CN102686782A - 预定孔隙率的隔膜以及制造其的方法和用于其的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及沉积在隔膜电解槽的阴极本体上的多孔隔离器，所述隔离器特征在于通过真空抽吸含有纤维和可选的颗粒物质的悬浮液获得的预定粗糙度分布。真空度优选地通过作用在悬浮液流上的中央处理单元而作为沉积物质的百分比的函数进行连续调节。待获得的孔隙度分布基于悬浮液的组成和规划的工业操作条件而选取。所述多孔隔离器可以通过多个聚合物纤维平面的叠置而形成，包括由所述纤维之间的多个主空隙的互连而产生的主孔，所述主孔的尺寸具有2μm至10μm的平均值而标准方差不高于所述平均值的50%。

Description

预定孔隙率的隔膜以及制造其的方法和用于其的设备

技术领域

本发明涉及多孔隔离器，具体地涉及适于在隔膜式氯碱电解槽中使用的隔离器。

背景技术

若干电解工艺在通过隔离器分成两个室（阳极室和阴极室）的槽中进行，所述隔离器由适于使阳极反应产物和阴极反应产物隔离的多孔隔膜构成，除了工艺效率损失以外，这些产物的混合还能够导致危险混合物的形成。隔离器必须对容纳在槽中的流体具有化学抗性，并且具有合适的电导率以确保电流输送所需的连续性。隔膜的孔在操作期间可能由容纳在槽内部的工艺电解质溶液填充：容纳在孔内部的溶液部分确保所需的隔膜电导率。与其他类型的隔离器（例如离子交换膜）所发生的相反，多孔隔膜容许溶液的宏观通过并且由此不会完全阻止阳极产物和阴极产物的混合。混合的程度取决于隔膜的厚度和孔隙率以及工艺条件，特别是在两个室之间的压力差和电流密度。用于设有呈多孔隔膜形式的隔离器的电解槽的最工业相关领域被示出为：用于生产氯和碱的碱水电解，下面将对其具体进行参照而没有限制的意图。

过去，安装在槽中的用于这种工艺的隔膜典型地由包括石棉纤维（可选地通过添加聚合物粘合剂而稳定）的层构成。后来，对石棉使用的越来越多的限制导致了由含氟聚合物纤维构成的隔膜的发展，该隔膜通过将从水悬浮液中抽吸的纤维层沉积到阴极表面上获得，该阴极表面例如由导电物质的网或穿孔板构成。由于所采用的聚合物具有远超过石棉的比密度，因此悬浮液添加有显著增大其粘度的增稠剂，从而抵消沉降过程，但是仍不能完全抑制沉降过程。为此，悬浮液在搅拌下进行存储：尽管这在一段时间中维持可接受的均匀性方面是关键的，但是其仍然能够通过使纤维分裂成较短的块而导致纤维的退化。为了使隔膜在操作条件下易于浸没，聚合物纤维能够涂覆亲水颗粒，例如基于惰性的金属（例如锆）陶瓷氧化物；悬浮液也可能包含未键合至纤维的、但由相似的物质构成的亲水颗粒。这种隔膜的沉积通过调节穿过阴极本体的悬浮液的流速并且使真空度作为独立的变量而进行。所抽吸的悬浮液的量实际上直接对应于沉积的物质的量，使得流速的控制容许以简单的方式进行物质的逐步累积以及由此隔膜重量的逐步累积，这与孔隙率的性质一起是表征其在槽中的功能的最重要参数之一。真空度的从属变量的性质仍然与该工艺的主要缺点相关：只要悬浮液的组成保持恒定，真空度对于沉积物质的依赖关系实际上就能够在不同的沉积之间复制。但是，悬浮液的组成由于包括纤维沉淀、纤维碎裂、亲水颗粒从涂覆纤维中释放、粘度在微生物群的作用下改变在内的现象的组合而趋于以不可预见的方式改变。这些现象的后果是真空度的不可预见性，真空度例如对于在搅拌下存储较长时间的悬浮液趋于更急剧地增大：真空度在沉积物质的压缩的效果下逐渐自增强，并且能够导致形成抑制悬浮液的流动的致密层。作为悬浮液流动的过早阻塞的第一后果，除了致密性不总是与工业设备的操作条件兼容以外，所获得的沉积物可以具有远低于程序设定值且高度分散的重量。具体地，执行卤水（尤其富含可沉淀杂质）电解的设备趋于将特别致密的隔膜堵塞到不可控制的程度。另一方面，不足的致密度能够使隔膜的隔离作用完全无效：由此期望的是，具有能够获得可控且可复制的孔隙率分布且致密度总是满足电解工艺的操作条件的多孔隔离器。还期望的是，这种孔隙率分布能够例如基于工艺电解液的特征而预先确定。

发明内容

本发明的多个方面在所附权利要求中阐明。

在一个实施例中，本发明包括沉积在隔膜电解槽的阴极本体上的多孔隔离器，所述隔离器由多个聚合物纤维平面的叠置而形成，所述隔离器包括由纤维之间的主空隙的互连而形成的主孔，所述主孔具有2μm至10μm的平均尺寸而标准方差不大于平均尺寸的50%。

在一个实施例中，聚合物纤维机械粘合至陶瓷氧化物颗粒，例如挤入或嵌入纤维中的呈水合形式的氢氧化锆。聚合物纤维能够例如通过烧结工艺以及随后可选地使粘合至其上的氧化物颗粒再水化而成网状。呈水合形式的氧化物在此指包括化学键合到至少一个羟基上的金属原子（例如锆）的氧化物。这能够具有向隔离器赋予足够的亲水度的优点。

在一个实施例中，多孔隔离器还包括由第二空隙的互连而产生的第二孔，所述第二空隙由滞留在所述主空隙的内部的颗粒物质的颗粒形成；所述颗粒物质和所述第二孔具有0.5μm至5μm的平均尺寸而标准方差不大于平均尺寸的50%。

控制到这种程度的孔隙率的有效性能够具有向隔离器提供非常可复制的透过性的优点，这能够联接至合适的工艺电解质。

具体地，所获得的没有颗粒物质的隔离器适于在供给有质量差（就易于沉淀的杂质（例如0.3ppm-2ppm的钙和/或镁）而言）的卤水的设备中的操作。

相反，通过滞留在所述主孔内部的颗粒物质获得的隔离器趋于更适于与较高质量的卤水（例如易于沉淀的杂质的浓度低于0.3ppm的卤水）一起操作。

在一个实施例中，滞留在所述主空隙内部的颗粒物质包括水合陶瓷氧化物的颗粒，例如特征在于存在永久的Zr-OH化学键的氧化锆。

在一个实施例中，用于将具有受控且预定的孔隙率分布的多孔隔膜沉积在隔膜电解槽的阴极本体上的方法包括：将含有聚合物纤维和可选的颗粒物质的悬浮液真空抽吸穿过阴极本体，同时执行真空度的连续调节，所述真空度根据预定的分布作为沉积纤维的百分量的函数而施加直到沉积终结。发明人已经意外地发现，在以沉积纤维的百分量的函数来控制真空度（而非控制穿过阴极本体的流速）的同时沉积所述隔膜能够获得具有孔隙率在平均尺寸方面更可预见而在孔尺寸的标准方差方面更严格控制的隔离器。真空度的控制能够根据不同的分布基于孔隙率和希望获得的致密性而设置。在一个实施例中，在沉积期间施加的真空度根据特定的斜率（作为时间的函数）而逐渐增大直到达到300mm_Hg至650mm_Hg的最大值为止。300mm_Hg－350mm_Hg的最终值典型地为更开放的隔膜，所述隔膜适宜于被使用在特别富含易于沉淀的杂质的工艺电解质，而600mm_Hg－650mm_Hg的最终值对应于非常封闭的隔膜，所述隔膜用于超纯卤水。在一个实施例中，在沉积周期的最后，将带有所施加的隔膜的阴极本体从纤维悬浮液中取出并且在沉积终结时的真空度下保持30分钟至3小时的额外时间。这具有进一步优化隔膜致密性控制的优点，这是由于用于给定孔分布的更致密的隔膜对应于在沉积池外部的更长的真空处理。在一个实施例中，沉积和随后的真空度的维持被延长直到获得具有如所述的受控孔隙率和相等控制的厚度（例如在3mm至10mm范围内）的隔膜为止。

在一个实施例中，用于执行隔膜的沉积（其中将真空度作为沉积纤维的百分量的函数进行控制和调节）的设备包括：容器，所述容器适于容纳聚合物纤维和可选的颗粒物质的悬浮液，配备有高度传感器；真空泵或等同装置，所述真空泵用于使隔膜电解槽的阴极本体减压，包括压力传感器和调节阀；处理装置，所述处理装置用于插入所述阴极本体并且从所述容器中取出所述阴极本体，在所述阴极本体上，所述隔膜必须沉积到所述容器内；中央处理单元（CPU），所述中央处理单元连接至所述高度传感器和所述压力传感器并且适于通过执行包括在软件程序中的指令致动所述处理装置和调节阀。所述高度传感器具有间接计算沉积到作为过滤器的阴极本体上的悬浮物质的量，但是本领域的技术人员能够设置相似的设备以控制沉积物质的量。在另一实施例中，命令所述中央处理单元的软件程序能够每次从预设置的程序库中选取，以作为待采用的工艺电解质的条件或可得类型的悬浮液或其他操作参数的函数而产生具有不同孔隙率分布和不同致密度的隔膜。

附图说明

图1是隔膜氯碱槽的侧视图。

图2A、图2B和图2C是隔膜氯碱槽的内部细节的草图。

图3是隔膜氯碱槽的阴极本体的草图。

图4是用于受控隔膜沉积的设备的操作方案。

图5是对于具有不同孔隙率分布的三种隔膜记录的所施加的真空度与沉积物质的百分量之间的比率的图表。

具体实施方式

图1图解由容器构成的槽1，该容器由多孔隔膜6再分成两个室，每个室包括连接至外部整流器15的分别为正极（阳极8，阳极室）和负极（阴极9，阴极室）的电极。阳极室进给有卤水2（阳极电解液，含有大约300g/l的碱金属氯化物例如氯化钠的水溶液），卤水2流过隔膜的孔隙且填充阴极室。由于卤水的流速通常保持恒定，因此在稳态条件下在两个室之间建立起液压压头7，包括比在阳极室中的高度高的卤水柱。当整流器15开启时，电流流过槽，从而启动电化学工艺，该工艺在氯化钠电解的情况下包括在两个电极上发生的下述反应：

（+）2NaCl→Cl₂+2Na⁺+2e

（-）2H₂O+2e→H₂+2OH^-

总反应如下：

2NaCl+2H₂O→Cl₂+H₂+2NaOH

因此，电解工艺消耗氯化钠并且产生作为主产物的氯气和烧碱，以及通常视为副产物的氢气。由于所进给的卤水相对于氯产物所需的量大，因此其一部分流过隔膜，穿过阴极室并且与烧碱（阴极电解液，3）混合而离开阴极室，其浓度通常落在110g/l－130g/l的范围内。

图2中图示了单极型实际槽的草图，其中，图1的细节以相同的附图标记表示（A：正视图；B：侧视图；C：俯视图）。具体地，槽包括由矩形棱柱构成的阴极本体12，该矩形棱柱仅由碳钢侧壁限界：阴极本体在其内部容纳由碳钢结构构成的阴极，该碳钢结构包括周缘壁10和固定到周缘壁的两个相对的纵向表面上的阴极指状部9。周缘壁和指状部由丝网或冲孔板制成。多孔隔膜6沉积在其内部容积构成阴极室（或阴极腔）的结构上。氯气和氢气分别从喷嘴5和喷嘴4排出。

图3示出了阴极本体的局部三维图：槽1通过将阴极本体12的顶部固定至盖部14和将底部固定至阳极基部13而进行组装，其中阳极基部13由以一层具有化学抗性的橡胶或钛薄层作衬里的铜板构成。

在隔膜6的孔隙和厚度不适于设备的特定功能条件的情况下，虽然卤水流的方向相反，但烧碱的一部分易于向回扩散且进入阳极室内：烧碱的该分量代表生产效率的损失，由此导致更高的电能比耗（specific energyconsumption）（千瓦时/吨）。此外，穿过阳极室的烧碱在阳极处形成氧气且与氯气反应，从而在阳极电解液体积中产生次氯酸钠和氯酸钠：

4NaOH→O₂+2H₂O+4Na⁺+4e

3NaClO→NaClO₃+2NaCl

氧气在氯产物中的存在降低了氯产物的质量并且可使得其不能在电解的下游在设备的一些生产工艺中使用。

次氯酸盐和氯酸盐由卤水流拖至阴极室，在阴极室它们最终污染烧碱产品，从而降低烧碱产品的商业价值。

在起始阶段期间，卤水的高度必须至少足够完全覆盖指状部9，以防止存在于阴极腔中的氢气扩散至阳极室而与氯气形成爆炸性混合物。

在运作期间，容纳在卤水中的某些杂质的沉淀迅速地或较不迅速地堵塞隔膜，从而使得在阳极室高度逐渐增大，该高度的上限与盖部14的高度相关。一旦达到对于高度的最大允许限制，则关停槽是强制性的要求，以实施旨在恢复初始条件的清洁工艺。为了避免影响设备的总体经济性，重要的是这些关停在时间上尽可能间隔开，例如在不间断运行不低于3-6个月后发生。

根据本发明的工艺提供了通过将真空度作为沉积物质的百分比的函数进行控制（而非作用于悬浮液的流速）来制造隔膜。为了确保在有效和预期的隔膜沉积之间的最佳对应，这种沉积能够借助于配备有中央处理单元（CPU）的设备进行，中央处理单元基于合适的软件程序解析由施加到设备上的传感器所传递的信息，启动将真空度作为沉积物质的百分比的函数的控制，复制基于操作者加载的信息而选取的预设分布：图4中图示了合适设备的主要部件，其中，101表示用于制备悬浮液的反应器；102为相关的搅拌器；103为不可悬浮残留物的出口；104为用于传送容纳在反应器中的悬浮液的泵；105为用于悬浮液的存储容器；106为在同一存储容器中执行沉积的情况下的可取出的搅拌器；107为不可悬浮产物的出口；108为用于将悬浮液从存储容器传送至沉积容器109的泵，用于不直接在存储容器中执行沉积的情形；12为包封网或穿孔板的内部结构的阴极本体，隔膜必须施加到该阴极本体上；111为在沉积期间使用的真空泵；112为中间容器；113为过滤出口；114为用于调节待施加到阴极本体上的真空度的阀布置；115和116分别为位于中间容器和阴极本体中的真空度检测器；117和118为位于存储容器和可选的沉积容器中的悬浮液高度检测器；119为阴极本体的处理系统；201、202、203、204、205和206分别为向反应器101的进给的消泡剂、杀菌剂、颗粒物质、纤维、增稠剂和水。

发明人已经初步研究了各种隔膜在实验室测试中的性能，随后在工业设备上进行评估，并且已经确定了隔膜在几乎涵盖所有现有工业设备的多种操作条件（电流密度、卤水流速、由于例如故障或非标准操作程序而永久包含在或定期出现在卤水中的可沉淀杂质的浓度）下对于令人满意的功能（最低可接受的安全性水平、在达到最大容许高度之前的较长的操作时间、在100g/l与150g/l之间的烧碱产品浓度）的某些最佳特征，例如厚度和孔径的尺寸分布。沉积工艺随后限定于在第一研究阶段期间被选取为最优的隔膜类型，该隔膜的特征在于施加到阴极本体上的真空度（p/mm_Hg，纵坐标）作为沉积物质相对于预定总量的百分比（wt%，横坐标）的函数；图5示出了三种典型的情况。沉积的百分比始于50%的标度值，其表示在浸没阴极本体时刻物质自发沉积的量。以A、B和C表示的与三个过程相对应的曲线独立于沉积所需的时间和悬浮液的流速，后者为仅用于容许后续分析的目的而记录的从属变量，用于实施可能的修改。

具体地，曲线A指的是其特征在于高孔隙率且由此适于在供给有较差质量的卤水的设备中的操作的隔膜的沉积，该卤水含有高浓度的可沉淀杂质，例如1ppm－1.5ppm的镁，在使得因相关的阳极高度增大而堵塞隔膜方面，已知镁是最活跃的试剂之一。观察到，实际在整个沉积期间在中等真空（典型地为100mm_Hg－300mm_Hg）下沉积的隔膜的结构包括由多个纤维平面的逐渐积累而产生的主空隙的互连而形成的孔，这些纤维典型地具有1mm至10mm的长度和10μm至100μm的直径：可选地包含在悬浮液中的颗粒基本被拖至过滤液体内；当其尺寸分布基本落在0.5μm至2μm的范围内时，俘获在主空隙内部的部分均匀地分布在沉积厚度中（纤维与颗粒物质的比率在沉积物中高于在悬浮液中）。由于该原因，在该情况下使用的悬浮液没有颗粒或者可选地仅包含小量颗粒（高的纤维/颗粒重量比值）。由于颗粒不会阻塞，因此主空隙以及由此它们所产生的孔的特征必须在于在典型值为2μm－10μm左右的直径分布：这些值在槽的操作期间对应于能够结合高沉淀量的高体积，从而确保较长的运作时间。发明人还注意到，当孔径具有位于平均值的50％内的标准偏差时，获得满意的产出率（烧碱向阳极室的低的回扩散、氧气在氯气中更低含量、次氯酸盐和氯酸盐在阴极中的更低浓度）。这种孔隙率可能会导致低的卤水开始高度，与操作安全性不兼容：仍然可能的是通过对总沉积量的作用直到获得足够的厚度（典型地为3mm至10mm）来避免该缺点。这种设置带来了进一步的优点，这是由于更高的厚度使得孔分布在平均值附近的离散更小。在沉积终结时，真空迅速增大，同时阴极在完成隔膜形成之后从悬浮液中取出并且保持在空气中，以容许在进行干燥和烧结之前排出俘获在孔中的悬浮液部分：已发现，需要不低于在沉积期间所采用的沉积终结时的真空以防止隔膜在其自身重量的作用下从阴极本体中滑落。但是，还发现，真空必须不超过特定值，以避免由结构的机械收缩而导致的隔膜的过大的致密性，在结构的机械收缩中，通过排出俘获在孔内部中的悬浮液部分而生成真空体积。

这种隔膜的生产是通过将阴极本体12浸入容纳有悬浮液的容器（105或109）中而执行，并且在预定的时间段期间等待阴极腔的填充完成。在该等待时间之后，真空被施加：真空泵111在全部时期保持运作并且通过对阀114的操作调节真空度。起始，阀完全打开，并且如果适当地定尺寸，则朝向泵的空气流速为使得通过压力传感器116感测到的在阴极本体中的真空几乎为零：阀逐步关闭，从而减少朝向泵的空气流速并且将真空度作为沉积物质的量的函数进行调节，沉积物质的量通过解析由悬浮液高度传感器（117或118）所检测的高度变化而获得。在取出阴极本体的最后步骤中，随着真空增大到用于保持在空气中的规定值而进一步减小调节阀的敞开。

沉积工艺能够手动地进行，但是需要一组合格的操作者，其中的一个被指派处理阴极本体，一个操作真空调节阀，并且一个检测悬浮液高度且将其转换为沉积物质的重量。这种工艺牵涉到在执行中可能的不准确性，这能够通过将整个沉积设备结合至CPU而完全克服：CPU从真空传感器（115、116）和高度传感器（117、118）接收必要的信息，对这些信息进行详细解析并且将指令发送至机动调节阀114和阴极本体12的处理系统119。为了正确地运作，CPU配备有软件程序，该软件程序包括适于生产具有期望特征的隔膜的一套沉积分布：通过CPU基于来自操作者的数据输入（悬浮液特征，例如粘度、总悬浮固体的浓度、纤维与颗粒的比率、制备日期；特定电解设备的操作特征，例如隔膜必须沉积在其上的阴极本体的尺寸、卤水质量、电流密度、待生产的烧碱的浓度、最小容许高度差）来选取最佳分布和待沉积的量。程序还包括启动沉积所需的指令，包括：将阴极本体12浸入悬浮液中一段时间（相关的初始等待的时间）、启动真空泵111、解析待转换为沉积物质的百分比的高度变化数据、调节阀114和阴极本体12的处理系统119的指令以及在从悬浮液中取出阴极本体12之后将处于真空下的阴极本体12最后在空气中保持预定的时间。CPU还能够执行辅助操作，这可以例如导致：在通过安装在存储或沉积容器（105、109）上和中间容器112上的两个真空传感器发送的信号差异变为零的时刻开始在预定的时间之后改变真空分布。

曲线B涉及到其生产特征在于比工艺A的典型的隔膜致密很多的结构的隔膜，这是由于几乎所有的残留50%在高真空（典型地为300mm_Hg－600mm_Hg）下沉积。

沉积物质的致密性导致了由纤维形成的多孔空隙的尺寸的可感测的减小：如果悬浮液添加有合适的颗粒量，则主空隙的尺寸的减小有利于颗粒的俘获，从而在彼此之间形成第二空隙。发明人已经发现，第二空隙的互连产生新孔群，该新孔群的特征不但在于小的直径而且在于窄的尺寸分布，典型地具有平均值的大约50%的标准方差；这种分布还具有第二空隙以及由此的孔的特征。这种条件通过使用目前由St.Gobain/法国销售的CC01型氧化锆作为颗粒而获得：该产品实际上含有至少80%重量的颗粒为介于0.5μm至1.5μm之间而平均值为1μm。使用这种颗粒制成的隔膜由此特征在于具有1μm左右而标准方差在该值的50%以内的直径尺寸分布的孔群：已发现，这种隔膜具有高到足以保证安全生产条件的初始卤水高度和高产出率的优点。

然而，安全高度和高产出率这两个优点由孔被沉淀物快速堵塞的趋势（由于孔的小体积）抵消：这些隔膜由此仅能够在供给有高质量卤水（含有小量可沉淀杂质，例如最大0.1ppm的镁）的设备中使用。

如果包含在悬浮液中的颗粒的尺寸分布尽管窄但是具有比0.5μm－1μm（在CC01氧化锆的情况下所见到的）高的值（例如也由St.Gobain销售的CC05和CC10中发生的），则能够克服该缺点：由于第二空隙的尺寸分布以及由此通过第二空隙的互连产生的孔的尺寸分布取决于捕获在主空隙内的颗粒的尺寸分布，因此这种隔膜的孔具有较大的直径，由此导致对沉淀物的堵塞的更大的抗性，但具有仍可接受的初始卤水高度。

在将阴极本体从悬浮液中取出的最后阶段中真空进一步增大，这不但主要防止沉积物滑落（真空实际上已经位于合适的高度），而且通过从隔膜中排出更大量的悬浮液而增大致密性（形成更大的真空体积而具有更大的机械收缩）。

手动操作、或者优选的整个沉积系统在CPU控制下的运作完全类似于在A型隔膜的情况下见到的。

图5中的曲线C涉及生产具有居中孔隙率和厚度特征的隔膜，其适于在进给中等质量的卤水的设备中使用，其中，可沉淀杂质具有在0.1ppm至0.3ppm的范围内的较小浓度，但是有时常达到1ppm－2ppm的小峰值。该结构能够通过将真空分布相对于沉积高孔隔膜（曲线A）和致密隔膜（曲线B）所使用的那些维持在中等水平而获得。

示例1

使用由阴极本体和阳极本体构成的实验室槽，每个本体由配备有分别为碳钢和钛的周缘框架的盘制成。阴极本体的盘设有点焊接至框架且与框架共面的网，该网由碳钢丝构成且特征在于内部尺寸为2mm×2mm的方形网（等同于在构造工业阴极本体中使用的网类型）。阳极盘又配备有设有用于氯气产生的催化剂涂层（包括钌和钛的氧化物）的钛膨胀板；膨胀网格通过弹性支承件固定至盘壁。两个盘配备有用于进给卤水和用于排放氢气、氯气和阴极电解液的必要喷嘴，阴极电解液包括氯化钠和烧碱的混合物。阴极本体还设有通过由合适的悬浮液沉积而获得的隔膜。槽组装如下：使两个盘彼此紧固，如所需地使用合适的垫圈以确保从环境密封，使用插入到隔膜与阳极网之间的直径为1.5mm的PTFE棒以构建对于阳极网间隙的可复制隔膜。

用于隔膜的沉积工艺如下：

－悬浮液，包括：80g/l的PTFE纤维（长度为3mm－9mm，直径为20μm－80μm），涂覆有氧化锆颗粒；20g/l的氧化锆，其中80%的颗粒位于0.5μm至1.5μm的范围内；增稠剂，在量上为例如当使用布氏（Brookfield）N.1粘度计在1rpm测量时具有1650cP的粘度。

－将阴极本体浸入到沉积容器内，该沉积容器容纳保持在25℃下的、处于轻微低压下的悬浮液以在10分钟内完成内部容积的填充，该容器设有悬浮液高度检测器。

－启动真空泵，其中调节阀的连接至大气的合适部段完全敞开，以建立10mm_Hg的最大真空度，随后连接至阴极本体。

－减小调节阀的敞开，以在阴极本体内建立逐步增大的真空度，达到200mm_Hg的值（对应于97%的预定沉积量获得5mm厚的隔膜），在从悬浮液中取出阴极本体的同时快速增大真空度至300mm_Hg。

－在空气中在300mm_Hg的真空下维持2小时，随后在100℃下干燥3小时并且在120℃下再干燥2小时，最后在烤箱中在350℃下烧结2小时。

检查孔隙率特征，检测直径尺寸分布，其中80%的直径落在1.8μm至3μm的范围内。

组装有烧结式阴极本体的槽在下述条件下进行操作：

－入口卤水：300g/l的氯化钠，pH为2，钙和镁分别为1.5mg/l和1mg/l；

－电流密度为2.5kA/m²；

－温度：90℃；

－烧碱浓度：130g/l。

在30小时的运作（达到稳态条件所需要的）之后，卤水高度、烧碱产出率及氯酸盐在烧碱产品中的浓度记录为最显著的操作参数。

高度变为比隔膜的上边缘高10cm，具有92％的产出率和0.3g/l的氯酸盐浓度。卤水随后添加氯化镁3小时以产生朝向24cm的进一步的高度增大。这些数据在以下4个星期期间基本保持不变，仅显示微小的振动。

示例2

如在示例1中所述的但配备有第二种隔膜的槽在相同的实验条件下进行操作。

用于隔膜沉积的悬浮液类似于示例1，除了纤维和氧化锆的不同浓度以外（分别为60g/l和30g/l）。氧化锆再次为特征在于80%的颗粒位于0.5μm至1.5μm范围内的类型。沉积执行如下：开始时调节真空度为450mm_Hg，将真空度逐渐增大至550mm_Hg直到沉积用于获得3mm厚的隔膜的95%的预定量，随后在从悬浮液中取出阴极本体的同时将真空度快速增大至650mm_Hg。

在沉积终结时的真空条件下空气保持、干燥和烧结的其余步骤如在示例1中地执行。同样在该情况下，隔膜孔隙率特征在于观察到对于80%颗粒的0.4μm至1.4μm的尺寸分布，由此等同于氧化锆颗粒的尺寸分布。

在25小时的运作（达到稳态条件所需要的）之后，高度变为比隔膜的上边缘高32cm，具有95％的产出率和0.15g/l的氯酸盐浓度。在操作的下个星期中，观察到时间线性的逐渐增大的高度量（达到49cm）：通过外推这些数据，确定的是卤水高度在下面的3星期内将达到1米的最大高度。钙和镁的浓度随后分别减小到1mg和0.1mg/l。从该时刻起，高度基本稳定，其中产出率和氯化盐的浓度总是大约多于满意值。

示例3

如在示例1和2中所述但配备有第三种隔膜的槽在相同的实验条件下进行操作。

用于隔膜沉积的悬浮液类似于示例2的悬浮液，仅有的不同为：氧化锆类型的特征在于80%的颗粒位于0.8μm至2.5μm的范围内。

沉积如示例2中地执行，而保持、干燥和烧结步骤相同。

隔膜孔隙率示出为对于80%的颗粒具有0.7μm至2.2μm的尺寸分布，由此等同于氧化锆颗粒的尺寸分布。

在27小时的运作（达到稳态条件所需要的）之后，高度变为比隔膜的上边缘高27cm，具有96％的产出率和0.14g/l的氯酸盐浓度。在后面的4周期间，高度略微增大至31cm并且由此钙和镁的浓度能够分别不变地保持在1.5mg/l和1mg/l。

前面的描述并非意为限制本发明，可以根据不同实施例使用本发明而不偏离本发明的范围，并且本发明的范围由所附权利要求明确限定。

贯穿本申请的说明书和权利要求，术语“包括”和其变型例如“包括”并非意为排除其它元件或添加物的存在。

文献、作用、材料等等的讨论仅出于提供对于本发明的背景的目的而包括在本说明书中。并非建议或表示的是，这些主题中的任一个或全部形成现有技术基础的一部分或者是在该申请的每个权利要求的优先权日期之前与本发明相关的领域中常见的一般知识。

Claims (11)

1.一种沉积在隔膜电解槽的阴极本体上的多孔隔离器，所述隔离器通过多个聚合物纤维平面的叠置而形成，所述隔离器包括由所述纤维之间的多个主空隙的互连而产生的主孔，所述主孔的尺寸具有2μm至10μm的平均值而标准方差不高于所述平均值的50%。

2.根据权利要求1所述的隔离器，包括由所述纤维与嵌入所述主空隙内的颗粒物质的颗粒之间形成的多个第二空隙的互连而产生的第二孔，所述颗粒物质的尺寸和所述第二孔的尺寸具有0.5μm至5μm的平均值而标准方差不高于所述平均值的50%。

3.根据权利要求1或2所述的隔离器，其中，所述聚合物纤维被机械粘合至水合陶瓷氧化物颗粒。

4.根据权利要求2或3所述的隔离器，其中，所述颗粒物质包括水合陶瓷氧化物颗粒。

5.根据前述权利要求中任一项所述的隔离器，其中，所述多个聚合物纤维平面的所述叠置具有3mm至10mm的厚度。

6.一种在隔膜电解槽的阴极本体上沉积多孔隔离器的方法，所述方法包括：真空抽吸含有聚合物纤维和可选的颗粒物质的悬浮液穿过所述阴极本体，同时根据预定的分布作为沉积纤维的百分量的函数执行对真空度的连续调节直到沉积终结。

7.根据权利要求6所述的方法，包括后续的取出步骤，将真空度维持为不低于在沉积终结时的真空度0.5小时至3小时的时间。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，在沉积期间施加的所述真空度达到300mm_Hg至650mm_Hg的最大值。

9.用于通过权利要求6或7所述的方法沉积根据权利要求1至4中任一项所述的隔离器的设备，所述设备包括：

－容纳所述悬浮液的容器，所述容器配备有高度传感器；

－用于向隔膜电解槽的阴极本体施加真空的处理装置，所述装置配备有压力传感器和调节阀；

－用于处理所述阴极本体的装置；

－连接至所述高度传感器和所述压力传感器的中央处理单元，所述中央处理单元适于通过执行包括在程序中的一组指令来驱动所述处理装置和所述调节阀。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述程序能够在沉积之前基于所述悬浮液的特征和所述隔离器的预见工艺条件从程序库中选取。

11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述工艺条件包括待电解的氯碱卤水的组成和纯度。

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