CN105821436B - 一种基于三电极体系的双电解槽两步法氯碱电解方法及装置 - Google Patents

一种基于三电极体系的双电解槽两步法氯碱电解方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN105821436B
CN105821436B CN201610298229.7A CN201610298229A CN105821436B CN 105821436 B CN105821436 B CN 105821436B CN 201610298229 A CN201610298229 A CN 201610298229A CN 105821436 B CN105821436 B CN 105821436B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
electrolytic cell
sodium
chlorine
hydrogen
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.)
Active
Application number
CN201610298229.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105821436A (zh
Inventor
王永刚
夏永姚
陈龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fudan University
Original Assignee
Fudan University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fudan University filed Critical Fudan University
Priority to CN201610298229.7A priority Critical patent/CN105821436B/zh
Publication of CN105821436A publication Critical patent/CN105821436A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105821436B publication Critical patent/CN105821436B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/34Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/02Hydrogen or oxygen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/34Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis
    • C25B1/46Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis in diaphragm cells
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/02Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/30Cells comprising movable electrodes, e.g. rotary electrodes; Assemblies of constructional parts thereof

Abstract

本发明属于氯碱工业技术领域,具体为一种基于三电极体系的双电解槽两步法氯碱电解方法及装置。本发明装置包含两个独立的电解槽(槽‑A和槽‑B)、析氢催化电极、析氯催化电极以及可以可逆存储钠离子的储钠电极。本发明方法将电解食盐水或海水的过程分为产氢气/氢氧化钠步骤和产氯步骤,并分别在两个电解槽(槽‑A和槽‑B)中完成。电解槽‑A和电解液槽‑B中的电解过程交替循环进行。本发明有效地将常规电解食盐水或海水中同时发生的产氢气/氢氧化钠和产氯步骤分割,使产氢气/氢氧化钠步骤和产氯步骤分别在不同的电解槽中完成,同时实现了食盐水或海水的淡化,进一步降低氯碱工业的成本,并且大大提高了安全性,有效确保了生成氢氧化钠的纯度,同时实现了海水或食盐水的淡化。

Description

一种基于三电极体系的双电解槽两步法氯碱电解方法及装置
技术领域
[0001] 本发明属于氯碱工业技术领域,具体涉及一种基于三电极体系的双电解槽两步法 氯碱电解方法及装置。
背景技术
[0002] 氯碱工业是最基本的化学工业之一,它的产品除应用于化学工业本身外,还广泛 应用于轻工业、纺织工业、冶金工业、石油化学工业以及公用事业。化学行业总营业额的 50%取决于氯碱工业的Cl2和烧碱。烧碱在纺织工业、精制石油、造纸行业、冶金行业和化学 工业等行业中广泛应用。Cl2下游产品不断发展,34%的Cl2通过二氯乙烷和氯乙烯单体生产 PVC、20 %用于生产其他有机物、15 %用于制备氯化氢、6 %用于水处理化学品、6 %用于氯化 中间体、4%用于造纸、15%用于其他无机物。Cl2产品链下游四大主要领域PVC、环氧丙烷、 环氧氯丙烷和光气系列(聚碳酸酯、MDI、TDI等)的市场需求均保持稳定增长,而绝大部分的 Cl2通过氯碱行业生产。
[0003] 氯碱技术起源于隔膜法和水银法的发明。最早是1807年英国人Davy对食盐熔融法 电解的研究,他于1808年提出氯元素,1810年发现金属钠与汞能生成钠汞齐,为电解食盐和 水银法制碱奠定了基础。迄今为止,氯碱电解主要有3种技术:水银法,隔膜法,离子膜法。 1892年,水银法工业化,其基本原理是电解食盐水生成Cl2和钠汞齐,然后钠汞齐单独水解 生成H2和烧碱,实现了出与(:12的分离和烧碱与盐的分离。但是汞的使用带来了严重的环境 污染,例如臭名昭著的“水俣病”。1851年,第一个隔膜电解食盐水的专利出现,1890年,隔膜 法实现工业化。该方法是产品(:12与出通过隔膜隔离,但由于当时只有压力渗透膜,产品烧碱 只能与渗透的盐水混合后流出电解槽,再通过蒸发使盐碱分离产生产品烧碱和回收盐。该 方法缺点是投资大,能耗高,产品烧碱中会含有NaCl,而且会带来石棉环境污染。1953年,美 国离子公司的Juda和Macrae申请了离子交换材料及其制造和应用方法的专利,之后的开发 研究使该技术实现了电渗析的工业化应用,直到杜邦公司开发了能在Cl2和碱环境中使用 的阳离子交换全氟磺酸材料,离子交换膜法开始在氯碱领域中试用。1961年,ICI公司申请 了零极距离子交换膜电解槽专利。1964年,Du Pont公司首次将全氟离子交换膜Nation用于 氯碱示范槽。1975年,旭化成延闪工厂实现离子膜法工业化。离子膜法的基本原理与隔膜法 相同,只是采用了阳离子交换膜代替压力渗透膜,近年来这一方法已经被广泛推广应用。其 优点是碱液中只含有微量盐,烧碱纯度高,操作相对容易控制,适应负荷变化的能力大;缺 点是盐水质量要求高,离子膜价格昂贵,且离子交换膜的使用寿命有限。此外,即使在使用 了离子交换膜的条件下,在同一个电解槽中产生的氢气和氯气仍有透过离子交换膜混合的 可能,有一定的安全隐患,需要精密控制整个电解液流程。另一方面,上述方法制备的烧碱 (Na (OH) 2)仍旧含有少量的氯化钠杂质,进一步的提纯工艺也将大大提升制备成本。
[0004] 针对以上三种传统的氯碱电解技术的问题,本发明提出了一种基于三电极体系的 双电解槽两步法氯碱电解方法及装置。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种基于三电极体系的双电解槽两步法氯碱电解方法及 装置。
[0006] 本发明所提供的基于三电极体系的双电解槽两步法氯碱电解装置,包含两个独立 的电解槽:电解槽-A和电解槽-B;三个电极:对电解水生成氢气具有催化作用的析氢催化电 极,对电解食盐水或海水生成氯气具有催化作用的析氯催化电极,可以可逆储存钠离子的 储钠电极。
[0007] 在电解槽-A中,电解液为氢氧化钠溶液,其用于产氢气与氢氧化钠,阴极连接析氢 催化电极,阳极连接储钠电极;在电解槽-B中,电解液为食盐水或海水,其用于产氯气,阴极 连接储钠电极,阳极连接析氯催化电极。
[0008] 本发明所提供的基于三电极体系的双电解槽两步法氯碱电解方法,如图1所示,具 体步骤如下:
[0009] 步骤-a,在电解槽-A中的产氢气与氢氧化钠步骤:
[0010] 在电解槽-A中,氢氧化钠水溶液作为电解液,水分子在作为阴极的析氢催化电极 表面被电化学还原生成氢气和氢氧根离子,即H2O + f — 1/2¾ + 0ΙΓ;同时作为阳极的 储钠电极被电化学氧化脱出钠离子,变成充电态储钠电极,即NaxM — ye> Nax—yM + yNa +,在此过程中电子由储钠电极通过外电路流向析氢催化电极;产氢结束后,电解槽-A中形 成的充电态储钠电极被转移至电解槽-B,再用于电解食盐水或海水产氯气。
[0011] 步骤_b,在电解槽-B中的产氯气步骤:
[0012] 电解槽-B采用食盐水或海水作为电解液。此时,作为阴极的充电态储钠电极被电 化学还原成为初始状态的储钠电极,即Nax—yM + yNa+ + yf —NaxM;同时氯离子在作为阳 极的析氯催化电极表面被电化学氧化成为氯气,即2Cr — Cl2;在此过程中电子由 析氯催化电极通过外电路流向储钠电极,在此过程中食盐水或海水电解液得到了淡化;产 氯气结束后,电解槽-2中生成的初始状态储钠电极被转移至电解槽-A,并再用于电解氢氧 化钠水溶液制取氢气和氢氧化钠。
[0013] 所述步骤-a和步骤-b交替循环进行,启始步骤可以是步骤-a也可以是步骤-b。
[0014] 上述两个步骤交替循环进行,实现了储钠电极的循环利用,同时有效实现了在不 同时段和不同电解槽中分别电解制氢气/氢氧化钠和电解制备氯气,有效防止了这两种气 体的混合,实现了高纯度高安全性目的,此外制得的烧碱中不会含有任何氯化钠杂质,食盐 水或海水也在一定程度得到了淡化。更为重要的是,氢气和氯气在两个不同的电解槽分别 制备大大降低了对离子交换膜的要求,甚至可以不采用离子交换膜,因此大大降低了生产 成本。
[0015] 本发明中,所述析氢催化电极对电解水生成氢气具有催化作用,该具有催化作用 的电极材料为:
[0016] 基于金属铂(Pt)等贵金属以及其与碳的复合物;或
[0017] 基于Ni、Co、Fe等过渡金属的单质或化合物,如Ni、Ni-Mo合金、Ni-Cr-Fe合金、 CoO、C〇2〇3、CoSe2、FeP;或
[0018] 基于Cu的化合物;或
[0019] 基于W的化合物,如WC、W2C、WS2;或
[0020] 基于 Mo 的化合物,如 MoS2、MoB、Mo2S;S
[0021] C3N4等化合物。
[0022] 本发明中,所述析氯催化电极对电解饱和食盐水生成氯气具有催化作用,该具有 催化作用的电极材料为:
[0023] 尺寸稳定阳极(DSA电极),即基于RuO2和TiO2的涂层电极。包括含有其他成分添加 剂的DSA电极,如Ir,Sn,Pb,Ta,Co,Sb,Nb,Zr,Os等,以及含有中间层等多层涂覆的DSA电极; 或
[0024] 基于Ni、Co、Fe或Mn过渡金属的高价氧化物如磁性氧化铁和C〇3〇4等;或
[0025] 双金属的尖晶石化合物如ZnxCo3-x〇4等;或
[0026] 石墨;或
[0027] 贵金属如Pt等。
[0028] 本发明中,所述可以可逆存储钠离子的电极,其由活性物质、粘结剂、导电材料、集 流体制备而得,其中电极活性材料包括钠离子可逆嵌入脱出化合物和可以可逆吸脱附钠离 子的炭材料中的一种或两种。所述钠离子可逆嵌入脱出化合物包括NaMn〇2,Na4Mn9〇i8, V2O5, Na3V2(PO4)3, Na3V2(PO4)2F3, Na2FePO4F, NaFePO4, NaTi2(PO4)3, NaxCoO2, LiTi2 (PO4) 3,普鲁士蓝类材料等。所述可以可逆吸脱附钠离子的碳材料包括活性碳,介孔碳,碳纳 米管,多孔碳等。
[0029] 所述粘结剂为聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯(PVDF)。
[0030] 所述的储钠活性物质和添加成分通过混合成膜或者成浆料的方式,压制或者涂覆 在集流体上构成储钠电极;所述集流体包括:镍网、泡沫镍、不锈钢网、钛网或炭纸等。
[0031] 本发明设计的电解槽最显著的特点是在不同的电解液槽中分别电解产生的氢气 和氯气。
[0032] 本发明设计的电解槽-A和电解槽-B中,可以无需任何隔膜。
[0033] 本发明设计的电解槽-B中,也可以包含价格低廉的渗透型隔膜,如石棉等或阳离 子交换膜,如Nafion等。
[0034] 综上所述,本发明提出的基于三电极体系下的双电解槽两步法氯碱电解方法,其 工作特点在于分两步,分别在两个独立的电解槽中电解水溶液制氢气和氢氧化钠以及电解 食盐水或海水制氯气,同时实现部分的食盐水或海水淡化。储钠电极在氢氧化钠水溶液制 氢气和氢氧化钠的过程中,被电化学氧化成为充电态储钠电极;在后续的电解食盐水或海 水制氯气的过程中,又被电化学还原成为初始状态的储钠电极。该储钠电极的电化学氧化 还原过程或吸脱附过程,将传统的氯碱电解过程分为了连续的两步,并通过储钠电极(即充 电态和初始态)在两个电解槽中的转移使用,实现了在不同时段分别在两个独立的电解槽 中制备氢气和氧气,从而能分别制备出高纯度的氢气和氯气,大大提高了安全性,大大降低 了对离子交换膜的要求或不需要离子交换膜,而且制得的烧结纯度高,不含有氯化钠,降低 了制备成本,同时可以实现食盐水或海水的淡化。
附图说明
[0035] 图1三电极体系双电解槽两步法电解装置的工作示意图,其中NaxM为可以可逆存 储钠离子的电极材料。左为电解槽-A,右为电解槽-B。
具体实施方式
[0036] 以下通过实施例对本发明作进一步的说明。
[0037] 实施例1:
[0038] 双电解槽三电极装置电解生成氢气的催化电极采用铂电极,电解生成氯气的催化 电极采用基于RuO2和TiO2的涂层尺寸稳定阳极(S卩DSA电极),储钠电极的活性物质为 Na4Mn9O18。三个电极面积均为20平方厘米。采用100毫安恒定电流进行电解。首先,在电解 槽-A中,电解液为0.5M NaOH水溶液,阴极连接铂电极,阳极连接储钠电极,100毫安电流电 解,时间为600秒,平均电压约为1.405V,钼电极上生成氢气的同时,钠离子从Na4Mn9〇i8脱 出,并在溶液中生成生成氢氧化钠。然后,将电解槽-A形成的充电态储钠电极转移至电解 槽-B,进行电解产氯反应。在电解槽-B中,电解液为饱和食盐水,阴极连接储钠电极,阳极连 接DSA电极,同样100毫安电流电解直至电压急剧上升,时间为600秒,平均电压为0.802V, DSA电极上生成氯气,同时溶液中的钠离子嵌入到储钠电极,整个过程储钠电极上没有任何 气体生成。对产生气体进行纯度鉴定证明氢氯气体没有发生混合,此外通过电解液分析可 以知,电解液中没有氢氯混合。同时所制得氢氧化钠中不含有氯化钠。
[0039] 实施例2:
[0040] 双电解槽三电极装置电解生成氢气的催化电极采用铂电极,电解生成氯气的催化 电极采用DSA电极,储钠电极的活性物质为Na3V2 (P〇4) 3。三个电极面积均为20平方厘米。采 用100毫安恒定电流进行电解。首先,在电解槽-A中,电解液为0.5M NaOH水溶液,阴极连接 铂电极,阳极连接储钠电极,100毫安电流电解,时间为600秒,平均电压约为1.605V,铂电极 上生成氢气,同时钠离子从Na3V2 (P〇4)脱出,并在溶液中生成氢氧化钠。然后,将电解槽-A形 成的充电态储钠电极转移至电解槽-B,进行电解产氯反应。在电解槽-B中,电解液为饱和食 盐水,阴极连接储钠电极,阳极连接DSA电极,同样100毫安电流电解直至电压急剧上升,时 间为600秒,平均电压为0.605V,DSA电极上生成氯气,同时溶液中的钠离子嵌入到储钠电 极,整个过程储钠电极上没有任何气体生成。对产生气体进行纯度鉴定证明氢氯气体没有 发生混合,此外通过电解液分析可以知,电解液中没有氢氯混合。同时所制得氢氧化钠中不 含有氯化钠。
[0041] 实施例3:
[0042] 双电解槽三电极装置电解生成氢气的催化电极采用铂电极,电解生成氯气的催化 电极采用DSA电极,储钠电极的活性物质为NaTi2 (P〇4) 3。三个电极面积均为20平方厘米。采 用100毫安恒定电流进行电解。首先,在电解槽-A中,电解液为0.5M NaOH水溶液,阴极连接 铂电极,阳极连接储钠电极,100毫安电流电解,时间为600秒,平均电压约为0.401V,铂电极 上生成氢气,同时钠离子从NaTi2 (P〇4) 3脱出,并在溶液中生成氢氧化钠。然后,将电解槽-A 形成的充电态储钠电极转移至电解槽-B,进行电解产氯反应。在电解槽-B中,电解液为饱和 食盐水,阴极连接储钠电极,阳极连接DSA电极,同样100毫安电流电解直至电压急剧上升, 时间为600秒,平均电压为1.821V,DSA电极上生成氯气,同时溶液中的钠离子嵌入到储钠电 极,整个过程储钠电极上没有任何气体生成。对产生气体进行纯度鉴定证明氢氯气体没有 发生混合,此外通过电解液分析可以知,电解液中没有氢氯混合。同时所制得氢氧化钠中不 含有氯化钠。
[0043] 实施例4:
[0044] 双电解槽三电极装置电解生成氢气的催化电极采用铂电极,电解生成氯气的催化 电极采用Co3O4电极,储钠电极的活性物质为Na4Mn9O18。三个电极面积均为20平方厘米。采用 100毫安恒定电流进行电解。首先,在电解槽-A中,电解液为0.5M NaOH水溶液,阴极连接铂 电极,阳极连接储钠电极,100毫安电流电解,时间为600秒,平均电压约为1.405V,铂电极上 生成氢气,同时钠离子从Na4Mn9O18脱出,并在溶液中生成氢氧化钠。然后,将电解槽-A形成 的充电态储钠电极转移至电解槽-B,进行电解产氯反应。在电解槽-B中,电解液为饱和食盐 水,阴极连接储钠电极,阳极连接Co3O4电极,同样100毫安电流电解直至电压急剧上升,时间 600秒,平均电压为0.851V,C〇3〇4电极上生成氯气,同时溶液中的钠离子嵌入到储钠电极,整 个过程储钠电极上没有任何气体生成。对产生气体进行纯度鉴定证明氢氯气体没有发生混 合,此外通过电解液分析可以知,电解液中没有氢氯混合。同时所制得氢氧化钠中不含有氯 化钠。
[0045] 实施例5:
[0046] 双电解槽三电极装置电解生成氢气的催化电极采用雷尼镍电极,电解生成氯气的 催化电极采用DSA电极,储钠电极的活性物质为Na4Mn9O18。三个电极面积均为20平方厘米。 采用100毫安恒定电流进行电解。首先,在电解槽-A中,电解液为0.5M NaOH水溶液,阴极连 接雷尼镍电极,阳极连接储钠电极,100毫安电流电解,时间为600秒,平均电压约为1.521V, 钼电极上生成氢气,同时钠离子从Na4Mng0i8脱出,并在溶液中生成氢氧化钠。然后,将电解 槽-A形成的充电态储钠电极转移至电解槽-B,进行电解产氯反应。在电解槽-B中,电解液为 饱和食盐水,阴极连接储钠电极,阳极连接DSA电极,同样100毫安电流电解直至电压急剧上 升,时间为600秒,平均电压为0.802V,DSA电极上生成氯气,同时溶液中的钠离子嵌入到储 钠电极,整个过程储钠电极上没有任何气体生成。对产生气体进行纯度鉴定证明氢氯气体 没有发生混合,此外通过电解液分析可以知,电解液中没有氢氯混合。同时所制得氢氧化钠 中不含有氯化钠。
[0047] 实施例6:
[0048] 双电解槽三电极装置电解生成氢气的催化电极采用雷尼镍电极,电解生成氯气的 催化电极采用C〇3〇4电极,储钠电极的活性物质为Na4Mn90i8。三个电极面积均为20平方厘米。 采用100毫安恒定电流进行电解。首先,在电解槽-A中,电解液为0.5M NaOH水溶液,阴极连 接雷尼镍电极,阳极连接储钠电极,100毫安电流电解,时间为600秒,平均电压约为1.521V, 钼电极上生成氢气,同时钠离子从Na4Mng0i8脱出,并在溶液中生成氢氧化钠。然后,将电解 槽-A形成的充电态储钠电极转移至电解槽-2,进行电解产氯反应。在电解槽-B中,电解液为 饱和食盐水,阴极连接储钠电极,阳极连接Co3O4电极,同样100毫安电流电解直至电压急剧 上升,时间为600秒,平均电压为0.851V,C〇3〇4电极上生成氯气,同时溶液中的钠离子嵌入到 储钠电极,整个过程储钠电极上没有任何气体生成。对产生气体进行纯度鉴定证明氢氯气 体没有发生混合,此外通过电解液分析可以知,电解液中没有氢氯混合。同时所制得氢氧化 钠中不含有氯化钠。
[0049] 实施例7:
[0050] 双电解槽三电极装置电解生成氢气的催化电极采用雷尼镍电极,电解生成氯气的 催化电极采用Co3O4电极,储钠电极的活性物质为Na3V2 (P〇4) 3。三个电极面积均为20平方厘 米。采用100毫安恒定电流进行电解。首先,在电解槽-A中,电解液为0.5M NaOH水溶液,阴 极连接雷尼镍电极,阳极连接储钠电极,100毫安电流电解,时间为600秒,平均电压约为 1.632V,铂电极上生成氢气,同时钠离子从Na3V2 (P〇4) 3脱出,并在溶液中生成氢氧化钠。然 后,将电解槽-A形成的充电态储钠电极转移至电解槽-B,进行电解产氯反应。在电解槽-B中,电解液为饱和食盐水,阴极连接储钠电极,阳极连接Co3O4电极,同样100毫安电流电解 直至电压急剧上升,时间为600秒,平均电压为0.617V,Co3〇4电极上生成氯气,同时溶液中的 钠离子嵌入到储钠电极,整个过程储钠电极上没有任何气体生成。对产生气体进行纯度鉴 定证明氢氯气体没有发生混合,此外通过电解液分析可以知,电解液中没有氢氯混合。同时 所制得氢氧化钠中不含有氯化钠。
[0051] 实施例8:
[0052] 双电解槽三电极装置电解生成氢气的催化电极采用雷尼镍电极,电解生成氯气的 催化电极采用Co3O4电极,储钠电极的活性物质为NaTi2 (P〇4) 3。三个电极面积均为20平方厘 米。采用100毫安恒定电流进行电解。首先,在电解槽-A中,电解液为0.5M NaOH水溶液,阴 极连接雷尼镍电极,阳极连接储钠电极,100毫安电流电解,时间为600秒,平均电压约为 0.502V,铂电极上生成氢气,同时钠离子从NaTi2(PO4) 3脱出,并在溶液中生成氢氧化钠。然 后,将电解槽-A形成的充电态储钠电极转移至电解槽-B,进行电解产氯反应。在电解槽-B中,电解液为饱和食盐水,阴极连接储钠电极,阳极连接Co3O4电极,同样100毫安电流电解 直至电压急剧上升,时间为600秒,平均电压为1.905V,Co3〇4电极上生成氯气同时溶液中的 钠离子嵌入到储钠电极,整个过程储钠电极上没有任何气体生成。对产生气体进行纯度鉴 定证明氢氯气体没有发生混合,此外通过电解液分析可以知,电解液中没有氢氯混合。同时 所制得氢氧化钠中不含有氯化钠。
[0053] 表1.采用不同电极组装的双电解槽100毫安恒电流电解水性能比较。
[0054]
Figure CN105821436BD00091

Claims (10)

  1. CN 105821436 B 权利要求书 1/2页
    1· 一种基于三电极体系的双电解槽两步法氯碱电解装置,其特征在于,包含两个独立 的电解槽:电解槽-A和电解槽-B;三个电极:对电解水生成氢气具有催化作用的析氢催化电 极,对电解食盐水或海水生成氯气具有催化作用的析氯催化电极,可以可逆储存钠离子的 储钠电极;在电解槽-A中,电解液为氢氧化钠溶液,其用于产氢气与氢氧化钠,阴极连接析 氢催化电极,阳极连接储钠电极;在电解槽-B中,电解液为食盐水或海水,其用于产氯气,阴 极连接储钠电极,阳极连接析氯催化电极。 2 ·如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述析氢催化电极的电极材料为: 基于金属铂以及其与碳的复合物;或 基于Ni、Co或Fe过渡金属的单质或化合物;或 基于Cu的化合物;或 基于W的化合物;或 基于Mo的化合物;或 C3N4化合物。
  2. 3. 如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述析氯催化电极的电极材料为: 基于RuO2和Ti〇2的涂层电极,包括含有其他成分添加剂的DSA电极即尺寸稳定阳极,其 他成分添加剂为Ir, Sn,Pb,Ta,Co,Sb,Nb,Zr,Os,以及含有多层涂覆的DSA电极;或 基于Ni、Co、Fe或Mn过渡金属的高价氧化物;或 双金属的尖晶石化合物;或 石墨;或 贵金属Pt。
  3. 4. 如权利要求2所述的装置,其特征在于: 所述基于Ni、Co或Fe过渡金属的单质或化合物为Ni、Ni-Mo合金、Ni-Cr-Fe合金、C〇0、 C02O3、CoSe2 或 FeP; 所述基于W的化合物为WC、W2C或WS2; 所述基于Mo的化合物为Mo S2、MoB或M〇2 S。
  4. 5. 如权利要求1所述的装置,其特征在于所述可以可逆存储钠离子的电极,由活性物 质、粘结剂、导电材料、集流体制备而得,其中,活性物质为钠离子可逆嵌入脱出化合物和可 逆吸脱附钠离子的炭材料中的一种或两种。
  5. 6. 如权利要求5所述的装置,其特征在于所述钠离子可逆嵌入脱出化合物为NaMnO2, Na4Mn9〇i8, V2O5,Na3V2(P〇4)3, Na3V2(P〇4)2F3,Na2FeP〇4F,NaFeP〇4, NaTi2(P〇4)3, NaxCoO2, LiTi2 (P04) 3,或普鲁士蓝类材料。
  6. 7. 如权利要求5所述的装置,其特征在于所述可以可逆吸脱附钠离子的炭材料包括活 性碳、介孔碳、碳纳米管或多孔碳。
  7. 8. 如权利要求5所述的装置,其特征在于所述的储钠活性物质和添加成分通过混合成 膜或者成浆料的方式,压制或者涂覆在集流体上构成储钠电极;所述集流体包括:镍网、泡 沫镍、不锈钢网、钛网或炭纸。
  8. 9. 如权利要求1所述的装置,其特征在于所述的电解槽-B中包含渗透型隔膜。
  9. 10. 基于权利要求1~9之一所述装置的基于三电极体系的双电解槽两步法氯碱电解方 法,其特征在于具体步骤如下: 2 CN 105821436 B 权利要求书 2/2页 步骤-a,在电解槽-A中产氢气与氢氧化钠: 在电解槽-A中,氢氧化钠作为电解液,水分子在作为阴极的析氢催化电极表面被电化 学还原生成氢气和氢氧根离子,即H2O + f — 1/2¾ + 0H_;同时作为阳极的储钠电极NaxM 被电化学氧化脱出钠罔子,变成充电态储钠电极,即NaxM — ye—— Nax—yM + yNa+,在此过 程中电子由储钠电极通过外电路流向析氢催化电极;产氢结束后,电解槽-A中形成的充电 态储钠电极被转移至电解槽-B,再用于电解饱和食盐水产氯气; 步骤-b,在电解槽-B中的产氯气: 、>电解ί曹-B采用食盐或海水作电解液,此时,作为阴极的充电态储钠电极被电化学还原 成为初始状态的储钠电极,即Nax—yM + yNa+ + ye_ ^NaxM;同时氯离子在作为阳极的析氯 催化电极表面被电化学氧化成为氯气,g卩2C1_ — Cl2;在此过程中电子由析氯催化 电极通过外电路流向储钠电极;产氯气结束后,电解槽—B中生成的储钠电极被转移至电解 槽-A,并再用于电解氢氧化钠水溶液制取氢气和氢氧化钠: 上述所述步骤-a和步骤—b交替循环。 3
CN201610298229.7A 2016-05-09 2016-05-09 一种基于三电极体系的双电解槽两步法氯碱电解方法及装置 Active CN105821436B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610298229.7A CN105821436B (zh) 2016-05-09 2016-05-09 一种基于三电极体系的双电解槽两步法氯碱电解方法及装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610298229.7A CN105821436B (zh) 2016-05-09 2016-05-09 一种基于三电极体系的双电解槽两步法氯碱电解方法及装置
PCT/CN2017/083519 WO2017193896A1 (zh) 2016-05-09 2017-05-08 一种基于三电极体系的双电解槽两步法氯碱电解方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105821436A CN105821436A (zh) 2016-08-03
CN105821436B true CN105821436B (zh) 2018-07-24

Family

ID=56529044

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610298229.7A Active CN105821436B (zh) 2016-05-09 2016-05-09 一种基于三电极体系的双电解槽两步法氯碱电解方法及装置

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN105821436B (zh)
WO (1) WO2017193896A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105821436B (zh) * 2016-05-09 2018-07-24 复旦大学 一种基于三电极体系的双电解槽两步法氯碱电解方法及装置
US10414674B2 (en) 2017-01-18 2019-09-17 Wisconsin Alumni Research Foundation Bismuth-based chloride-storage electrodes
CN107082516A (zh) * 2017-05-11 2017-08-22 金先培 一种去除循环水中氯离子的系统及处理方法
CN109321936B (zh) * 2018-11-29 2020-06-02 厦门大学 一种基于液流氧化还原媒介分步电解水制氢的装置和方法
CN110438519B (zh) * 2019-08-20 2020-10-30 武汉大学 一种三电解槽氯碱电解制备体系及氯碱制备方法
CN110526343A (zh) * 2019-09-06 2019-12-03 南昌航空大学 一种电催化耦合高级氧化体系及其应用

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3897320A (en) * 1973-11-01 1975-07-29 Hooker Chemicals Plastics Corp Electrolytic manufacture of chlorates, using a plurality of electrolytic cells
US3904496A (en) * 1974-01-02 1975-09-09 Hooker Chemicals Plastics Corp Electrolytic production of chlorine dioxide, chlorine, alkali metal hydroxide and hydrogen
CN101643254A (zh) * 2008-08-06 2010-02-10 方炜 多槽式电解水产生装置
JP5462460B2 (ja) * 2008-09-12 2014-04-02 旭化成ケミカルズ株式会社 電解用電極
IT1391767B1 (it) * 2008-11-12 2012-01-27 Industrie De Nora Spa ELECTRODE FOR ELECTROLYTIC CELL
GB201119283D0 (en) * 2011-11-08 2011-12-21 Univ Glasgow Apparatus and methods for the electrochemical generation of oxygen and/or hydrogen
CN103579605B (zh) * 2012-08-01 2016-05-04 中国科学院物理研究所 钠离子二次电池及其用的活性物质、正负极及活性物质的制备方法
CN105420748B (zh) * 2015-11-18 2018-01-12 复旦大学 一种基于三电极体系的两步法电解水制氢的方法及装置
CN105463497B (zh) * 2015-11-18 2018-01-12 复旦大学 一种可以电解水制取氢气的电池装置
CN105821436B (zh) * 2016-05-09 2018-07-24 复旦大学 一种基于三电极体系的双电解槽两步法氯碱电解方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017193896A1 (zh) 2017-11-16
CN105821436A (zh) 2016-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105821436B (zh) 一种基于三电极体系的双电解槽两步法氯碱电解方法及装置
Manabe et al. Basic study of alkaline water electrolysis
CN105734600B (zh) 一种三电极体系双电解槽两步法电解水制氢的装置及方法
US4224121A (en) Production of halogens by electrolysis of alkali metal halides in an electrolysis cell having catalytic electrodes bonded to the surface of a solid polymer electrolyte membrane
CA2883127C (en) Process and high surface area electrodes for the electrochemical reduction of carbon dioxide
AU664745B2 (en) Water ionizing electrode and process for using
CN101634035B (zh) 臭氧和过氧化氢在中性介质中协同电化学产生方法和装置
CN103981534A (zh) 用于氯气制备的电催化剂,电极涂层和电极
US9011650B2 (en) Electrochemical systems and methods for operating an electrochemical cell with an acidic anolyte
JP2000104189A (ja) 過酸化水素の製造方法及び製造用電解槽
SE453518B (sv) Elektrokatalytiskt partikelformigt material, elektrod innehallande sadant material och anvendningen av elektroden vid elektrolys
Liu et al. Recent advances in electrocatalysts for seawater splitting
Zhang et al. Rational design of oxygen evolution reaction catalysts for seawater electrolysis
KR20160097177A (ko) 이산화탄소의 전기화학적 환원 방법 및 장치
CN108603298A (zh) 电化学还原二氧化碳的方法及装置
KR101947687B1 (ko) 전기분해 및 불균일 촉매 산화반응을 이용한 수처리 장치
Millet Chlor-alkali technology: fundamentals, processes and materials for diaphragms and membranes
JP2012077381A (ja) 輸送および貯蔵安定性酸素消費電極の製造方法
CN106906489B (zh) 酸性蚀刻液循环再生的电解槽装置、系统及应用
CN108138339A (zh) 三氯化钛溶液的制造方法和三氯化钛溶液的制造装置
JP2019525995A (ja) 酸素脱分極カソードを用いた塩素及び苛性アルカリを製造するための方法並びにシステム
JP4447081B2 (ja) 多硫化物の製造方法
US20130075249A1 (en) Oxygen-consuming electrode and process for production thereof
SU1584752A3 (ru) Способ получени хлора и гидроокиси натри
JP3420790B2 (ja) 塩化アルカリ電解用電解槽及び電解方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant