Page 207 - 《精细化工》2023年第5期

第 5 期 张梦迪，等: 靛蓝废水无机盐环境下铝极板溶解与电化学行为分析 ·1127·

由图 4 可以看出，电极的溶解腐蚀均为点蚀， 由图 5 可以看出，初始 pH 为 5 时，阳极区极
即电极表面形成小孔状的局部腐蚀，且沿腐蚀小孔 化曲线最平缓，钝化区间较小，因此在弱酸性条件
位置深入腐蚀电极 [22] 。酸性条件（初始 pH=3~5） 下，电极活性更好，不易发生钝化。碱性条件下，
下，电极的溶解腐蚀位点较少，腐蚀坑洞面积大、 自腐蚀电位发生负移，理论上极化曲线负移表明电
深，但分布不均。近中性（pH=6~9）范围内，腐蚀坑 极活性得到增强，但观察到阳极区的钝化区间也增
点比较均匀，坑洞小而浅。pH 继续升高（pH=10~12）， 大，说明电极极化程度大，反而易钝化，自腐蚀电
电极的溶解腐蚀坑洞再次加深，这是由于铝为两性 位的负移可能是由化学溶解造成。
金属，强碱性条件下会发生化学溶解。特别是，当 不同初始 pH 下反应后铝阳极的电化学交流阻
初始 pH>9 后，反应后电极表面会黏附絮体。这是 抗谱拟合曲线如图 6 所示。可以看出，除 pH 为 3
–
由于溶液碱性较强条件下，体系中 OH 较多，Al 3+ 时低频区无扩散直线外，其余都是由高频区容抗弧
–
会与附近的 OH 快速结合，在阳极表面形成不定形 和低频区的扩散直线组成。高频区容抗弧半径随着初
Al(OH) 3 絮体，絮体随着反应的进行黏附到整个电极 始 pH 的升高略有减小，相对较稳定。低频区扩散斜
表面。根据对黏附絮体电极表面清洗前后电阻的测 率随着初始 pH 升高显著升高，表明初始 pH 对低频区
试结果（表 1）可知，絮体的黏附将导致电极表面 容抗弧影响较大，此过程产生的电阻可用 Warburg 扩
电阻升高十几倍，即形成不易导电的钝化层。这种 散阻抗（W 1）来表示。交流阻抗谱等效电路拟合结果
沾污现象阻碍了反应过程中离子移动，影响反应效 如表 2 所示。可以看出，初始 pH 对溶液电阻影响较
率和稳定性。 小；当初始 pH 为 5 时，溶液电阻最小。而初始 pH 为
5~7 内界面转移电阻（R 2）极小，表明此时电极表面
表 1 絮体黏附的电极电阻
Table 1 Resistance of electrode with floc adhesion 电化学转移阻力较小，电化学反应速率较快。W 1 在
测试点数 清洗前电阻/Ω 清洗后电阻/Ω 初始 pH 为 5 和 11 时较小。综合上述电极腐蚀情况
1 6.2 0.4 与电化学行为来看，初始 pH 为 5~7 时，电极不易
2 6.8 0.6 钝化，电化学活性较好，有利于电化学反应进行。
3 8.2 0.4
4 10.7 0.2
5 8.8 0.9
6 9.8 1.1
7 11.2 0.7
8 6.4 0.6
9 6.8 0.4
10 9.0 0.4
平均 8.4 0.6

2.4 不同初始 pH 下铝阳极电化学行为
利用电化学工作站进一步分析铝阳极的电化学

行为，极化曲线阳极段可体现出铝阳极的溶解腐蚀 图 6 不同初始 pH 下反应后铝阳极的 Nyquist 曲线
及钝化情况，极化曲线越平滑，说明电极活性越好 [23] 。 Fig. 6 Nyquist plots of electrode after reaction at different
initial pH
图 5 为不同初始 pH 下反应后铝阳极的极化曲线。

表 2 等效电路拟合结果
Table 2 Fitting results of equivalent circuit
初始 pH

3 5 7 9 11
等效电路图

R 1/(Ω·cm ) 7.18 5.70 6.69 10.60 7.16
2
–4
2
–4
–3
QPE-T/(F·cm ) 5.14×10 –5 8.88×10 1.78×10 4.88×10 5.25×10 –4
QPE-P 0.7479 0.5433 0.7452 0.6916 0.7728
2
–6
R 2/(Ω·cm ) 265.7 5.3×10 3.3×10 –5 124.0 27.89
2
W 1/(Ω·cm ) — 82.3 2322.0 262.7 0.8

图 5 不同初始 pH 下反应后铝阳极的极化曲线 注：R 1 代表溶液电阻；QPE 1 为近似双电层电容，电极表面
Fig. 5 Polarization curves of electrode after reaction under 不规则，无法直接等效双电层电容，故常用相位角原件替代，
different initial pH 其中 QPE-T 为双电层电容，QPE-P 为弥散指数。