CN102031532B - 一种节能型电解二氧化锰的制备方法 - Google Patents
一种节能型电解二氧化锰的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102031532B CN102031532B CN201010578846A CN201010578846A CN102031532B CN 102031532 B CN102031532 B CN 102031532B CN 201010578846 A CN201010578846 A CN 201010578846A CN 201010578846 A CN201010578846 A CN 201010578846A CN 102031532 B CN102031532 B CN 102031532B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- energy
- manganese dioxide
- electrolytic manganese
- saving
- electrolytic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 30
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 3
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 claims description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 13
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 13
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 9
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 abstract description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 abstract 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 abstract 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 abstract 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 4
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 4
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000010349 cathodic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001595 flow curve Methods 0.000 description 1
- SQQMAOCOWKFBNP-UHFFFAOYSA-L manganese(II) sulfate Chemical compound [Mn+2].[O-]S([O-])(=O)=O SQQMAOCOWKFBNP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- 238000007430 reference method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
Abstract
本发明提供了一种节能型的电解二氧化锰的新工艺。该工艺采用气体扩散电极代替以往的析氢阴极，使阴极发生氧还原的反应，提高阴极电极电位，降低槽压，从而降低能耗，达到节能的目的。电解槽采用自行设计的气液两室电解槽，电解液为100-140g·dm-3MnSO4+20-40g·dm-3H2SO4，阳极为钛基涂层电极。在实验室实验中，这种新工艺槽压比以往有了明显的降低，降幅达到1V左右，能耗降幅达到540kWh·t-1。并且在不通电的情况下，反应能够自发进行。
Description
技术领域
本发明涉及种化工制备方法，特别涉及一种节能型电解二氧化锰的制备方法。
背景技术
传统的生产电解二氧化锰的工艺是用MnSO4-H2SO4水溶液作为电解液，使用铅、铅基合金、石墨或纯钛、贵金属氧化物涂层做阳极进行电解，阴极采用石墨、铜等析氢材料。在大批量工业化生产中，主要技术条件为：槽温为95～100℃，MnSO4浓度为90～110g·dm-3，H2SO4酸度为35～40g·dm-3，电流密度为50～80A·m-2，槽电压为2.5～4.0V，电流效率在95％-98％之间，能耗在2000～4000kWh·t-1。可见其能耗相当大，若能降低槽压则可有效地降低能耗，达到节能的目的。
生产电解二氧化锰的主要反应原理为：
阳极上主要发生反应：Mn2++2H2O→MnO2+4H++2e-(E1＝1.23V)
阴极则为析氢反应：2H++2e-→H2↑(E2＝0V)
电解过程中发生的总反应为：MnSO4+2H2O→MnO2+H2↑+H2SO4
理论分解电压E＝E1-E2＝1.23V
根据MnO2能耗计算公式：
在保持阳极电流效率一定的情况下，降低槽压则能降低能耗。借鉴氯碱工业中节能的方法：提高阴极的电极电位，有效地降低槽压。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提出一种新的生产工艺，降低生产电解二氧化锰的槽压，从而降低能耗。
本发明技术方案是：一种节能型电解二氧化锰的制备方法，采用气体扩散电极作为阴极，在电解池阳极上析出电解二氧化锰。
用该工艺在硫酸锰体系中电解二氧化锰，其反应机理为：
阳极：Mn2++2H2O＝MnO2+4H++2e- (E1＝1.23V)
阴极：O2+4H++4e-→2H2O (E2＝+1.229V)
总反应：Mn2++1/2O2+H2O＝MnO2+2H+
理论分解电压E＝E1-E2＝0.001V
所述的气体扩散电极是氧气电极
所述电解槽为气液两室的电解槽。
所述电解液为100～140g·dm-3 MnSO4+20～40g·dm-3H2SO4，阳极为钛基涂层阳极。
进一步，该方法在不通电的情况下，用气体扩散电极作为阴极电解制备二氧化锰，反应能够自发进行，在阳极上沉淀出二氧化锰。
本发明的有益效果是：与以往工艺比较，两种工艺阴极反应的电位差高达1.229V，就是说使用气体扩散电极可以使电解的理论分解电压降低1.229V，但是由于氧还原的过电位很高，在标准状态下其平衡电位约为1V，因此理论分解电压降低约1V左右，理论能耗值降幅达到800kWh·t-1。
附图说明
图1为本发明气体扩散电极的结构示意图。
图2为本发明的气液两室电解槽的结构示意图。
图3为本发明的实施例的电解装置图示意图。
图4为本发明的实施例1的槽压-温度曲线示意图。
图5为本发明的实施例2的槽压-电流曲线示意图。
图6为本发明的实施例3的电解装置示意图。
图7本发明的实施例3的槽压-电流密度曲线示意图
图中：
1.催化层 4.阳极
2.导电骨架 5.氧阴极
3.防水透气层
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
图1为本发明气体扩散电极的结构示意图。如图1所示，气体扩散电极由催化层1、导电骨架2和防水透气层3构成，催化层1和防水透气层3之间设置用于导电的导电骨架2。
图2为本发明的气液两室电解槽的结构示意图。如图2所示，气液两室电解槽分为阳极室和阴极室两部分，阳极室充满电解液，阴极室充满氧气(空气)。两室中间用气体扩散电极隔开，起到防水透气的作用。若阴极反应气体为空气，则可省略阴极室，将气体电极暴露与空气中。
实施例一
用气体电极代替传统的析氢阴极，电解液为140g·dm-3MnSO4+30g·dm-3H2SO4，电流为0.12A，电解时间为2小时，测试在不同温度下电解的槽压。电解装置图如图三所示。
结果随着温度的升高，槽压呈下降趋势，阳极电流效率呈上升趋势，槽压最大降幅达到0.7V，阳极电流效率升高达75％。只有温度不同时，根据公式计算其电耗值，其能耗下降8000kWh·t-1。如下表所示：
表1.温度对气体扩散电极的影响
实施例二
用气体电极代替传统的析氢阴极，在常温下电解二氧化锰，电解液为140g·dm-3MnSO4+30g·dm-3H2SO4，温度测试在不同阴极电流密度下电解的槽压，并与析氢阴极(铜)进行比较。电解装置图如图三所示。
结果如附图五随着电流的升高，槽压均呈升高趋势，气体扩散电极与析氢阴极(铜)相比，在相同电流下，槽压均低于析氢阴极，最小低于0.4V，最大低于0.9V。根据公式计算其电耗值，气体扩散阴极直流电耗明显低于传统析氢阴极，降幅达到900-1400kWh·t-1。如下表所示：
表2.气体扩散阴极与析氢阴极(Cu)的能耗比较
| 工艺参数 | 气体电极 | 析氢阴极(Cu) |
| 电解温度(℃) | 70 | 70 |
| 电流(A) | 0.01-0.10 | 0.01-0.10 |
| 槽电压(V) | 0.6-1.8 | 1.5-2.20 |
| 阳极电流效率(％) | 80-90 | 50-75 |
| 直流电耗(kWh·t-1) | 500-1400 | 1400-2800 |
实施例三
在没有电源的情况下，自发发生电极反应。在实施例二研究的基础上将气体电极在通电情况下电解10分钟后，撤掉电源，装置如附图六所示。每隔5分钟记录下电压表(槽压)与电流表(阴极电流密度)示值，实验结果如附图七。
撤掉电源后，两极间电势差为1.2～1.5V，电流为0.02～0.06A，每隔5分钟电势差下降0.1V，电流下降0.01A。30～60min后，电流降到零，电势差为0.6V。在没有电源的情况下，用气体电极作为阴极电解二氧化锰能自发发生的。
因此用气体电极代替以往的析氢阴极电解二氧化锰，在没有电源的情况下电解反应能自发地发生。
Claims (2)
1.一种节能型电解二氧化锰的制备方法，其特征在于，电解槽为气液两室电解槽，电解液为100～140g·dm-3MnSO4+20～40g·dm-3H2SO4，采用气体扩散电极作为阴极，阳极为钛基涂层电极，在电解池阳极上析出电解二氧化锰，其中，所述的气体扩散电极是氧气电极。
2.根据权利要求1所述的节能型电解二氧化锰的制备方法，其特征在于，该方法在不通电的情况下，反应能自发进行，阳极析出二氧化锰。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201010578846A CN102031532B (zh) | 2010-12-03 | 2010-12-03 | 一种节能型电解二氧化锰的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201010578846A CN102031532B (zh) | 2010-12-03 | 2010-12-03 | 一种节能型电解二氧化锰的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102031532A CN102031532A (zh) | 2011-04-27 |
| CN102031532B true CN102031532B (zh) | 2011-12-28 |
Family
ID=43884958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201010578846A Expired - Fee Related CN102031532B (zh) | 2010-12-03 | 2010-12-03 | 一种节能型电解二氧化锰的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102031532B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104593806A (zh) * | 2015-01-04 | 2015-05-06 | 北京科技大学 | 一种强酸性电解液用气体扩散电极的制备方法 |
| CN105063653A (zh) * | 2015-09-25 | 2015-11-18 | 靖西湘潭电化科技有限公司 | 一种二氧化锰制备中的电解节电方法 |
| CN106637281A (zh) * | 2017-01-17 | 2017-05-10 | 北京科技大学 | 一种生产电解二氧化锰的方法 |
| CN108249545B (zh) * | 2018-03-09 | 2023-12-26 | 南京大学 | 一种光电-Fenton偶氮染料废水处理反应器及使用方法 |
| CN113737204A (zh) * | 2021-09-27 | 2021-12-03 | 昆明理工大学 | 一种强酸介质中阳极电解制备MnO2辅助高效制氢的方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101348920A (zh) * | 2008-09-18 | 2009-01-21 | 湖南阳光电化有限公司 | 一种电解二氧化锰及其生产方法 |
| CN101502817A (zh) * | 2009-02-19 | 2009-08-12 | 中银（宁波）电池有限公司 | 行星式球磨处理用于电解二氧化锰的制备 |
| CN101545113B (zh) * | 2009-03-31 | 2010-09-29 | 广西靖西县一洲锰业有限公司 | 电解二氧化锰生产用阳极的活化处理方法 |
| CN101545112B (zh) * | 2009-05-04 | 2014-04-23 | 湖南阳光电化有限公司 | 电解二氧化锰的电解方法 |
-
2010
- 2010-12-03 CN CN201010578846A patent/CN102031532B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102031532A (zh) | 2011-04-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sapountzi et al. | Electrocatalysts for the generation of hydrogen, oxygen and synthesis gas | |
| CN110117794B (zh) | 一种电还原co2制甲酸盐的三室型电解池装置及其电解方法 | |
| CN102031532B (zh) | 一种节能型电解二氧化锰的制备方法 | |
| CN103160850B (zh) | 膜反应器 | |
| CN104928709A (zh) | 二氧化锰的电解系统及其生产方法 | |
| Li et al. | Progress on smart integrated systems of seawater purification and electrolysis | |
| CN114000172A (zh) | 一种捕集、还原二氧化碳并联产氧气或氯气的方法 | |
| CN102605383B (zh) | 一种氢循环电解方法和装置及其在氧化铝生产的应用 | |
| CN113737204A (zh) | 一种强酸介质中阳极电解制备MnO2辅助高效制氢的方法 | |
| CN101717954A (zh) | 一种利用太阳能光伏技术低碳制取纯铁的方法及装置 | |
| CN114059086A (zh) | 一种基于酸性电解质两步电解制氢的装置和方法 | |
| CN104593806A (zh) | 一种强酸性电解液用气体扩散电极的制备方法 | |
| CN104862730B (zh) | 一种离子膜电解制备高锰酸钾的方法 | |
| CN109609974A (zh) | 利于降低锌电积槽电压和能耗的方法 | |
| CN102899689B (zh) | 一种环保型金属提炼方法 | |
| CN117568826A (zh) | 碱水制氢设备及制氢系统 | |
| CN101864577B (zh) | 电化学制备过一硫酸的方法 | |
| CN107488865A (zh) | 一种次氯酸钠发生器的阴极电极涂层 | |
| CN108773876A (zh) | 一种利用三明治构型的电极体系以及电解方法 | |
| JP2012087405A (ja) | 高純度ニッケルの製造方法 | |
| CN114314765A (zh) | 一种电化学资源化脱硫废水协同产氢的方法、装置及应用 | |
| CN104047018A (zh) | 一种富氢电解的方法 | |
| CN101550555A (zh) | 一种降低碱溶碳分法生产氧化铝电耗的技术方法和电解槽 | |
| GB2608309A (en) | Advanced commercial electrolysis of seawater to produce hydrogen | |
| CN101220486A (zh) | 采用四阳极电解槽电解生产金属镁的技术 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20111228 Termination date: 20171203 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |