鈦的電化學(xué)反應(yīng)及鈦陽(yáng)極的工作原理

鈦在1791年被發(fā)現(xiàn)，而第一次制得純凈的鈦卻是在1910年，中間經(jīng)歷了一百余年。原因在于：鈦在高溫下性質(zhì)十分活潑，很易和氧、氮、碳等元素化合，要提煉出純鈦需要十分苛刻的條件。 工業(yè)上常用硫酸分解鈦鐵礦的方法制取二氧化鈦，再由二氧化鈦制取金屬鈦。濃硫酸處理磨碎的鈦鐵礦（精礦），發(fā)生下面的化學(xué)反應(yīng)：FeTiO3+3H2SO4 = Ti(SO4)2+FeSO4+3H2O FeTiO3+2H2SO4 = TiOSO4+FeSO4+2H2O FeO+H2SO4 = FeSO4+H2O Fe2O3+3H2SO4 = Fe2(SO4)3+3H2O 為了除去雜質(zhì)Fe2(SO4)3，加入鐵屑，F(xiàn)e3+ 還原為Fe2+，然后將溶液冷卻至273K以下，使得FeSO4?7H2O（綠礬）作為副產(chǎn)品結(jié)晶析出。

Ti(SO4)2和TiOSO4水解析出白色的偏鈦酸沉淀，反應(yīng)是：Ti(SO4)2+H2O = TiOSO4+H2SO4 TiOSO4+2H2O = H2TiO3+H2SO4 鍛燒偏鈦酸即制得二氧化鈦： H2TiO3 =TiO2+H2O 工業(yè)上制金屬鈦采用金屬熱還原法還原四氯化鈦。將TiO2（或天然的金紅石）和炭粉混合加熱至1000～1100K，進(jìn)行氯化處理，并使生成的TiCl4，蒸氣冷凝。TiO2＋2C＋2Cl2＝TiCl4＋2CO 在1070K 用熔融的鎂在氬氣中還原TiCl4可得多孔的海綿鈦： TiCl4＋2Mg＝2MgC12＋Ti 這種海綿鈦經(jīng)過(guò)粉碎、放入真空電弧爐里熔煉，最后制成各種鈦材。

在電化學(xué)反應(yīng)中，電極表面區(qū)域隨著電荷移動(dòng)而伴生非均相催化反應(yīng)，該反應(yīng)類似于化學(xué)催化作用。在一定的電解液中，同樣的過(guò)電位下，電極反應(yīng)速率及反應(yīng)類型因電極基體材料的不同而變化，這在電化學(xué)中統(tǒng)稱為電催化。在電催化反應(yīng)中，作為電催化劑，不同的電極材料可以使電化學(xué)反應(yīng)速率發(fā)生數(shù)量級(jí)上的變化。所以，選擇適當(dāng)?shù)碾姌O材料是提高電化學(xué)催化反應(yīng)效率的有效途徑。電化學(xué)方法用于處理難降解的有機(jī)物具有很好的效果，它可以使非生化降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可生化降解的有機(jī)物。有機(jī)物的電化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率一般較慢，所以常用增大電極的過(guò)電位，增加電極表面積，選用優(yōu)秀的電極材料，以及改進(jìn)電極結(jié)構(gòu)等方法加以提高。

在電化學(xué)反應(yīng)中，多組分電極也是很重要的一個(gè)研究方面。Ti／Sn02·Sb203"Mn02／Pb02·Mn02陽(yáng)極的制備可作為多組分電極設(shè)計(jì)的一個(gè)示例。鈦陽(yáng)極失效的主要原因是析氧反應(yīng)所產(chǎn)生的新生態(tài)氧擴(kuò)散到電極表面，從而在鈦表面生成不導(dǎo)電的Ti02膜。為了使陽(yáng)極活化，在電極表面加一層PbO2·Mn02活性層；為了減少新生態(tài)氧擴(kuò)散到鈦表面上，在鈦電極基體與活性層之間加一層SnOz·Sb203·Mn02中間層。在含酚污水的處理中，該陽(yáng)極有很高的電催化活性和電化學(xué)穩(wěn)定性。

鈦陽(yáng)極是電解水機(jī)器中關(guān)鍵部件，金屬電極的好壞直接影響整水機(jī)的質(zhì)量。如何選用電極應(yīng)按工作性質(zhì)的不同合理選用，在水處理領(lǐng)域中金屬電極就必須具備以下基本要求：1.具有良好的導(dǎo)電性。2.耐腐蝕性強(qiáng)。3.機(jī)械強(qiáng)度和加工性能好。4.工作壽命長(zhǎng)。5.有良好的電催化性能等。