Какие электролитические ячейки используются для - часть 1

Для чего используются электролитические ячейки?

Аэлектролитическая ячейкасостоит из тела ячейки, анода и катода, и большинство из них отделены от камеры анодной и катодной камеры диафрагмой. Согласно различным электролитам, он разделен на три типа: водные электролитические клетки, электролитические клетки расплавленной соли и не впальные электролитические клетки. Когда постоянный ток проходит через электролитическую ячейку, реакция окисления возникает на границе раздела между анодом и раствором, а реакция восстановления происходит на границе раздела между катодом и раствором для получения желаемого продукта. Оптимизация структуры электролитической ячейки и выбор материалов электродов и диафрагм - это ключи для повышения эффективности тока, снижения напряжения ячейки и энергии экономии.

Анод

Функции анода и катода различны, а требования к материалу также различны.

Разделены на растворимые и нерастворимые категории. В электролитической ячейке для переработки меди материал анода является растворимой медной медной медной. Он растворяется в растворе во время электролиза, чтобы пополнить медь, которая выходит из раствора в катоде. В электролитических клетках для электролизирующих водных растворов (таких как растворы рассола) аноды нерастворимы, и они существенно не изменяются во время процесса электролиза, но часто оказывают каталитическое влияние на анодную реакцию, которая возникает на поверхности электрода. В химической промышленности в основном используются нерастворимые аноды.

В дополнение к удовлетворению основных требований общих электродных материалов (таких как электрическая проводимость, прочность каталитической активности, обработка, источник и цена), анодные материалы также должны быть нерастворимыми и пассивными в сильной анодной поляризации и высокотемпературной анолите с высокой стабильностью Анкет Графит долгое время был наиболее широко используемым анодным материалом. Тем не менее, графит является пористым, имеет плохую механическую прочность и легко окисляется в углекислый газ. Эволюция хлора, чрезмерная на графитовом электроде, также выше, когда он используется для электролиза солевого раствора.

Электрод оксида металла, образованный на покрытии оксида рутения и оксида титана на титановой основе, предложенной Х. Биллом в 1960 -х годах, является основным инновацией в анодных материалах. Диоксид рутения обладает хорошей каталитической активностью для определенных анодных реакций, таких как эволюция хлора и эволюция кислорода, и может работать при высокой плотности тока с относительно низким клеточным напряжением. Наиболее заметной особенностью является то, что он обладает хорошей химической стабильностью, и его трудовая жизнь намного длиннее, чем у графитовых анодов. Например, в электролитической ячейке диафрагмы для производства хлор-алкали ее продолжительность жизни может достигать более 10 лет. Поскольку его нелегко корреть и является размерным стабильным, он называется размерно -стабильным анодом. Чтобы адаптироваться к различным требованиям и использованию, другие компоненты могут быть добавлены в покрытие. Например, добавление олова и иридиума может увеличить чрезмерный напотенциал кислорода и улучшить селективность анода. Например, добавление платины может улучшить стабильность электрода. В настоящее время в химической промышленности широко продвигаются металлические аноды с драгоценными металлами.

В ячейке электролиза с расплавленной солью, поскольку температура электролиза намного выше, чем в ячейке электролиза водного раствора, требования к материалу анода являются более строгими. Для электролиза гидроксида расплавленного натрия, сталь, никель и его сплавы обычно доступны. Для электролитического расплавленного хлорида можно использовать только графит.

Катод

Когда металл или сплав используется в качестве катода, потому что он работает с относительно негативным потенциалом, он часто может играть катодную защиту, а коррозовность невелика, поэтому катодный материал легче выбрать. В водном электролизере катод обычно производит реакцию эволюции водорода с высоким уровнем утопления. Следовательно, основное направление улучшения катодных материалов состоит в том, чтобы уменьшить чрезмерное эволюцию водорода. В дополнение к использованию свинца или графита в качестве катода, когда серная кислота используется в качестве электролита, низкоуглеродистая сталь является обычно используемым катодным материалом. Чтобы уменьшить энергопотребление, в настоящее время используются различные методы для приготовления катодов с высокой удельной площадью поверхности и каталитической активностью, такими как пористые никелированные катоды.

Чтобы улучшить качество продукции, можно также использовать специальные катодные материалы. Например, в катоде ртути дляПроизводство каустической соды путем ртутного электролиза раствора рассола, высокая чрезмерная эволюция ртутного водорода используется для сброса ионов натрия для генерации амальгамы натрия, которая затем используется в специальном оборудовании с высокой пробежкой и высокой концентрацией. Амальгама натрия разлагается с водой. Кроме того, для экономии электроэнергии можно также использовать катод, потребляющий кислород, также может использоваться для уменьшения кислорода в катоде для замены реакции эволюции водорода. Согласно теоретическому расчету, напряжение ячейки может быть уменьшено на 1,23 В.

Диафрагма

Чтобы предотвратить смесь продуктов катодных и анодных продуктов и избежать возможных вредных реакций, в электролитической ячейке катодные и анодные камеры в основном разделены диафрагмой. Диафрагма должна иметь определенную пористость, чтобы ионы могли проходить, но не молекулы или пузырьки. Когда течет ток, омическое падение напряжения диафрагмы должно быть ниже. Эти требования к производительности в основном не изменяются во время использования и требуют хорошей химической стабильности и механической прочности под действием катодных и анодных электролитов. Когда электролизирующая вода, электролит в катоде и анодных камерах одинакова, а диафрагма электролитической клетки должна только для отделения катодных и анодных камеров, чтобы обеспечить чистоту водорода и кислорода, а также для предотвращения взрыва водорода и кислорода. смесь. Более распространенная и более сложная ситуация заключается в том, что композиция электролита катодных и анодных камер в электролитической ячейке отличается. В это время диафрагма также должна предотвратить взаимную диффузию и взаимодействие продуктов электролиза в электролитах катодных и анодных камер. Например, диафрагма в электролитической ячейке диафрагмы в производстве хлор-аналков может увеличить сопротивление диффузии и миграции гидроксидных ионов в катодной камере в камеру анод.

Диафрагмы изготовлены из инертных материалов, таких как диафрагмы асбеста, давно используемые в индустрии хлор Алкали. Однако производительность диафрагмы асбеста нестабильна. Когда рассол содержит примеси кальция и магния, в диафрагме легко сформировать осаждение гидроксида, уменьшая проницаемость; При относительно высоких температурах и под действием электролита, отек и свободный взлет. С этой целью смола может быть добавлена ​​в асбест в качестве армирующим материалом, или микропористая диафрагма может быть изготовлена ​​из смолы в качестве основного корпуса, что имеет большое улучшение стабильности и механической прочности. Катионная мембрана, разработанная в производстве хлор Алкали в последние годы, представляет собой новый тип мембранного материала. Он имеет селективность ионного проницаемости, которая может сделать ионы хлорида в основном не войти в катодную камеру, чтобы можно было получить раствор щелочи с чрезвычайно низким содержанием хлорида натрия.