首页 / 专利库 / 表面处理和涂层 / 表面处理 / 涂层工艺 / 喷涂 / 热喷涂 / 等离子喷涂 / 用于低氯超电压的含PD涂层

用于低氯超电压的含PD涂层

阅读:258发布:2022-11-12

专利汇可以提供用于低氯超电压的含PD涂层专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种电催化涂层及其上具有涂层的 电极 ,其中该涂层是优选为铂系金属 氧 化物与或不与 阀 金属氧化物的混 合金 属氧化物涂层,并且含有过渡金属组分例如钯、铑或钴。该电催化涂层尤其可用作用于含卤素溶液 电解 的 电解池 的 阳极 部件,其中钯组分降低了该阳极的工作电势并且消除了为获得最低阳极电势的“试运转”期的必要性。,下面是用于低氯超电压的含PD涂层专利的具体信息内容。

1.制造用在含卤素溶液的电解中的电极的方法,其中所述电极在 所述电解期间提供降低的工作电势,该方法包括以下步骤:
a)提供其上具有中间电催化涂层的金属基材;
b)将所述阀金属基材涂上基本由钯、铑或钴化物的一种或多种 组成的过渡金属氧化物混合物的溶液的顶涂层,所述混合物提供约0.1 mol%-约10mol%的涂层总过渡金属氧化物含量。
2.根据权利要求1的方法,其中所述阀金属基材是阀金属网、片 材、叶片、管、穿孔板或线材元件的一种或多种,并且所述阀金属是 、钽、、铪、铌、锆、钼或钨、它们的合金及其金属间混合物的 一种或多种。
3.根据权利要求2的方法,其中所述阀金属电极基质的表面是粗 糙表面,并且所述粗糙表面通过晶间浸蚀、喷砂处理、锤击、磨蚀或 等离子体喷射的一种或多种制备。
4.根据权利要求3的方法,其中在所述粗糙表面上设置了陶瓷氧 化物阻隔层作为预处理层。
5.根据权利要求3的方法,其中所述中间电催化涂层包括铂系金 属或金属氧化物、磁矿、铁氧体、氧化钴尖晶石、氧化和氧化锑, 和/或包含至少一种阀金属氧化物和至少一种铂系金属氧化物的混合 结晶材料,和/或包含二氧化锰、二氧化铅、铂酸盐替代物、镍-镍氧 化物或镍加上镧的氧化物的混合物的一种或多种。
6.根据权利要求5的方法,其中所述顶涂层的所述过渡金属氧化 物是氧化钯,并且所述氧化钯以约0.4mol%-约6mol%的数量存在。
7.根据权利要求1的方法,其中所述方法进一步包括将所述涂层 加热的步骤,并且所述加热是在至少约350℃-约550℃的温度烘焙 至少约3分钟-约20分钟的时间。
8.根据权利要求1的方法,其中在用于制备氯、氯酸盐或次氯酸 盐的一种或多种的工艺中,所述电极是阳极
9.根据权利要求1的方法,其中所述电极在所述电解期间提供数 量约10毫伏-约100毫伏的工作电势降低量。
10.根据权利要求1的方法,其中通过浸渍旋涂法、浸渍流干法、 刷涂、辊涂和喷涂的一种或多种将所述中间电催化涂层和所述顶涂层 涂覆在所述阀金属基材上。
11.用于含卤素溶液电解的电解池,包含通过权利要求1的方法 制造的电极。
12.用在含卤素溶液的电解中的电极,所述电极上具有电催化涂 层,所述电极包括:
阀金属电极基质;
所述阀金属电极基质上的电化学活性涂料的涂层,所述涂料包含:
a)数量为该涂料的总过渡金属氧化物含量的约0.1mol%-约10 mol%的基本由钯、铑或钴氧化物的一种或多种组成的过渡金属氧化物 混合物;
b)铂系金属氧化物和任选的数量不大于25mol%的阀金属氧化 物的混合物,所述铂系金属氧化物混合物基本由氧化钌和氧化铱的一 种或多种组成,其中基于100mol%涂料中存在的金属,氧化钌和氧 化铱的比例为约5mol%-约50mol%钌、约50mol%-约95mol %铱;
其中所述电化学活性涂料在所述电解池中提供降低的工作电势。
13.根据权利要求12的电极,其中所述阀金属电极基质是阀金属 网、片材、叶片、管、穿孔板或线材元件。
14.根据权利要求13的电极,其中所述阀金属电极基质是钛、钽、 铝、铪、铌、锆、钼或钨、它们的合金及其金属间混合物的一种或多 种。
15.根据权利要求14的电极,其中所述阀金属电极基质的表面是 粗糙表面,并且通过晶间浸蚀、喷砂处理、锤击、磨蚀或热喷射的一 种或多种使所述表面粗糙。
16.根据权利要求15的电极,其中在所述粗糙表面上设置了陶瓷 氧化物阻隔层作为预处理层。
17.根据权利要求14的电极,其中所述电催化涂层包括所述阀金 属氧化物。
18.根据权利要求17的电极,其中所述阀金属氧化物是氧化钛、 氧化钽、氧化锆、氧化铌、氧化铪、氧化锡的一种或多种,并且所述 阀金属氧化物以约0.1mol%-约25mol%的数量存在。
19.根据权利要求15的电极,其中氧化钌与氧化铱的摩尔比为约 1∶1-约1∶4。
20.根据权利要求16的电极,其中所述铂系金属氧化物和所述阀 金属氧化物的摩尔比处于约4∶1-约1∶4的范围内。
21.根据权利要求20的电极,其中在所述电催化涂层上设置了至 少一个包含阀金属氧化物涂料或氧化锡涂料或其混合物的顶涂层。
22.权利要求21的电极,其中所述阀金属氧化物的顶涂层包括选 自钛、钽、铌、锆、钼、铝、铪或钨的氧化物。
23.根据权利要求21的电极,其中所述顶涂层是掺杂有Sb、F、 Cl、Mo、W、Ta、Ru、Ir、Pt、Rh、Pd或In的一种或多种及其混合物 的氧化锡涂层,并且所述掺杂剂的数量为约0.1%-约20%。
24.根据权利要求12的电极,其中所述过渡金属氧化物是氧化钯, 并且所述氧化钯以约0.4mol%-约6mol%的数量存在。
25.根据权利要求12的电极,其中所述涂料进一步包括基于100 mol%的涂料金属含量为约1mol%-约25mol%数量的氧化铱,并且 钌金属与铱的比例为约1∶1-约99∶1。
26.一种用在含卤素溶液的电解的电催化工艺中的阀金属基材电 极,所述阀金属基材上具有电催化表面涂层,其中所述涂层基本由钯、 铑或钴的一种或多种的过渡金属氧化物与氧化钌、氧化钛和氧化锡或 氧化锑的一种或多种组合的混合物组成,基于涂层中100mol%的金 属含量,所述混合物提供至少约0.1mol%-约10mol%的所述过渡 金属氧化物、至少约10mol%-约30mol%的钌,和至少约50mol %-约85mol%的钛,其中所述电催化涂层在所述电解池中提供降低 的工作电势。
27.权利要求26的电极,其中所述阀金属基材是钛、钽、锆、铌、 钨、铝、它们的合金和金属间混合物的一种或多种,并且所述基材为 网、片材、叶片、管、穿孔板或线材形式。
28.权利要求27的电极,其中所述阀金属基材的表面是粗糙表面, 并且通过晶间浸蚀、喷砂处理、锤击、磨蚀或热喷射的一种或多种使 所述表面粗糙。
29.权利要求28的电极,其中基于100mol%的涂层金属含量, 所述氧化钌以约10mol%-约25mol%的数量存在,并且所述钛以约 60mol%-约75mol%的数量存在。
30.权利要求26的电极,其中基于100mol%的涂层金属含量, 所述涂层含有约5mol%-约20mol%的氧化锑。
31.权利要求26的电极,其中基于100mol%的涂层金属含量, 所述涂层含有约2mol%-约20mol%的氧化锡。
32.权利要求26的电极,其中基于100mol%的涂层金属含量, 所述涂层含有约10mol%-约15mol%的氧化锑和约2mol%-约15 mol%的氧化锡。
33.权利要求26的电极,其中钌金属与锑或锡的比例为约2∶1- 约0.1∶1,并且钛与锑或锡的比例为约19∶1-约1∶1。
34.权利要求26的电极,其中所述涂层是基涂层。
35.权利要求26的电极,其中基于100mol%的涂层金属含量, 所述涂层进一步包括约1mol%-约25mol%数量的氧化铱,并且钌 金属与铱的比例为约1∶1-约99∶1。
36.权利要求26的电极,其中所述电极在所述电解期间提供数量 约10毫伏-约100毫伏的工作电势降低量。
37.用于氯溶液电解的电解池,包含通过权利要求26的方法制 备的电极。
38.用在含卤素溶液的电解中的电极,所述电极包括其上具有电 催化表面涂层的阀金属基材,其中所述表面涂层基本由钯、铑或钴的 一种或多种的过渡金属氧化物与氧化钌、氧化铱和氧化钛组合的混合 物组成,基于100mol%存在于涂层中的氧化物,所述混合物提供至 少约0.1mol%-约10mol%的所述过渡金属氧化物、至少约15但小 于25mol%的氧化铱、约35-约50mol%的氧化钌,和至少约30mol %但小于45mol%的氧化钛,其中该涂层具有的氧化钛与铱和钌的氧 化物总和的摩尔比为小于1∶1,氧化钌与氧化铱的摩尔比为大于1.5∶1 -3∶1,并且其中所述电催化涂层在所述电解池中提供降低的工作电 势。
39.权利要求37的电极,其中所述阀金属基材是钛、钽、锆、铌、 钨、铝、它们的合金和金属间混合物的一种或多种,并且所述基材为 网、片材、叶片、管、穿孔板或线材形式。
40.权利要求38的电极,其中所述阀金属基材的表面是粗糙表面, 并且通过晶间浸蚀、喷砂处理、锤击、磨蚀或热喷射的一种或多种使 所述表面粗糙。
41.权利要求37的电极,其中所述过渡金属氧化物是氧化钯,并 且所述氧化钯以约0.4mol%-约6mol%的数量存在。
42.权利要求38的电极,其中通过在至少约350℃-约550℃的 温度下烘焙至少约3分钟-约20分钟的时间将所述表面涂层加热。
43.用于含卤素溶液电解的电解池,包含通过权利要求38的方法 制备的电极。
44.权利要求38的方法,其中所述工作电势以约10毫伏-约100 毫伏的量降低。
45.用在含卤素溶液的电解中的电极,所述电极包括其上具有电 催化表面涂层的阀金属基材,其中所述表面涂层基本由钯、铑或钴的 一种或多种的过渡金属氧化物与氧化钌、氧化铱和氧化钛组合的混合 物组成,所述混合物提供至少约0.1mol%-约10mol%的所述过渡 金属氧化物、约10mol%-约30mol%的钌、约2mol%-约20mol %的铱,和约50mol%-约85mol%的钛,其中所述电催化涂层在所 述电解池中提供降低的工作电势。
46.权利要求45的电极,其中所述阀金属基材是钛、钽、锆、铌、 钨、铝、它们的合金和金属间混合物的一种或多种,并且所述基材为 网、片材、叶片、管、穿孔板或线材形式。
47.权利要求46的电极,其中所述阀金属基材的表面是粗糙表面, 并且通过晶间浸蚀、喷砂处理、锤击、磨蚀或热喷射的一种或多种使 所述表面粗糙。
48.权利要求45的电极,其中所述过渡金属氧化物是氧化钯,并 且所述氧化钯以约0.4mol%-约6mol%的数量存在。
49.权利要求47的方法,其中通过在至少约350℃-约550℃的 温度下烘焙至少约3分钟-约20分钟的时间将所述表面涂层加热。
50.用于含卤素溶液电解的电解池,包含通过权利要求45的方法 制备的电极。
51.权利要求45的方法,其中所述工作电势以约10毫伏-约100 毫伏的量降低。

说明书全文

1.发明领域

本发明涉及用在含卤素溶液中的、提供较低启动和总工作电压电极及其上的电催化涂层。

2.相关技术的描述

用于电解工艺的电极已知具有带有金属化物层或涂层的基质或 芯金属。电极的芯金属可以是金属(valve metal)例如、钽、锆、 铌或钨。在涂层是氧化物混合物的情况下,芯或基材的氧化物可以贡 献给该混合物。这类混合物可以包括基材金属的氧化物以及至少一种 金属例如铂、铱、铑、钯、钌和锇的氧化物。这类电极是本领域已知 的并且通常被称为“尺寸稳定的”。

然而,在氯/氯酸盐生产环境中这些涂层的本质缺陷是对氯析出电 势的不利影响,这导致较高的工作电势和电压“试运转”期的必要性 一在该期间阳极在较高的电势下工作几个月。

在美国专利4,233,340中提出克服与氯析出电势相关的缺点的尝 试,其中提供了一种具有涂层的不溶性电极,该涂层含有包含铂化合 物的氧化钯的烘焙浆液,该铂化合物可以热分解形成铂金属。该涂层 含有99-5mol%的氧化钯和1-95mol%的铂金属。在美国专利 4,443,317中教导了一种具有由40-90mol%氧化钯、0.1-20mol %铂和5-50mol%(RuxTi1-x)2组成的涂层的电解用电极。

因此,将有利的是提供一种其上具有涂层的、将消除电压“试运 转”期的必要性并且提供总的较低工作电势的电极。将进一步希望的 是该电极和涂层阻止或消除在涂层的后烘焙之后电压的不断增加。

发明概述

现已发现一种其上具有电催化涂层、在用于含卤素溶液氧化的电 化学电池中提供电极的工作电势降低的电极。该涂层进一步使得能够 消除为获得最低阳极电势所必需的电压“试运转”期,并且消除了在 后烘焙/蠕变步骤之后观察到的阳极电势不断增加。

发明描述

根据本发明,提供一种包括电催化涂层、具有较低工作电势并且 消除电压“试运转”期的电极。本发明的电极特别可用于隔膜电池中 氯和金属氢氧化物的电解制备、氯酸盐和次氯酸盐的电解制备。

用于本发明的电极包括在导电性基材上的电催化活性薄膜。用于 电极的金属被宽泛地考虑为任何可涂覆金属。为了电催化涂层的特定 涂覆,金属可以是例如镍或锰,但将最通常是“成膜”金属。“成膜 金属”是指具有这样的性能的金属或合金:当作为阳极连接在电解质 中而随后在电解质中使涂覆的阳极工作时,迅速形成保护底层金属免 于被电解质腐蚀钝化氧化物薄膜,即被通常称为“阀金属”的那些 金属和合金。这些阀金属包括钛、钽、锆、铌、钨和,和含有一种 或多种这些金属的合金,以及含有阀金属的金属合金和金属间混合物、 陶瓷和金属陶瓷(例如Ti-Ni、Ti-Co、Ti-Fe和Ti-Cu)。更特别地, 5级钛可以包括至多6.75wt%和4.5wt%,6级为至多6%铝和 3%,7级为至多0.25wt%钯,10级为10-13wt%加上4.5-7.5 wt%锆,等等。因为其强度、耐腐蚀性和实用性而特别重要的是钛。

通过使用元素金属,最特别地是指在它们通常可获得的条件下, 即具有微量杂质的金属。因此,对于特别重要的金属即钛而言,各种 等级的金属是有效的,包括其中其他成分可以是合金或者合金加上杂 质的那些。钛的等级更特别地描述于在ASTM B 265-79中详细说明的 钛的标准规格中。

可以将钛或其他成膜金属的板、棒、管、线材或编织线材和多孔 金属网用作电极基质。在导电芯上也可以使用钛或其他成膜金属的包 层。

与所选的金属和阳极基质元件的形式无关,这些基材元件的表面 有利地是清洁的表面。这可以通过获得清洁金属表面的任何已知处理, 包括机械清洁而获得。也可以有利地使用常用的去油、化学或电解或 者其他化学清洁操作的清洁步骤。在基质制备包括退火并且金属是1 级钛的情况下,可以在至少约450℃的温度下将钛退火至少约15分钟 的时间,但最通常的是更高的退火温度例如600℃-875℃是有利的。

当获得清洁的表面或者获得制备且清洁的表面时,并且特别是对 于涂覆将处于阀金属基质上的必要的多个涂层而言,可以将基质表面 进一步处理以增强例如电催化涂层对阀金属的粘合性。这将通过以下 方式实现,这些方式包括基材金属的晶间浸蚀、金属表面的砾石喷 砂处理、锤击、磨蚀、等离子体喷射或其组合,随后是任选的表面处 理以除去嵌入的砂砾。

为了制备用于浸蚀的金属例如钛,最有用的是可以例如通过退火 调节金属以将杂质扩散到晶粒间界。因此,举例来说,将1级钛适宜 地退火将提高晶粒间界的杂质的浓度。并且对于浸蚀外观而言,希 望的是可以将具有适当的晶粒间界冶金性的金属表面与有利的晶粒尺 寸结合。再次提及钛作为例子,至少显著数量的具有约3-约7的晶 粒尺寸数值的晶粒是有利的。本文中提及的晶粒尺寸数值是根据在 ASTM E 112-84中提供的名称。有用的该条件的金属基材披露于美国 专利5,167,788中。

可以通过使用角砾石的特殊喷砂处理,任选地随后除去表面嵌入 的砂砾而获得合适地粗糙的金属表面。与将表面锤击相反,通常含有 棱角状颗粒的砂砾将切割金属表面。可用于该目的的砂砾可以包括砂 石、氧化铝、化硅。

在喷砂处理之后,可以使用浸蚀或其他处理例如喷水以除去嵌入 的砂砾和/或清洁表面。浸蚀将采用足够活性的浸蚀溶液,通常是酸溶 液,以开发出表面粗糙度和/或表面形态,包括可能的腐蚀性晶粒间界 侵蚀。这些可以通过盐酸硫酸、高氯酸、硝酸草酸酒石酸和磷 酸以及其混合物例如王水而提供。可以使用的其他浸蚀剂包括苛性浸 蚀剂例如氢氧化与硝酸钾的溶液。在浸蚀之后,可以然后将浸蚀的 金属表面进行清洗和干燥步骤。

本文中描述的具有电催化涂层的电极将实际上通常找到作为阳极 的应用。因此,当提及电极时在本文中通常使用词语“阳极”,但这 仅是为了方便并且不应该被看作是限制本发明。

在用于适宜地粗糙的金属表面的等离子体喷射中,材料将以颗粒 形式例如熔融金属的液滴涂覆。在该例如将用于喷射金属的等离子体 喷射中,在通过于惰性气体例如任选地含有微量氢气的氩气或氮气中 用电弧加热至高温而产生的等离子体流中将金属熔融并且喷射。通过 在此使用术语“等离子体喷射”,将理解的是尽管等离子体喷射是优 选的,但该术语意在通常包括热喷射例如磁流体喷射、火焰喷射 和电弧喷射,使得喷射可以被简单地称为“熔融喷射”或“热喷射”。

使用的粒状材料可以是阀金属或其氧化物,例如氧化钛、氧化钽 和氧化铌。还构思了将钛酸盐、尖晶石磁铁矿、氧化锡、氧化铅、 氧化锰和钛矿熔融喷射。还构思了被喷射的氧化物可以掺杂有多种 添加剂,包括离子形式的掺杂剂例如铌或锡或铟。

还构思了可以将这种等离子体喷射涂覆与基材金属表面的浸蚀组 合使用。或者可以首先通过如上所述的喷砂处理而制备电极基质,之 后可以有或者可以没有浸蚀。

由上述内容将理解的是然后可以使表面继续进行在涂覆之前提供 预处理的各种操作例如上述的阀金属氧化物涂层的等离子体喷射。也 可以使用其他预处理。例如,构思了将表面进行氢化或氮化处理。在 用电化学活性材料涂覆之前,建议如美国专利3,234,110中描述的那 样通过在空气中将基材加热或者通过基材的阳极氧化而提供氧化物 层。还提出了多种建议:其中将电化学活性材料的外层沉积在主要充 当保护性和导电性中间体的子层上。各种氧化锡基的底层披露于美国 专利No.4,272,354、No.3,882,002和No.3,950,240中。还构思了可 以制备带有抗钝化层的表面。

在可以包括提供例如上述的预处理层的表面制备之后,可以将电 化学活性涂层涂覆在基材元件上。作为通常涂覆的电化学活性涂层的 典型代表的是由活性氧化物涂层例如铂系金属氧化物、磁铁矿、铁氧 体、钴尖晶石或混合的金属氧化物涂层提供的那些。它们可以是水基 的例如水溶液,或者溶剂基的例如使用醇溶剂。然而,已经发现对于 本发明的电极而言,优选的涂料组合物溶液的一个重要方面是含有包 括钯、铑或钴的一种或多种,优选钯的过渡金属氧化物的那些。涂料 组合物将含有PdCl2、RhCl3或CoCl2和盐酸或者处于醇溶液中。金属盐 可以例如PdCl2·xH2O、RhCl3·xH2O和CoCl2·xH2O的形式使用。为了 方便,这些形式在此将通常被简称为PdCl2、RhCl3或CoCl3。一般而言, 金属氯化物将全部与或不与少量加入的盐酸组合而溶解于异丙醇或丁 醇中,优选正丁醇。

在如下文中进一步描述的本发明的每一实施方案中,基于100mol %的涂层的总铂系金属氧化物含量,涂料组合物将含有数量约0.1mol %-约10mol%的过渡金属组分,优选范围是约0.4mol%-约6mol %。将理解的是这些组分基本作为它们的氧化物存在,并且金属的提 及是为了便利,特别是当提及到比例时。

未预料到的是在本发明的涂料组合物中这些少量过渡金属组分的 使用将提供用于含卤素溶液电解的工作电势约10毫伏(mV)-约100mV 的减小量,这取决于没有过渡金属组分的涂料的电势值。如上所述的 前述涂料具有至多40%或更多的使用的大量氧化钯或者与其他金属的 组合。因此,未预料到的是用所述的更简单的涂料组合物获得如本发 明中披露的所希望的涂料组合物。

在如全部在此引入作为参考的PCT专利申请序列号 PCT/US04/14357中所述的本发明的第一实施方案中,除了如上所述的 Pd组分之外,涂料组合物将含有氧化钌与氧化钛和锑或锡氧化物组合 的要素。构思了该涂料组合物可以任选地含有氧化铱。于是,该第一 实施方案的涂料组合物是由全部在水溶液中的RuCl3、TiCl3、SbCl3和 盐酸组成的那些。已经发现,对于第一实施方案的电化学活性涂层而 言,与醇基质相反,优选使用水基质而制备涂料制剂。

基于100mol%涂料的金属含量,第一实施方案的涂料组合物将 包含足够的钌组分以提供至少约10mol%-约30mol%,优选约15mol %-约25mol%。将理解的是这些组分基本作为它们的氧化物存在, 并且金属的提及是为了便利,特别是当提及到比例时。

阀金属组分将包含在第一实施方案的涂料组合物中。可以使用各 种阀金属,包括钛、钽、铌、锆、铪、钒、钼和钨,优选钛。使用溶 解的金属盐,并且合适的无机组分可以包括于酸溶液中的氯化物、碘 化物、溴化物、硫酸盐酸盐、碳酸盐、乙酸盐和柠檬酸盐例如TiCl3 或TiCl4。基于100mol%涂料的金属含量,这些涂料组合物将含有足 够的Ti组分以提供至少约50mol%-约85mol%,优选约60mol% -约75mol%。

在第一实施方案的涂料组合物将含有氧化铱的情况下,合适的前 体组分可以包括IrCl3或H2IrCl6。基于100mol%涂料的金属含量, 氧化铱将以约1mol%-约25mol%的数量存在。

优选的第一实施方案的涂料组合物将含有氧化锑。合适的前体组 分可以包括SbCl3、SbCl5或其他无机锑盐。基于100mol%涂料的金 属含量,氧化锑将通常以约5mol%-约20mol%,优选约10mol% -约15mol%的数量存在。

如上所述,还构思了第一实施方案的电催化涂层可以含有氧化锡 代替氧化锑或者除了氧化锑之外还含有氧化锡。在氧化锡是所希望的 组分的情况下,合适的前体组分可以包括SnCl2、SnSO4或其他无机锡 盐。在使用氧化锡的情况下,基于100mol%涂料的金属含量,其将 通常以约2mol%-约20mol%,优选约3mol%-约15mol%的数 量存在。

在第一实施方案的涂料组合物中,钌与锑或锡的比例将通常为约 2∶1-约0.1∶1,优选约1.5∶1,钛与锑或锡的比例为约19∶1-1∶1, 优选约5.7∶1。在使用任选的铱组分的情况下,钌与铱的比例将通常 为约1∶1-约99∶1。

在如全部在此引入作为参考的美国专利申请序列号10/395939中 所述的本发明的第二实施方案中,在有或没有阀金属组分存在的情况 下,优选的涂料组合物溶液通常是由全部在醇溶液中的RuCl3和IrCl3 以及盐酸组成的那些。还构思了使用氯铱酸H2IrCl6。将理解的是RuCl3 可以例如RuCl3·xH2O的形式使用,并且可以类似地使用IrCl3·xH2O。 为了方便,这些形式将通常在本文中被简称为RuCl3和IrCl3。一般而 言,氯化钌将与氯化铱一起全部与或不与少量加入的盐酸组合而溶解 于异丙醇或丁醇中,优选正丁醇。

基于100mol%涂料的金属含量,该第二实施方案的涂料组合物 将包含足够的钌组分以提供至少约5mol%-约50mol%的钌金属, 优选范围是约15mol%-约35mol%的钌。将理解的是这些组分基本 作为它们的氧化物存在,并且金属的提及是为了便利,特别是当提及 到比例时。

基于100mol%的铱和钌金属,第二实施方案的涂料组合物将包 含足够的Ir组分以提供至少约50mol%-约95mol%的铱金属,优 选范围是约50mol%-约75mol%的铱。为了最好的涂覆性能,则 Ru∶Ir的摩尔比将为约1∶1-约1∶4,优选比例约为1∶1.6。

阀金属组分可以任选地包含在第二实施方案的涂料组合物中以进 一步稳定涂料和/或改变阳极效率。如上文中对于本发明第一实施方案 描述的那样,可以使用各种阀金属,包括钛、钽、铌、锆、铪、钒、 钼和钨。阀金属组分可以由在有或没有酸存在的醇溶剂中的阀金属醇 盐形成。被构思用于本发明的这些阀金属醇盐包括甲醇盐、乙醇盐、 异丙醇盐和丁醇盐。例如,可以使用乙醇钛、丙醇钛、丁醇钛、乙醇 钽、异丙醇钽或丁醇钽。

当阀金属组分存在于第二实施方案的组合物中时,基于100mol %涂料的金属含量,该涂料将含有约0.1mol%-不大于25mol%, 优选的组合物含有约5mol%-约15mol%。

在如全部在此引入作为参考的美国专利5,230,780中所述的第三 实施方案中,除了过渡金属组分之外,涂料组合物将由铱、钌和钛氧 化物的溶液组成。通常,每一前体组分将是金属盐,其最通常是卤化 物盐,并且优选为了溶液制备的与经济有关的效率,其将全部是氯化 物盐。然而,其他有用的盐包括碘化物、溴化物和铵氯盐例如六氯铱 酸或钌酸铵。涂覆在金属基材上的涂料组合物将是含水的,其将最通 常仅仅是没有与另外的液体任何共混的水。优选地,使用去离子水或 蒸馏水以避免无机杂质。

在第三实施方案的单个或组合溶液中,除了合适的前体组分之外, 最通常仅仅一个例外是将不存在另外的溶液组分。这种例外将实际上 通常是存在无机酸。例如,三氯化铱溶液可以进一步含有强酸,最通 常是盐酸,其将通常以提供约5-约20wt%酸的数量存在。一般而言, 单个或组合溶液将具有小于1的pH,例如约0.2-约0.8。

基于100mol%的这些组分,则第三实施方案的涂料组合物将包 含至少约15但小于25mol%的铱组分、约35-约50mol%的钌组分, 和至少约30但小于45mol%的钛组分。为了最好的涂覆性能,所得 涂料中氧化钌与氧化铱的摩尔比将为大于约1.5∶1-约3∶1。所得的涂 料将进一步具有氧化钛与铱加上钌的氧化物总和为小于约1∶1,但最 通常大于0.5∶1的摩尔比。

在本发明的第四实施方案中,优选的涂料组合物是含有钌、铱和 钛氧化物的那些。如上所述,合适的前体组分将包括于醇溶液中的 RuCl3、IrCl3和邻丁基钛酸酯。于是,基于100mol%涂料中的这些组 分,第四实施方案的涂料组合物将包含约2-约20mol%的铱组分、 约10-约30mol%的钌组分,和约50-约85mol%的钛组分。

在每一前述实施方案中,已经描述了含有过渡金属氧化物与混合 金属氧化物涂料的组合作为电化学活性涂层的涂料组合物。在本发明 的第五实施方案中,构思了可以将包括钯、铑或钴的一种或多种,优 选钯的过渡金属的顶涂层涂覆在电化学活性涂层的中间层上。该顶涂 层可以由在有或没有酸存在的醇或水中的过渡金属的稀释溶液形成。 一般而言,过渡金属组分将以约0.2-约10g/l金属的数量存在。优 选的顶涂层将由在盐酸中的PdCl2形成。

可以通过通常用于将液体涂料组合物涂覆在金属基材上的那些方 式的任一种将任一种前述涂料组合物涂覆在金属基材上。这些涂覆方 法包括浸渍旋涂法和浸渍流干法、刷涂、辊涂和喷涂例如静电喷涂。 此外,可以采用喷涂和组合技术,例如浸渍流干法与喷涂。喷涂可以 是常规的压缩气体或者可以是静电喷涂。伴随着用于提供电化学活性 涂层的上述涂料组合物,辊涂操作可能是最有用的。

与涂料的涂覆方法无关,常规地重复涂覆过程以提供均匀的、与 通过仅仅一次涂覆获得的相比更高的涂布量。然而,涂覆的涂料数量 将足以提供约0.1g/m2(克/每平方米)全部金属-约20g/m2,并且 优选约3g/m2-约12g/m2。

在涂料涂覆之后,将要将涂覆的组合物加热以通过存在于涂料组 合物中的前体热分解制备所得的混合氧化物涂层。这制得了含有如上 所述基于氧化物中的金属的摩尔比例的混合氧化物的混合氧化物涂 层。用于热分解的该加热将在至少约350℃的温度下进行至少约3分 钟的时间。更通常地,将在至多约550℃的更高温度下将涂覆的涂料 加热不超过约20分钟的时间。合适的条件可以包括在空气或氧气中加 热。一般而言,采用的加热技术可以是可用于将涂料固化在金属基材 上的那些的任一种。因此,可以采用烘炉涂覆,包括链条式平炉。此 外,可以使用红外固化技术。在这种加热之后并且在其中将进一步采 用涂料组合物的涂覆的进一步涂覆之前,将通常使加热并且涂覆的基 材至少基本上冷却到环境温度。特别地在涂料组合物的所有涂覆结束 后,可以采用后烘焙。涂料的典型后烘焙条件可以包括约400℃-约 550℃的温度。烘焙时间可以约10分钟-约300分钟。

如上所述,本发明的涂料特别可用于制备氯酸盐和碱金属氢氧化 物的电解工艺中的阳极。然而,还构思了这些电极可以在其他工艺例 如氯和次氯酸盐的制备中找到应用。

实施例1

将未合金化的1级钛的扁平钛板在90-95℃的18-20%盐酸溶液 中浸蚀25分钟,以使用于涂料涂覆的表面粗糙。

                                                                                                      表1   涂料中金属克/升   SEP @50C,300gpl NaCl   溶液   溶剂   Ru   Ir   Sb   Sn   Ti   Ta   Pd   Rh   Co   固化   温度/时间   后烘焙   温度/时间   8.88   kA/m2   2.66   kA/m2   0.88   kA/m2   A   水/HCl   24.5   19.3   19.3   42.8   460-490C/3-6分钟   470C/90分钟   1.195   1.160   1.140   A+   水/HCl   24.5   19.3   19.3   42.8   0.8   1.106   1.088   1.080   B   水/HCl   24.5   19.3   42.8   460-490C/3-6分钟   470C/90分钟   1.189   1.153   1.135   B+   水/HCl   24.5   19.3   42.8   1.4   1.099   1.084   1.077   C   丁醇   20.9   20.9   43.9   460-490C/3-6分钟   515C/120分钟   1.201   1.169   1.149   C+   丁醇   20.9   20.9   43.9   1.3   1.118   1.099   1.089   D   水/HCl   14.4   15.7   8   460-480C/3-6分钟   525C/180分钟   1.230   1.193   1.170   D+   水/HCl   14.4   15.7   8   1.6   1.095   1.077   1.067   E   丁醇   3.3   10   1.7   460-490C/3-6分钟   475C/120分钟   1.137   1.119   1.108   E+   丁醇   3.3   10   1.7   0.8   1.093   1.077   1.069   F   水/HCl   24.5   19.3   19.3   42.8   460-490C/3-6分钟   N/A   1.131   1.103   1.09l   F+   水/HCl   24.5   19.3   19.3   42.8   0.8   1.108   1.088   1.080   G   丁醇   20.9   20.9   43.9   460-490C/3-6分钟   N/A   1.125   1.101   1.088   G+   丁醇   20.9   20.9   43.9   1.3   1.094   1.079   1.071   H   水/HCl   14.4   15.7   8   460-480C/3-6分钟   N/A   1.120   1.098   1.086   H+   水/HCl   14.4   15.7   8   1.6   1.093   1.075   1.067   I   丁醇   3.3   10   1.7   460-490C/3-6分钟   N/A   1.135   1.112   1.097   I+   丁醇   3.3   10   1.7   0.8   1.107   1.084   1.073   J+   水/HCl   24.5   19.3   19.3   42.8   1.3   460-490C/3-6分钟   460C/90分钟   1.171   1.144   1.127   K+   水/HCl   24.5   19.3   19.3   42.8   1.3   l.173   1.146   1.129   L+   水/HCl   24.5   19.3   19.3   42.8   1.3   460-490C/3-6分钟   N/A   1.113   1.094   1.083   M+   水/HCl   24.5   19.3   19.3   42.8   1.3   1.120   1.099   1.087

将表1中所述的涂料组合物涂覆。通过将列出的金属(作为氯化 物盐)加入到丁醇或水/HCl溶剂中而制备涂料溶液。在混合以使全部 盐溶解之后,将溶液涂覆在单个制备的钛板样品上。将涂料以层涂覆, 将每一涂层单独涂覆并且在室温下干燥,随后在空气中加热至列出的 固化条件。在涂覆最后一个涂层之后,在该表的后烘焙栏中列出的温 度/时间条件下在空气中将一些样品进一步烘焙。

在50℃下在300gpl NaCl溶液中对涂覆的样品测量标准电极电 势(对SCE)。表1示出了测量值并且表明了对于所有列出的涂料而 言,在有和没有后烘焙操作存在的情况下配方中钯的存在降低了SEP 值。

实施例2

由储存获得三个生产制备的涂料样品。涂料的组成和基材类型在 表2中示出。

                                                                        表2   涂料中金属克/升   SEP @50C,300gpl NaCl   样品   溶剂   Ru   Ir   Sb   Sn   Ti   Ta   基材   固化温度/时间  后烘焙温度/时间   8.88kA/m2   2.66kA/m2   0.88kA/m2   1   水   /HCl   24.5   19.3   42.8   板   460-490C/3-6分钟  450-470C/60-120分钟   1.216   1.175   1.156   2   丁醇   20.9   20.9   43.9   板   460-490C/3-6分钟  无   1.118   1.097   1.088   3   丁醇   3.3   10   1.7   网   460-490C/3-6分钟  无   1.130   1.101   1.090   4   1.107   1.088   1.080   5   涂覆0.7gpl Pd(作为于18wt%HCl中的PdCl2)的一个涂层并在460-490C下固化3-6分钟   1.111   1.091   1.081   6   1.132   1.098   1.087   7   1.108   1.087   1.080   8   涂覆0.7gpl Pd(如在18wt%HCl中的PdCl2)的一个涂层并在460-490C下固化3-6分钟   并后烘焙470C/90分钟   1.115   1.096   1.087   9   1.124   1.095   1.084

为了除去任何表面杂质,在烘箱中将1-3号涂覆基材加热至450 -470℃约5分钟。然后对样品进行SEP测量并且示于表2中。可以从 数据中看出,1号样品被预先后烘焙并且由此具有升高的SEP值。

制备于18wt%HCl中0.7g/l Pd(作为PdCl2)的溶液,并且将 该溶液的一个涂层涂覆在1-3样品中以生成样品4-6。将涂层空气 干燥并且将样品放置在460-490℃的烘箱中3-6分钟,以使涂层固 化。在从烘箱中取出和随后的冷却阶段之后,重新对样品进行SEP测 量。表2中的数据表明样品4不再具有升高的SEP,这归因于涂覆的 钯溶液的顶涂层。

随后在470℃下将三个样品4-6后烘焙90分钟以生成样品7-9, 并且重新记录SEP。表2中的数据表明在后烘焙操作之后没有一个SEP 升高,这归因于涂覆的钯溶液的顶涂层。

尽管根据专利法规描述了最佳方式和优选实施方案,但本发明的 范围并不限于此,而是由附属的权利要求书的范围限定。

发明背景

高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈