CN1008543B - 一种电解水方法 - Google Patents

一种电解水方法

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Abstract

一种电解水方法是在电解槽正常运转的情况下往电解液中加入含有氯铂酸和三氯化钌的活性组分溶液，在电解过程中可在电极上形成活性涂层使单对槽电压下降0.22伏，节电10%，此外这种方法能延长电极的寿命，因而这种方法易于在工业水电解装置中应用。

Description

本发明属于一种水电解的工艺方法。
水电解已作为一种重要的制氢方法在生产中应用。现在工业用水电解装置采用铁或铁镀镍阴极，但由于这种电极具有较高的析氢过电位，能耗较大，因而一些国家致力于配制低析氢过电位的活性涂层电极，其制备方法较多，象电沉积（美国专利US.4，010，085），化学修饰（Naturl    268（1977）），金属扩散（美国专利US，4，116，804）及无机涂敷等方法，其制备工艺都较复杂。如电沉积法，基体要经过几道工序除油处理，酸腐蚀造孔，然后在电解液中电沉积成活性涂层。但这样制备的活性涂层阴极，在电解过程中容易削落。用金属扩散法也要对基体进行预处理，喷镀铝之后经过高温扩散处理，然后将电极冷却放入强碱溶液内浸出渗入镍基体的铝，使形成多孔活性层。基体扩散活性阴极的突出性能是它的机械强度和寿命都有所增加，不足之处是其制备方法较复杂。这些方法制备的涂层电极都显示出一定的电催化活性，能降低析氢过电位，在工业水电解装置上应用，可降低单对槽电压0.1-0.2伏（ECN，P，24，32，June    25，1979）。作为电解节能另一可行的方法是在电解槽内加入添加剂，如采用硫氰酸铵，硫代尿素，含金属离子络合盐等，但节电效果在限。
本发明的目的是提供一种电解水的方法，这种方法利用现行工业水电解装置，在正常运转的电解条件下往电解液中加入一定量活性组分溶液，使电极表面形成一活性涂层，这样即可获得较低的槽电压，降低了槽温，达到节省能耗并延长使用寿命之目的。
本发明的特征在于：
1、配制一种含氯铂酸12-30克/升和三氯化钙6-15克/升的水溶液;
2、将上述溶液以0.5-1.0升/分的流速加到正在运转的电解槽内使电解液氯铂酸的浓度达到40-100ppm和三氯化钙的浓度达到20-60ppm。
电解液中加入含铂、钙的活性组分溶液后，电解槽的阴极表面形成含有PtO2，PtO，KCL和Ru的活性涂层，阴极表面形成含有Pt和RU和活性涂层。
下面通过实例对本发明给予进一步说明
实例1，电极电位的测定
以饱和甘汞电极作参比电极，电解液为10%KOH水溶液，测试温度为50±1℃，镍片为基体，电极面积为2厘米2。
电解液中未加活性组分及不同氯铂酸浓度时的析氢电极电位见表1，在电流密度为200毫安/厘米2时析氧电极电位见表2。
由表1数据可知，随着氯铂酸浓度的增加，析氢过电位也随之减少，当其浓度为40ppm时，虽浓度继续增加，但析氢电极电位的变化很小。在氯铂酸浓度为40ppm，电流密度为200毫安/厘米2时，析氢过电位下降327毫伏。由表2数据可知，当加入氯铂酸后析氧电极电位有所增加，平均增加值为0.185伏。
固定氯铂酸浓度为60ppm，改变三氯化钌的浓度，在电流浓度为200毫安/厘米2时，析氢电极电位见表3，析氧电极电位见表4。
取表3中四种不同三氯化钌浓度时的析氢电极电位的平均值为1.184伏，未加活性组分时的析氢电极电位为1.487伏（电流密度为200毫安/厘米2），所以加入活性组分后，析氢过电位下降30毫伏。取表4中四种不同三氯化钌浓度的析氧电极电位的平均值为0.557伏，未加活性组分时的析氧电极电痊为0.539伏（电流密度为200毫安/厘米2），所以加入活性组分后，析氧过电位升高18毫伏。
总的来讲，在电解槽中加入氯铂酸和三氯化钌后，净槽电位下降285毫伏。
实例2工业水电解槽节电效果的测定
工业水电解槽单槽是由44对双极式电极组成，正负电极均为铁板镀镍，极板面积为1米2， 槽电流为2000安培左右，电解液为30%KOH水溶液，电解液体积约3米3，槽温80-90℃，三个单槽组成一级为串联电路连接。1和3槽未加活性组分，2槽加入活性组分。
在电解槽正常运转情况下，在电解槽的电解液中加入活性组分，使氯铂酸含量为48ppm，三氯化钌含量为30ppm。加入活性组分后电解槽经过5049小时运转，电解槽的电性能见表5。
表5中的V1，V2和V3分别代表1、2和3槽电压，△V为1和3槽电压的平均值与2槽电压值的差值。在电解槽中加入活性组分与未加活性组分时相比，单槽电压下降9.5伏，即单对槽电压下降0.22伏，节电10%。
另外，在电解槽中加入活性组分后，槽温下降7-8℃，在夏季时电解槽也无需通水降温。
本发明的添加铂钌活性组分溶液的电解水工艺，其方法简单，槽电压下降较多，形成的活性涂层电极使用寿命长。此外该方法可以直接将活性组分加入到正在运转的电解槽中，因而特别易于在工业上应用。使用本发明的方法与目前采用铁板镀镍电极的方法相比，在工业电解槽中使用可节电10%。
表1不同浓度的氯铂酸的析氢电极电位
氯铂酸含量 不同电流密度（毫安/厘米2）时的析氢电极电位（伏） 200毫安/厘米2
（PPm）    50    100    150    200    250    时析氢过电位下降值
（毫伏）
0    1.420    1.455    1.475    1.487    1.496
10    1.175    1.202    1.220    1.234    1.246    253
20    1.150    1.168    1.179    1.189    1.197    298
30    1.134    1.147    1.158    1.166    1.174    321
40    1.135    1.145    1.153    1.160    1.163    327
60    1.131    1.140    1.146    1.150    1.154    337
100    1.137    1.148    1.154    1.160    1.164    327
表2不同浓度的氯铂酸的析氧电极电位
（电流密度200毫安/厘米2）
氯铂酸浓度（PPm）    0    20    50    100    200
析氧电极电位（伏）    0.539    0.701    0.717    0.741    0.739
表3氯铂酸浓度为60PPm时不同三氯化钌浓度的
析氢电极电位
三氯化钌浓度    20    50    100    200
（PPm）
析氢电极电位    1.183    1.176    1.192    1.184    平均值
（伏）    1.184
表4氯铂酸浓度为60PPm时不同三氯化钌浓度的
析氧电极电位
三氯化钌浓度    20    50    100    200
（PPm）
析氧电极电位    0.565    0.537    0.552    0.574    平均值
（伏）    0.557
表5电解槽加入活性组分后的电性能
氯铂酸    三氯化钌    2槽
浓度    浓度    V1    V2    V3    △V    △V    槽电流
（PPm）    （PPm）    单对
（伏）    （伏）    （伏）    （伏）    （伏）    （安）    （%）
48    30    97.0    86.7    95.4    9.5    0.22    2070    10

Claims (2)

1、一种电解水方法，其特征在于在电解槽正常运转的情况下往电解液中加入一种活性组分，具体步骤是：
1)先配制好一种含氯铂酸12-30克/升和三氯化钌6-15克/升的水溶液；
2)将上述溶液以0.5-1.0升/分的流速加到正在运转的电解槽内使氯铂酸的浓度40-100ppm，和三氯化钌的浓度达到20-60ppm。
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