电解锰电极过程机理的研究

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当前,金属锰主要通过电解法制备的。经过多年发展,电解锰过程中仍然存在很多问题,例如电流效率低、添加剂不环保、副产物多等。究其原因是电解锰阴极过程添加剂界面作用机理不清楚,以及阳极电解能耗过程不清楚所导致的。因此,研究电解锰电极过程的机理,可以从理论上指导电解锰的生产过程,以期为高效电解新方法的研究提供新的思路。本文工作着重考察了电解锰电极过程的机理,开发了一种新的研究方法来探讨电解添加剂SeO2对阴极界面的作用机理,建立了一种检测含锰液中微量硒(IV)的新方法;从新的理论视角探讨阳极过程,首次在阳极上发现了电化学振荡现象,并且发现电化学振荡会引起电解能耗的额外变化。论文主要研究内容包括:①采用方波伏安法(SWV)和线性伏安扫描法(LSV)研究了SeO2对阴极界面的作用机理。通过XRD,发现α-MnSe是阴极界面形成的唯一的Mn-Se化合物。在电解锰的过程中,α-MnSe,Mn2+和Se (IV)这三种物质之间存着电化学平衡。通过改变锰离子和二氧化的硒浓度,可以对这种平衡进行调节,进而改变电解锰的过程。②通过方波伏安法建立了一种阴极过程分析方法。绘制出了标准曲线,线性回归方程为ip(A)=1.4995C(mol/L),相关系数为0.9989,检测限为1.0×10-7。此方法对实际电解锰过程中硒(IV)浓度的监控具有非常重要的意义。③通过电化学方法,首次在阳极上观察到了电化学振荡现象,而阴极上没有观察到振荡现象。考察了锰离子浓度、电压、温度、pH值、SeO2浓度等对振荡行为的影响。通过电镜扫描(SEM)发现振荡信号的不同与阳极膜结构有关。振荡会引起电解能耗的额外变化,不同电解模式功耗不同,恒压电解下相对能耗增加可达14%。
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