导电聚苯胺复合电极材料制备及其在锌电积中的应用基础研究

电解广泛应用于化工、冶金、能源开发等基础工业部门，电解过程的实施离不开电极材料，特别是对电化学工业和电冶金工业来说，其产品的质量及相关的技术经济指标在很大程度上取决于电极材料的性能。课题以研究制备锌电积用的节能惰性阳极材料为目标，针对掺杂聚苯胺良好的耐腐蚀性、优异的导电性和电化学催化特性。用化学合成法制备以掺杂态聚苯胺为基体，添加无机材料作为导电组元的高分子惰性电极材料。探讨各种工艺参数对聚苯胺导电率的影响规律；通过流变成型的方法制备导电聚苯胺复合电极材料；研究导电聚苯胺复合电极材料的力学性能、耐蚀性、抗氧化性和电化学催化特性；研究电极材料的显微组织和相结构；研究导电聚苯胺复合电极材料的导电机理及掺杂机理。确定最佳的掺杂剂以及弄清掺杂剂与聚苯胺的掺杂机理；获得导电聚苯胺复合电极材料制备新方法；弄清导电聚苯胺复合电极材料的导电机理和电化学参数，为其在有色金属电积中应用提供理论依据。

在湿法炼锌工业中，高浓度H2SO4电解液体系使得Zn电积过程一直采用铅基合金阳极。但铅基合金阳极析氧过电位高，电耗约占Zn电积总能耗的30%，存在抗蠕变性能差以及Pb被腐蚀进入电解液并降低电Zn品质等问题。因此，开发新型节能阳极仍是湿法炼Zn领域的重要课题。在整合有机化学、材料学、有色冶金和电化学等学科基础上，提出聚苯胺基节能阳极的概念。在保持铅银合金阳极优势的同时，降低阳极析氧过电位，减少阳极腐蚀并提高Zn品质。研究开发了聚苯胺基复合材料的制备技术，探讨了聚苯胺的聚合机理、导电机理、掺杂机理以及聚苯胺复合材料的复合机理，并探索出较佳工艺条件；建立了聚苯胺基阳极成型工艺，系统研究了聚苯胺基阳极的抗氧化性和电化学行为；深入研究了聚苯胺基阳极在ZnSO4-Mn2+-H2SO4体系中析氧电位、槽电压、阳极寿命、电流效率、电能消耗和阴极Zn品质；在此基础上，进一步与工业用Pb-Ag（1.0%）阳极比较。研究结果如下：.（1）开发了导电聚苯胺和聚苯胺复合材料的制备技术，建立了聚苯胺基阳极的成型工艺，制备了尺寸为70mm×50mm×5mm的聚苯胺基电极。.（2）苯胺聚合是以头-尾连接的形式进行，且中间产物是高氧化态聚苯胺而后又逐渐转变成中间氧化态聚苯胺；质子化优先发生在分子链的亚胺氮原子上，质子酸发生离解，生成的H+转移到聚苯胺分子链上，使聚苯胺链中亚胺基团上的氮原子发生质子化反应，质子化反应使聚苯胺链上掺杂段的价带出现空穴，即P型掺杂；在导电聚苯胺分子中，无论是内分子链与分子链之间，还是分子与分子之间，变程跳跃导电和隧穿导电是同时存在的，是互相竞争的。.（3）TiO2或WC与聚苯胺之间不是简单的混合而是存在着一定的相互作用；聚苯胺复合材料的环境稳定性和热稳定性均比纯聚苯胺的好；在高温下氧化，材料的主体结构未发生变化，表现出较好的抗氧化性，其中PANI/WC的抗氧化性最好。.（4）系统研究了聚苯胺基电极的电化学行为，揭示了聚苯胺基电极的电化学行为与特征。结果表明，聚苯胺基电极在硫酸体系中的耐蚀性最好，在碱性体系中次之，在盐酸体系中耐蚀性最差。在硫酸体系中PANI/WC耐蚀性最好并且具有较好的催化活性。PANI/WC电极在硫酸体系中具有良好的应用前景。.（5）采用尺寸为70mm×50mm×5mm的聚苯胺基阳极进行电解试验。结果表明，与工业用Pb-Ag（1.0%）阳极相比