耐腐蚀涂层、改性钛材料及其制备方法和用途与流程

本发明涉及金属防腐领域，具体涉及一种耐腐蚀涂层，一种改性钛材料及其制备方法，耐腐蚀涂层和改性钛材料在电极材料中的用途，一种用作阳极的电极和一种生产氯和碱的方法。

背景技术：

1、随着能源短缺及环境污染问题日益严重，绿色无污染的电解技术越来越受到人们的关注，而电极作为电化学反应发生的主要场所是电解槽的主要构成部件之一，钛基阳极是一类在工业实践中已经得到广泛应用的电极材料，这得益于钛处于恶劣的电解环境中表现出的优异的耐腐蚀性，然而金属在酸性或碱性的电解环境中的耐蚀性毕竟是有限的，在恶劣的电解环境中钛基金属仍然容易发生严重的腐蚀。

2、目前工业上普遍使用的钛基阳极是通过热分解法在钛基金属表面被覆一层包含活性物质的涂层制备而成的，然而，这一工艺制备的钛基阳极表面的涂层往往呈龟裂状，这使得钛基金属不仅会直接暴露于电解环境中，而且电解过程中产生的活性氧物种或电解液可以通过裂纹直接到达钛基金属表面，并使其表面发生钝化，随着钝化的进行，活性涂层也会由于受到钝化层生长应力的作用而剥落，导致电极失活。

3、因此，寻求一种有效的方法抑制钛基金属的钝化过程对提高钛基阳极的寿命具有重大意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术的上述不足，提供了一种耐腐蚀涂层，该耐腐蚀涂层包含钛的氧化物、锡的氧化物和铌的氧化物的混合物。

2、本发明的耐腐蚀涂层(简称为stn涂层)作为钛基金属与环境之间的屏障，在酸性中有很强的耐腐蚀性，且表面致密度很高，对阳极反应产生的活性物种或电解质到达金属基底有很强的阻隔作用。

3、此外，由于该涂层采用了多元组分设计的理念，因此其对功能层(活性催化层)的成分设计的适应性很高，即对于催化层而言，只要其中包括sno2、tio2、nb2o5中的至少一种与ruo2的组合，均可实现ti/stn/催化层结构的搭建并付诸应用。

4、本发明的第二方面提供了一种改性钛材料，该改性钛材料包括作为基底的钛基金属和位于钛基金属表面的耐腐蚀涂层，耐腐蚀涂层为上述本发明提供的耐腐蚀涂层。

5、本发明的第三方面提供了一种制备改性钛材料的方法，该方法包括：

6、(1)将前驱体溶液施加到基底上；

7、(2)将施加有前驱体溶液的基底进行热处理；

8、其中，前驱体溶液为包含钛盐、锡盐和铌盐的醇溶液；基底为钛基金属。

9、本发明的第四方面提供了有上述方法制备得到的改性钛材料。

10、本发明的第五方面提供了上述耐腐蚀涂层、改性钛材料在电极材料中的用途。

11、本发明的第六方面提供了一种用作阳极的电极，该电极包括作为基底的钛基金属、中间层和功能层，中间层位于钛基金属的表面上，且功能层位于中间层上，中间层为本发明提供的上述耐腐蚀涂层。

12、本发明的第七方面提供了一种生产氯和碱的方法，该方法包括采用上述本发明的电极作为阳极，在阳极室内填充有碱金属氯化物盐水，在阴极和阳极之间施加电势差，在阳极室的阳极表面上析出氯。

13、与现有技术相比，本发明具有如下优点：

14、1、本发明的stn涂层在保证与钛基底有较强结合力的前提下，由于涂层本身致密度很高，因此有效地形成物理屏蔽层，阻碍腐蚀介质的渗入，起到避免金属基底与腐蚀介质的直接接触的作用，有效避免了钛基金属的腐蚀。

15、2、本发明的stn涂层本身导电性能良好且对恶劣的酸性阳极电解环境有很强的抗腐蚀作用，在传统的钛基涂层阳极的金属基底与活性催化层之间引入本发明的涂层可在不损失电极整体导电性的基础上实现对金属基底的保护，从而延长整个电极的使用寿命。

16、3、本发明的stn涂层是以多组元成分混合的理念设计的，因此对活性催化层的成分设计的适应性很高，即对于催化层而言，只要其中包括sno2、tio2、nb2o5中的至少一种与ruo2的组合，均可实现ti/stn/催化层(功能层)结构的搭建并付诸应用。

17、4、本发明的stn涂层采用传统的热分解法，制备工艺成熟，制备程序简单，制备成本低，适应性强。

技术特征：

1.一种耐腐蚀涂层，其特征在于，该耐腐蚀涂层包含钛的氧化物、锡的氧化物和铌的氧化物的混合物。

2.根据权利要求1所述的耐腐蚀涂层，其中，以金属元素计的钛的氧化物、锡的氧化物和铌的氧化物的摩尔比为(50-70)：(15-25)：(15-25)，优选为(55-65)：(17.5-22.5)：(17.5-22.5)。

3.一种改性钛材料，其特征在于，该改性钛材料包括作为基底的钛基金属和位于钛基金属表面的耐腐蚀涂层，所述耐腐蚀涂层为权利要求1或2所述的耐腐蚀涂层。

4.根据权利要求3所述的改性钛材料，其中，所述耐腐蚀涂层的厚度为90-400nm。

5.一种制备改性钛材料的方法，其特征在于，该方法包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其中，在所述前驱体溶液中，以金属元素计的钛盐、锡盐和铌盐的摩尔比为(50-70)：(15-25)：(15-25)，优选为(55-65)：(17.5-22.5)：(17.5-22.5)；

7.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤(2)中热处理的条件至少包括：温度为420-500℃，优选为450-470℃；时间为0.05-1小时，优选为0.06-1小时；

8.根据权利要求5所述的方法，其中，在步骤(1)之前，对所述基底进行预处理，所述预处理包括用草酸进行刻蚀；

9.由权利要求5-8中任意一项所述的方法制备得到的改性钛材料。

10.权利要求1或2所述的耐腐蚀涂层、权利要求3、4或9所述的改性钛材料在电极材料中的用途。

11.一种用作阳极的电极，其特征在于，该电极包括作为基底的钛基金属、中间层和功能层，所述中间层位于所述钛基金属的表面上，且所述功能层位于所述中间层上，所述中间层为权利要求1或2所述的耐腐蚀涂层。

12.根据权利要求11所述的电极，其中，所述功能层为钛的氧化物、锡的氧化物和铌的氧化物中的至少一种与钌的氧化物的组合。

13.一种生产氯和碱的方法，其特征在于，采用权利要求11或12所述的电极作为阳极，在阳极室内填充有碱金属氯化物盐水，在阴极和阳极之间施加电势差，在阳极室的所述阳极表面上析出氯。

技术总结
本发明涉及金属防腐领域，具体涉及一种耐腐蚀涂层及其制备方法、一种生产氯和碱的方法。耐腐蚀涂层包含钛的氧化物、锡的氧化物和铌的氧化物的混合物。本发明的耐腐蚀涂层(简称为STN涂层)作为钛基金属与环境之间的屏障，在酸性中有很强的耐腐蚀性，且表面致密度很高，对阳极反应产生的活性物种或电解质到达金属基底有很强的阻隔作用。

技术研发人员：苗杰,张正平,卫飞彬,张海星
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31