электрохимическая десорбция, то при этом будет наблюдаться уменьшение скорости процесса выделения водорода, что и подтверждается экспериментально [140]. Эти данные согласуются с механизмом катодного процесса на титане в растворах серной кислоты (разряд-замедленная электрохимическая десорбция), описанным в [141].
Выделение водорода на тантале в 5% Н2804 идет по двум параллельным путям [142]: один маршрут- это разряд- электрохимическая десорбция:
1Ь0теоНаж+01Г,
надс+ н2о+еон2+он;
а другой- выражается уравнениями:
(1.29)
(1.30)