贵金属表面改性钛阳极板材料工程化研究可行性研究报告.docx

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1、计划类别：产业化科技推进行动 钛专项2010 年度攀枝花市级应用技术研究与开发项目项目名称：贵金属表面改性钛阳极板材料工程化研究一、总论(一)项目的主要内容及技术原理简述该项目属于“材料的先进制备、成型、加工技术及高性能产品”，主要内容是采用全新的制备技术制备具有广泛用途的贵金属表面改性钛阳极板材料。其技术原理为采用超声活化工艺对纯钛 金属板材表面进行活化处理后，与采用Pechini 法获得贵金属有机前驱体进行高效吸附，于惰性气氛下热分解反应制备具有优良电化学性能的贵金属表面改性钛阳极板材料。该工艺的创新点在于 采用先进的超声活化技术，可有效地减少纯钛消耗量，Pechini 法合成具有高效吸附

2、特性的贵金属有机前驱体，并有效搭配具有不同功能的其他活性金属与贵金属配比，使贵金属有机前驱体与纯 钛基板材料有效吸附，降低贵金属用量，降低热分解温度，提高贵金属和纯钛基材的结合力。采 用此工艺，与其它制备方法相对比，其特点为基板纯钛消耗量小，仅为1%，贵金属与纯钛基材结合良好，结合力高，无漏点，贵金属耗量小，阳极材料电化学性能优良，使用寿命长，是一种工 艺简练、成本低、无污染的绿色制备工艺，尚未见相关报道。本项目拟在已取得前期基础研究成果的基础上，进行工程化制备技术研究，使技术更趋完善， 同时建立一条年产 100m2贵金属表面改性钛阳极板中试示范线，年消耗钛材 5 吨左右，同时考核 贵金属表面

3、改性钛阳极板电化学性能，结合性能，机械强度等有关指标，使各项性能指标达到国 内领先水平，并积极进行市场开拓推广贵金属表面改性钛阳极板材料。10（二）（三）目的和意义钛阳极板材料是电化学工业中得以大量使用的不溶性阳极材料，也称之为尺寸稳定性阳极， 即 DSA(dimensionally stable anode)，它以金属钛为基体，表面涂敷以贵金属氧化物或贵金属材料为主要组分的活性涂层，是 20 世纪 60 年代末发展起来的一种新型高效电极材料。钛阳极最早用于氯碱工业，现已广泛应用于化工、冶金、电镀、水处理、环保、海洋、阴极保护等领域中。但钛阳极板材料仍存在诸多缺点，如采用高活性配方涂层在提高活

4、性的同时，阳极材料寿命大大降低；再如贵金属元素用量大，造成阳极材料成本过高；最后是贵金属涂层和钛基材的结合力在复杂电场、苛刻工况条件下急剧衰减，造成涂层脱落，基材腐蚀。基于以上问题必须在钛阳极板材料的制备工艺进行改进。自 80 年代以后国内外对贵金属表面改性钛阳极板进行了深入的研究，围绕着涂层材料性能、寿命、成本和中间层开展工作。在钛基材的活化处理工艺，贵金属前躯体的筛查和合成，涂覆工 艺优化，热分解机理和工艺等取得了很大的进展。现阶段贵金属表面改性钛阳极板材料制备方法 主要有物理气相沉积（PVD），化学气相沉积（CVD），电镀。涂覆烧结等等。其中涂覆烧结因工艺简单，设备较为通用、生产成本较低

5、得以大规模生产应用，但是采用通常涂覆工艺及较高温度烧 结的工艺，很难获得涂层分布均匀，结合良好的阳极极板材料，极大地影响到其电化学性能。本项目采用用超声活化工艺对纯钛金属板材表面进行活化处理后，与贵金属有机前驱体进 行高效吸附，于惰性气氛下热分解。这种方法可有效地减少纯钛消耗量，降低贵金属用量，降低 热分解温度，提高贵金属和纯钛基材的结合力。同时简化生产工艺，降低生产成本，是一种经济、高效的先进生产工艺，尽快对这一先进工艺的机理、工程化参数进行深入的研究，尽早建立起具 有一定生产规模的中试示范线显得极为迫切。贵金属表面改性钛阳极板的研究属于高科技研究领域，这一材料本身具有高的附加值。发展这一领

6、域的研究，将填补我市在钛阳极板材料研究和生产的空白，必将为金属钛材研究领域开拓 新的方向。在我国工业经济布局已基本形成的情况下，要振兴我市经济，进一步发展我市的金属 钛材深加工事业，只能发展具有高附加值的高新技术产业，而贵金属表面改性钛阳极板正属于高 新技术产业，这一产业的发展一定会为我市的产业发展起到巨大的推动作用。相关技术领域国内外发展现状、趋势阳极材料的发展大致经历了一下几个阶段。19 世纪末，发明了人造石磨，20 世纪 50 年代，氯碱工业上都使用石磨阳极，其具有杂质含量少、导电性能优良、化学稳定性强等有点，能完全抗 氯腐蚀，但对析氯反应，石磨电极具有较大的，尤其是在阳极反应过程中，因

7、析氧副反应导 致氯气中含有氧气，消耗石磨，使Vt 随使用时间的延长而逐渐提高。同时随着材料的消耗扩大了电极间距，提高了V，导致电解槽停止工作并耗费相当人力物力更换阳极，维护成本较高。这种情况促使了工业上对具有较好电催化活性以及尺寸更稳定电极材料的要求。1957 年研究人员发现镀铂钛阳极导电性能和耐腐蚀性能 都优于石磨电极，且金属钛基材加工成型性能好，可适应不同随工况条件，同时表面的贵金属材料可大大提高催化活性，降低。同时也发现，贵金属 在氯碱电解槽中的活性和稳定行依然有待提高，且铂电极材料成本高，难以工业使用。荷兰人 Henri Bernard Bear 提出了由合适的前驱体通过热分解方法之辈

8、贵金属电极，试验结果表明在金属钛 基材的表面的成分并不是贵金属，而是贵金属的氧化物。1968 年Bear 发明的钌钛阳极材料在意大利 Denora 公司实现工业化并命名为DSA(Dimensionally Stale Anode)，这一发明被誉为影响二十世纪电化学工业的最伟大发明之一，其特点为贵金属氧化物 RuO2 比其贵金属本身具有更好的导电性和催化性能，特别是耐腐蚀性能，自此以后其在氯碱工业、水处理、阴极保护等领域得到广泛的 应用。在此基础上开始了现代电极材料的研究和开发。工业上的成功运用促进了电极材料基础理论研究的开展，人们逐渐认识到贵金属氧化物并不是独立存在于金属钛基材的表面，而是和钛

9、基材表面的氧化钛以混合或者固溶的形式存在，实验结 果表明金属钛基材表面的涂层的真实表面积相对几何表面积要大的多，因而贵金属氧化物的活性 相对贵金属材料要高得多。基于工业应用的实践经验和实验结果，提出了作为电极材料的六个基本要求：具有良好的导电性；对电极反应具有良好的活性；对电极反应具有良好的催化选择性；具有良好的耐腐蚀性能和几何尺寸稳定性能；机械强度和加工性能了好；成本低。而迄今 为止工业中所使用的电极材料按照成分和结构一般分为 6 大类：碳系材料；金属材料；金属间化合物；金属氧化物；聚合物；复合材料。阳极是电解槽服役条件中最为苛刻的构件， 是电化学领域研究的重点，其中贵金属修饰的钛阳极材料最

10、受人瞩目。自 DSA 发明至今，以 RuO2-TiO2 为主要成分的贵金属修饰钛阳极材料在氯碱工业、水电解、湿法冶金、电镀、电解炼铝、电渗析、电泳等方面得到了广泛的应用。在使用过程中也表现出其缺点，主要为 1、RuO2-TiO2 对氧的过电位较低，使氧氯在电极处的电位差较小，因而电极的选择性较差；2、电解产生的氯气中含氧气的量较高（达到3-4%），导致电极电流效率降低，同时也直接影响到涂层的工作寿命。另外，钌含量较高。基于此，更多的研究工作集中于涂层配方，制备工艺、中间层的筛选，并取得了卓有成效的实验成果，目前研究工作的重点和难点在于如何获得可在强酸性介质稳定工作的钛阳极材料，研究工作主要着重

11、以下几个方面：1、活性配方筛查几种组分的混合可使组员间达到紧密的电子联系，改善电极活性，寻求协同效应，较成功的是 将 RuO2 和 IrO2 混合。同时，不同组分对氧气的亲和力是不同的，组合不同的阀金属和贵金属，可在较小的贵金属浓度下提高阳极活性，降低贵金属使用量。通过考察不同金属在酸碱环境中的析氧极化行为可知，不同材料表面的析氧电流值相差可达到几个数量级，在酸性溶液中Ru 和 RuO2 电极是最佳催化剂，而在碱性溶液中则以 NiCoO4 阳极最佳。虽然 Pt 是最佳的析氢用电极材料， 但其用在析氧上却表现出很高的阳极过电位，一般认为，贵金属及贵金属化合物的析氧催化活性顺序为：PdORuOIr

12、O Rh O Pt，但耐腐蚀性能却是 IrO RuO PdO，从活性角度看，222322贵金属不能少，为了提高稳定性和电催化选择性，添加元素涉及以下四类元素：（1） 贵金属化合物贵金属化合物为半导体氧化物，但其独特的导电能力成为首要的研究对象。最早实现工业化的 钛阳极析氯型金属阳极，贵金属氧化物为 RuO2，因为 RuO2 具有很高的活性。在 RuO2-TiO2 和RuO2-SnO2 钛阳极中，RuO2 为活性氧化物，起到电催化作用，而TiO2 和SnO2 作为辅助氧化物，可稳定RuO 。但这两种阳极材料在析氧领域的使用均告失败，后来研究发现IrO 具有双中功用，2既能作为活性氧化物，又能稳定

13、涂层，如Ti-IrO 、Ti-RuO -IrO 、Ti-IrO -SnO2、Ti-IrO -Ta O 等阳22222225极得到成功应用。其中 Ti-IrO2-Ta2O5 电极析氧作用最好，但由于 IrO2 含量为 70%，Ta2O5 含量为30%，阳极材料成本依然很高。表 1 列出了一些氧化物对的标准平衡电极电位表 1 金属氧化物对的氧化还原电位低价氧化物/高价氧化物Ir2O3/ IrO2 Ru2O3/ RuO2 OsO2/ OsO4 Ni2O3/ NiO2 Co2O3/ CoO2 Rh2O3/ RhO2 PtO2/ PtO3 PdO2/ PdO3E/V0.930.941.001.431.4

14、51.732.002.03（2） 基体金属及其合金基体金属对提高阳极性能有着举足轻重的地位，其主要作用是：1、作为基体材料，耐腐蚀；2、作为贵金属氧化物的催化骨架；3、作为阻挡活性成分的中间层，防止基体钝化失效。钛金属基材 由于在金属表面可自发形成了惰性的TiO2 薄膜，并由此直接影响到电极的钝化作用。从而使活性层电化学性能的退化，影响到电极的使用寿命。TiO2 层的稳定性和电化学性能取决于制备方法和基体状态。通常采用三种技术处理钛基材：1、机械抛光；2、HF-HNO3 酸性溶液化学刻蚀；3、H2SO4/HF 混合水溶液或硫酸甲醇混合非水溶液中的电解抛光。有研究表明直接将钛基体氧化得到的 Ti

15、Ox,，比刷涂后热分解得到的 TiOx 与钛基体的结合力要大，且与活性涂层结合紧密，提高涂层抵抗气体的冲刷能力，同时也可阻止活性氧对钛基体侵蚀。但较为矛盾的是TiOx 可使阳极的导电性能下降。Zr、Nb、Ta 等金属研究发现也可作为基体材料，但和金属Ti 相比还有一些局限性， 目前的研究重点在于几种金属相互合金化对阳极材料性能的影响。（3） 稀土元素及其氧化物由于稀土元素在催化性能上的特性，近年来关于贵金属化合物及其复合结构氧化物在电极中的应用研究工作非常活跃。现在共识是，在析氯过程中的电催化机理是变价贵金属化合物在电极表 面为活性中心，所用的稀土元素都将是良好的高温析氯催化剂。（4） 增加可

16、形成高价离子并具有导电性的中间层在基体金属与表面活性层之间增加一个中间层，可使电催化材料的寿命大大提高，中间层涂层 的氧过电位较高，析氧困难，同时又起到阻挡氧气向基体扩散和渗透，减慢了基体与活性层之间 不导电氧化态膜形成的速度，延缓了基体的钝化失活，使涂层工作寿命大大延长。在文献报道中Sn-Sb 氧化物、Sn-Sb-Mn 氧化物、Sn-Ru-Mn 氧化物，以及Nb-Sn 氧化物作为中间层。制备工艺简单，使用效果明显。2、涂层制备方法的研究进展阳极材料表面涂层是物质聚集状态决定了涂层的真实表面积和空洞特性。真实表面积越大，电流一定，则单位反应面积上的电流密度就可降低，反应平稳，阳极寿命长。而空洞

17、越大越深，惰 性面积就越大，电流击中效应明显，导致阳极材料失活。因此，阳极涂层制备必须考虑如何提高 真实反应面积和改善空洞分布，以提高电催化性能。（1） 热分解制备技术前躯体溶解在合适的溶剂中形成溶液，将溶液涂覆于预处理的钛基体上，溶剂蒸发，于350-450分解，在金属钛基体上形成几个微米厚的氧化物层。在热分解过程中，金属钛基体表面 被部分氧化形成一层薄的 TiOx，隔离了基体金属和涂层材料的连接，增大阳极电阻，影响到氧化物层的电化学行为和服役寿命，同时涂层成分和涂液配比不一致，导致涂层结构成分分布不均匀， 是部分涂层氧化物颗粒过度生长，限制了高性能阳极材料的开发。（2） 溶胶-凝胶法（sol

18、-gel）日本学者采用 sol-gel 方法制备了超细RuO2-TiO2 和 RuO2-TiO2-SnO2 钛阳极材料，采用此工艺可开发纳米结构钛阳极材料，提高阳极活性和耐腐蚀性能。但采用 sol-gel 方法需在 400下烧结，会生成锐钛矿氧化钛，急剧恶化阳极性能，也不可避免造成机体恶化。从原料来看，因sol-gel 法需采用金属醇盐作为前躯体，而贵金属醇盐合成难度大，化学性质活泼，易于水解沉淀，因而 造成 sol-gel 法在实施中受到较大的限制。（3） Pechini 制备工艺采用溶液聚合方法，在多羟基醇的作用下，有机酸与金属离子形成螯合物，螯合物在加热过程中聚酯化，形成按化学计量比均匀

19、分布的聚酯树脂，并在高温下获得贵金属氧化物涂层。近年来，阳极制备方法随着新工艺和新技术的采用，又发展了一些新的制备工艺，如：电磁感应加热法（electromagnetic induction heating），采用电磁感应加热使前躯体快速分解减少基体氧化，但耗时较长需 3-10 小时。激光加热法，采用CO2 激光器作为发热源，可大大缩短加热时间，极大减弱基体的氧化，但整个操作工艺控制参数较多，操作复杂，质量难以控制。微波等离子体增强 化学气相沉积，以及梯度功能氧化物钛阳极。（四）(一)有关本项目的现有工作基础和支撑条件该项目在昆明理工大学校重点基金的资助下已开展了近两年的科研开发工作，搜集了近

20、十年来有关钛阳极材料的相关文献，并结合实际的研究工作做了详尽细致的总结归纳，对钛阳极材料的制备技术和发展现状及趋势有较全面的了解。研究工作主要集中于贵金属氧化物涂层材料的制备与钛阳极材料的性能结构的强关联关系，对贵金属前躯体的形貌结构、粒度分布，实验室制备工艺各项参数与电化学性能之间的内在关系进行了较为全面的研究，取得了阶段性的成果，所制备的小批量贵金属表面改性钛阳极材料已提供给数家厂家试用，各项性能指标完全满足厂家提出的要求，这充分说明了该新工艺是可行的。前期大量基础工作，为开展本项目奠定了良好的技术基础。二、项目实施方案项目达到的目标及考核的主要技术经济指标1、基础研究方面（1） 完成超声

21、活化工艺对纯钛金属板材表面活化处理机理；（2） Pechini 法制备工艺参数对贵金属有机前驱体性能结构的影响；（3） Pechini 法获得的贵金属氧化物涂层和金属钛基体的结合机制2、材料技术指标（1） 贵金属修饰涂层厚度：5m（2） 贵金属耗量：5g/m2（3）热分解温度：500；（4）强化寿命电解条件下，即 0.5mol/dm3H SO 溶液中，工作温度 25，电流密度为 400A/dm2，24(二)1.2.3.4.Cl-=500ppm，贵金属修饰钛阳极材料寿命：100h(5) 涂层表面均匀3、示范线方面建立一条年产 100m2贵金属表面改性钛阳极板中试示范线4、其它申请国家发明专利 2

22、 项以上，发表文章 2 篇以上。项目的主要研究(开发)内容本项目所采用的制备技术有独特的创新性，要实现相应目标和内容的关键在于对超声活化技 术的控制，Pechini 法合成工艺的控制，以及贵金属与其他活性元素体系的构架，热分解工艺的优化。同时提出不同制备条件下的显微结构、制备工艺的热力学和动力学对阳极材料性能的影响规 律，得到性能优异的钛阳极材料。具体研究内容如下：金属钛基体材料的超声活化工艺刻蚀；采用钛酸丁脂作为原料，以 sol-gel 方法合成金红石型氧化团骨架材料，以及采用 Pechini法制备纳米氧化钛，研究材料物相、微观形貌、制备工艺与晶体结构的强关联关系。采用Pechinei 方法

23、制备系列贵金属氧化物组元（Ru，Ir，Pd），分析贵金属个氧化物在温度影响下发生的组织变化以及制备溶液的性质对其性能结构的影响。采用Pechini 法制备其他活性元素（如Sn）与贵金属的氧化物电极涂层材料，研究混合氧化物相结构的变化及相互影响规律，以及不同配比对阳极性能的影响。5. 研究采用上述方法获得的涂层材料与金属钛基体材料的组装工艺，同时采用电化学测试手段研究阳极材料在析氯和析氧条件下的电化学性能，分析其对催化性能的影响规律。（三）试验(开发)规模及地点本项目根据自身工艺特点和目前市场容量以及本单位的市场开拓能力，拟建年生产规模为 100m2的贵金属修饰钛阳极材料示范线，总投资60 万元

24、。由于本工艺无污染，是清洁的生产工艺， 同时考虑到原材料和产品运输等原因，建设地点定在攀枝花钒钛科技园区。(四)主要技术关键及创新点本项目的技术关键及创新点在于，将超声活化技术引入金属钛基体刻蚀工艺，有效提高了刻 蚀效率，降低了刻蚀工艺中的耗酸量，大大缩短了时间，一方面可减少对环境污染的可能性，另 一方面提高了生产效率。同时采用Pechini 方法同时制备氧化钛、贵金属、其他活性金属的混合涂层，一方面可大大提高涂层与金属钛基体的结合表面积，提高活性，另一方面可大大降低贵金属 的耗量。采用此工艺，与其它制备方法相对比，其特点为基板纯钛消耗量小，仅为1%，贵金属与 纯钛基材结合良好，结合力高，无漏

25、点，贵金属耗量小，阳极材料电化学性能优良，使用寿命长， 是一种工艺简练、成本低、无污染的绿色制备工艺，尚未见相关报道。(五)实施方案（含技术路线、工艺流程及技术关键的解决方案） 技术路线如下图所示：活性元素钛基化合物Pechini 法制备涂层前躯体金属钛基体毛化调浆涂覆极板，烘干（5 次）金属钛基体超声活化刻蚀热 分 解检 验、包 装技术路线金属钛基体表面处理Pechini 法制备涂层前躯体调浆涂覆极热分解技术方案采用机械毛化工艺及超声刻蚀工艺贵金属，活性元素，以及氧化钛的有机前躯体合成工艺将前躯体按不同配比进行调浆，并将浆体均匀涂覆在金属钛基体表面与一定温度、气氛下进行热分解技术关键的解决方

26、案超声声场的控制，以及刻蚀酸液的配方不同金属醇盐的制备、配比控制调浆工艺、pH 值控制，涂覆工艺，均匀度判断既能保证前躯体的分解和贵金属及活性元 素的氧化物晶体生长，又能尽可能减弱对金属钛基体的氧化。攀枝花学院非常重视贵金属表面改性钛阳极板材料的新工艺的开发，于前期和昆明理工大学合作开展了部分基础性研究，取得了一定的实验结果，为本项目的实施奠定了基础，同时对相关 实验室进行了改造，在原有部份小型实验设备的条件下，添置了小型气氛烧结炉等实验室用小型 设备。通过前期研究，目前达到小试阶段，已生产出样品并提供给相关厂家试用，各相关厂家都对其性能进行了相应的测定，对其给予了较高的评价。该技术目前的主要

27、缺陷是设备对于稍大批量（中试）生产需求的不适应。需对中试生产设备进行设计制造。另外其他相应配套工艺进行研究， 主要解决反应效率、涂层尺寸控制、热分解温度确定等，确定贵金属修饰尽是钛阳极材料的最优 化制备工艺，针对用户需求对其的各种性能指标与加工工艺参数之间的内在联系条件进行研究。(六)技术风险分析本项目所采用的工艺是自主开发的关键技术，贵金属修饰金属钛阳极材料的制备工艺各项基础研究工作在前期工作中得以深入研究。小试结果已得到用户的认可，本项目是在实验室基础上解决规模化生产中的工艺、设备等的优化和配套等问题。而且从目前来看，由于本项目中的关键技术尚未有相关报导，而且有前期深入的基础研究，在国内外

28、同行中研究开发保持领先地位，技术上不存在风险。(七)分年度的工作内容、目标任务一：2010 年 1 月2010 年 6 月，超声活化刻蚀工艺的完善试验，小批量产品性能的一致性试验，贵金属及活性元素的选择和相应配方的确定，工艺参数优化，相关设备选型、采购；任务二：2010 年 7 月2010 年 12 月，相应实验场次改造、电力增容配备、水路、气路设计， 同时研究大批量生产中影响质量的各主要因素和对策。任务三：2011 年 1 月2011 年 9 月，设备安装调试，试生产，研究示范线各工艺参数的确定， 建立在线检测体系，规范生产过程管理和质量监督管理。任务四：2011 年 10 月2011 年

29、12 月，考核示范线生产能力，开始正式生产，同时进行项目验收和鉴定工作。(十一)有关本项目的国内外知识产权状况分析对近十年来相关文献的检索查新，国内外对贵金属修饰钛阳极材料的研究方兴未艾，形成了 丰富的技术文献，专利的申报、批准率非常高，各国科研人员在此领域投入大量的精力和热情， 目的是尽快形成占有技术领先优势的态势，从而在技术标准上取得控制地位。从目前发展的现状 来看，在贵金属修饰钛阳极材料各项指标中，尚未有谁取得实质性的突破，处于群雄并起的局面。纵观此领域，本项目中提出的工艺尚未见报道，通过本项目的实施，进一步完善基础资料，积极 申报发明专利，可形成自主知识产权。在此领域中争得一席之地。三

30、、市场分析(一)市场预测(含同类项目的国内外市场情况)贵金属表面改性钛阳极板材料由于其优良的电化学性能和机械性能，可广泛地在氯碱工业， 化工，冶金，电镀，水处理，环保，海洋，阴极保护等领域中应用。具体分析如下：1、氯碱工业用钛阳极氯碱工业用钛阳极钛电极最早于 1968 年由意大利 DeNora 公司用于氯碱工业生产中。目前， 我国烧碱总生产能力为 730104t(1998 年)，而美国等几个国家为3000104t，基本都使用钛阳极电槽。国产 30 型钛阳极电槽每台需用钛材 210kg，这样全世界氯碱工业用的钛电极便消耗钛材约1.54104t，是一条推广应用钛材的有效途径，同时贵金属表面改性可有

31、效提升金属钛材的深加工价值，可实现大产能和高利润。2、电沉积提取有色金属用钛阳极阳电沉积提取金属采用不溶性阳极，使经浸出、净化处理的电解液中的待提取金属离子在阴极 还原，制得纯金属。电解冶金在湿法冶金工业中已经占有很大的比重。采用电解冶金生产的有色 金属有Zn，Cd，Cu，Mn，Co，Cr 等。电沉积提取金属最大困难是选用合适的阳极材料。对阳极要求稳定、耐蚀，可长期使用，对阳极过程具有良好的电催化活性，以降低阳极反应的过电位和 槽电压。近些年来电沉积提取金属工业已广泛使用涂层钛电极，随着湿法冶金技术成为主流技术， 贵金属表面改性钛阳极板材料必将成为这一领域的关键材料。尤其在以下几个方面：（1）

32、 氯化物溶液电积提取金属氯化物溶液电积金属，工厂过去使用石墨阳极。石墨材料电阻大，因此电能消耗大；石墨阳极强度低，容易损耗，工作寿命短；石墨污染阴极产品，很难获得高纯金属。氯化物溶液电解时，阳极上主要发生放氯反应。阳极上析出氯气，活性涂层最主要的特性是 氯过电位低，导电性能好，耐氯腐蚀性强，阳极使用寿命长。采用贵金属表面改性钛阳极板材料 可提高阳极氧化电位，有利于延长阳极工作寿命。如在氯化钴溶液电积Co 时，石墨阳极只能用几个月，而贵金属表面改性钛阳极板材料工作寿命长达 4 年。氯化钴溶液电积时，石墨阳极槽电压为 4.1 V，而涂层钛阳极为3.7 V，降低了0。4V；电流效率从91.5提高到

33、94；生产1 tCo 节省电能 400kWh，即节电 11%。同时可使Co 中含碳量降低，提高金属等级。在氯化镍溶液电积镍时，250A/m2 时涂层钛电极的氯过电位为 0.1979V，过电位值很小，说明贵金属表面改性后钛电极电催化活性大大提高。（2） 硫酸盐溶液电积提取金属硫酸盐溶液电积金属一般使用铅基合金电极，但在电解生产过程中，铅阳极会溶解，既消耗阳极材料，又影响阳极工作寿命，而且溶解在溶液中的铅会在阴极上析出，使金属中铅杂质含量增高，降低了产品质量。硫酸盐溶液电积金属时，阳极上主要产生氧气。活性涂层最重要的特性是对氧的电催化活性高，导电性能好，对氧的耐久性好，阳极工作寿命长。采用贵金属表

34、面改性钛阳极板材料，在硫酸镍溶液电积镍时，铅银阳极的交换电流密度值为17.。910-7A/cm2，贵金属表面改性钛阳极板材料为 3.8510-5 A/cm2，交换电流值越大，则所需过电位越小，反应速度越高，说明电极电催化活性越高。可见，贵金属表面改性钛阳极板材料电 催化活性大大优于铅银阳极。与铅银阳极相比，槽电压可降低 0.5V，每生产 1 吨 Ni 节约电能485.72kW.h，即节电 17.54。(3)氯化物硫酸盐混合溶液电积提取金属氯化物硫酸盐混合体系电解时，阳极上同时析出氯气和氧气，对阳极材料腐蚀非常严重，与 单一盐类体系相比，阳极处于更苛刻条件下工作，从而对阳极材料提出了较高的要求，

35、贵金属表 面改性钛阳极板材料有利于抑制放氧反应的进行，适合在氯化物硫酸盐混合溶液电积金属中使用， 工作寿命达 810 个月，远远优于其他阳极材料。3、电解法制取离子水(碱性离子水和酸性离子水)钛阳极正常健康人体的酸碱度范围为pH7.367.4（这是人体进行正常的新陈代谢的必要条件。但随 着生活水平的高，人们食谱中酸性食物(鱼、肉、蛋、糖、米与碱性食物(蔬菜、水果、牛奶等)的 比例远远超过正常比(1：2)。加之城市环境污染和生活节奏加快造成的精神张，使人体内的酸碱度平衡系统失调，导致人形成酸性体质。而酸性体质，就是亚健康状态，是导致现代病(高压、高血 脂、高血糖等)的重要原因。长期饮用碱性水饮料

36、，会使人从酸性体质恢复到正常状态。碱性离子 水可直接治疗慢性下痢、消化不良、胃肠内常发酵、胃酸过多等四种疾病，对其他现代病是通过 改家庭用电解离子水生成器。是将自来水通过过滤后，通过电解作用，在阴极区产生碱性离子 水，在阳极区产生酸性离子水。国内外过去的离子水生成器的阳极、阴极均用钛镀铂电极。钛镀 铂电极价格昂贵，且奇缺；钛镀铂极需从国外进口，关税特别高。这样造成离子水生成器机价格 高，难以在国内销售。采用贵金属表面改性钛阳极板材料，可使电解槽处于高槽电压30V 下操作， 一般电解槽工作电压为 3-4V，产出优质的碱性离子水和酸性离子水，各方面性能可与钛镀铂电极相比。且贵金属表面改性钛阳极板材

37、料价格低廉，有利于国产化后。4、电镀行业用钛阳极（1） 镀金镀金工艺过去使用钛镀铂电极，一是价格昂贵，二是需要从国外进口，另外还存在两个问题： 把一价金离子氧化成三价金离子，降低电流效率，氧化破坏柠檬酸缓冲剂，破坏镀液的稳定性。采用贵金属表面改性钛阳极板材料可保持镀液稳定，镀件表面状态和钛镀铂电极的镀金件没有区别。贵金属表面改性钛阳极板材料价格便宜，是钛镀铂价格的13，且不需要进口。（2） 镀铬镀铬通常采用铅基合金阳极。在电镀过程中，铅电极表面容易生成导电性差的铬酸铅，使槽 电压升高，严重时甚至造成阳极不导电。正常生产时，必须定期进行刷洗，既因而增加了劳动强 度，又污染了环境。镀铬溶液由硫酸和

38、铬酸配制而成，腐蚀性相当强；镀耐磨铬时，电流密度很 高，达 50 A/dm2。这么苛刻电镀环境，一般的电极材料是很难适应的。而采用贵金属表面改性钛阳极板材料可最大限度便面以上问题。5 水处理用钛阳极在工业用水的处理，医院污水的处理，电镀工厂含氰废水的处理，以及发电厂冷却循环水的 处理中均要采用高性能的钛阳极材料，采用贵金属表面改性钛阳极板材料可有效地净化处理，使 阻垢率大于 94，除垢率大于或等于94，杀菌率大于 97，灭藻率 100，完全符合污水排放标准。(二)本项目的市场竞争优势、风险及市场策略1、市场竞争优势由于本项目所采用的制备工艺是具有自主知识产权的先进工艺，无污染，流程短、比容小、

39、工序简便，又由于在攀枝花本市范围内，可方便地解决钛原材料。所开发的产品有很好的电化学 性能且成本较低低。同时在前期研究过程中，我们和许多钛阳极材料的使用厂家建立了很好的技 术协作联系，为我们产品快速进入市场奠定了良好的基础。产品在高质量的同时，成本低廉是最大的市场优势，加上有效的市场营销管理，必将产生较好的经济效益。2、风险及市场策略（1） 市场和政策风险项目存在的主要风险主要是市场风险，市场营销能力尚还不足，因此从研发阶段开始就需 大力培养技术型市场人才。但该项目的优势在于产品质量能保证的同时成本较传统方法降低很多， 因此市场风险可随之降低。（2） 经营风险产品质量和售后服务等等都可能带来经

40、营风险。因此项目在建设过程，建立一系列对策和措施，全面推行质量管理，以先进的技术、高质量的产品、优质的售后服务等消除和控制产品质量问题带来的经营风险（1）(三)经济、社会效益分析1、经济效益分析：1） 产品成本计算：项目生产能力：100m2/年贵金属修饰金属钛阳极材料；（2）目前市场单价：1mm 钛基体贵金属修饰金属钛阳极材料 1000 元（3）成本：1mm 钛基体贵金属修饰金属钛阳极材料550 元2）对生产成本产生负面影响的主要因素以及可采取的对策：（1） 生产原料价格的波动：主要是贵金属化合物价格的波动，贵金属化合物在成个制造成本中占到70%，贵金属化合物价格的波动会对贵金属修饰金属钛阳极

41、材料的价格产生影响。对此我们认为应对贵金属化合物价格 进行跟踪和分析，采取灵活的策略，规避价格风险（2） 废品率对产品成本的影响加强质量管理过程，严格质量管理体系，加大工艺的创新和改进，努力降低生产过程中的废品率。2）产品单位售价与盈利分析本项目完成后，年产贵金属修饰金属钛阳极材料100m2，产品销售价格为 1000 元/ m2，盈利分析如下：产值：100000 元原料成本：45000 其他成本：10000增值税：4500017%=7650 元所得税：(45000-7650) 33%=12325 元企业利润率：（45000-7650-12350）/100000 =25%经济效益可观。2）社会效

42、益分析清洁的生产工艺是当今工业社会发展的主流，人们在进行工业生产的同时，希望与周围的环境和谐相处。本项目所采用的新工艺不会产生污染，且工艺简便，具有投资价值。另外新工艺制备的贵金属修饰金属钛阳极材料具备优良性能，将促使人们对阳极材料的贵金属涂层的材料结构、性能以及催化机理进行深入的研究，必将促进钛阳极材料的发展。(四)推广应用及产业化分析1、推广应用前景在前面论述中，已对国际、国内市场的容量进行了评估，目前，每年国际、国内市场对贵金属钛阳极材料的需求量在 10000m2 以上，市场潜力巨大，国内在 10000 m2，且国内对其的需求随着氯碱工业和有色金属冶金行业的发展以每年 20%的速度增长，

43、同时由于每年都有存量 30%左右旧阳极的替换更新，国内市场空间广阔。2、产业化可行性本项目采用超声活化工艺对纯钛金属板材表面进行活化处理后，与采用Pechini 法获得贵金属有机前驱体进行高效吸附，于惰性气氛下热分解反应制备具有优良电化学性能的贵金属表面改性 钛阳极板材料，其显著的特点是降低贵金属用量，降低热分解温度，提高贵金属和纯钛基材的结 合力。工程化制备技术成熟后，由于其技术和成本优势，有利于进一步产业化，具有显著的经济 和社会效益。四、经费预算项目总经费预算 60 万元，其中含合作单位昆明理工大学经费 25 万元，详细科目参见表 2 经费预算表。预算科目总预算数（万元）60其中昆明理工

44、大学（万元25备注支出预算合计一、人员费31其中：项目负责人10.5表 2 项目经费预算表主要研究人员20.5科研人员津贴二、设备费1641.购置费124其中：单价 130 万元的设备104马弗炉，超声发生器单价 1 万元（含）以下的设备202.场地建设40附表 3 列示3.租赁费0附表 4 列示三、相关业务费41201.材料费2012钛基体及其贵金属化合物2.燃料及动力费20.5水电费用3.测试及化验费74结构分析（SEM、AFM、XRD、XPS）和性能测试（红外光谱、核磁共振，电化学性能）4.外协费05.差旅费31.56.管理费31直接项目管理人员费用31仪器设备、房屋使用及折旧费00其他

45、行政管理费007.其他费用31资料及检索0.50.2知识产权保护10.3验收鉴定1.50.5专家咨询00其他00预算合计60252、年度资金拨款预算（1） 2010 年 1 月2010 年 12 月，拨款 30 万元（含昆明理工大学 15 万元技术协作费）；（2） 2011 年 1 月2011 年 12 月，拨款 30 万元（含昆明理工大学 10 万元技术协作费）五、技术经济可行性的综合评价本项目应用实验室成熟材料加工制备新技术，制备贵金属表面改性钛阳极板材料，通过进行 相关工业化研究，优化工艺参数，简化工艺，降低生产成本，提高产品各项性能指标，最终建立 一条年产 100m2 贵金属表面改性钛

46、阳极板材料的示范线，本项目的实施是先进制备工艺在材料领域中的应用，对促进科研向生产力转化具有较大的意义，同时具有很好的经济效益和社会效益。我们所提的技术指标为目前国内领先水平，在国际上也有很强的竞争力。整个实施方案详细、周密、 明确，实施条件充分，经济和社会效益明显。六、承担单位、参加单位意见贵金属修饰钛阳极材料是当今阳极材料应用和研究的热点，其使用领域的不断扩大，市场需求的不断增强，促使人们对其电催化机理、结构特性、制备工艺等方面深入地研究，以获得低成本、结构稳定、性能优良的材料。本项目所提出的贵金属钛修饰钛阳极的制备新工艺，不同于当前其他研究和生产者采用的工 艺，采用超声活化工艺对纯钛金属板材表面进行活化处理后，与采用Pechini 法获得贵金属有机前驱体进行高效吸附，于惰性气氛下热分解反应制备具有优良电化学性能的贵金属表面改性钛阳极