EA025368B1 - Электрод для электрохлорирования - Google Patents

Электрод для электрохлорирования Download PDF

Info

Publication number
EA025368B1
EA025368B1 EA201291193A EA201291193A EA025368B1 EA 025368 B1 EA025368 B1 EA 025368B1 EA 201291193 A EA201291193 A EA 201291193A EA 201291193 A EA201291193 A EA 201291193A EA 025368 B1 EA025368 B1 EA 025368B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
iridium
ruthenium
electrocatalytic coating
electrode
titanium
Prior art date
Application number
EA201291193A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201291193A1 (ru
Inventor
Антонио Лоренцо Антоцци
Мариякьяра Бенедетто
Аличе Кальдерара
Кьяра Пеццони
Кристиан Урджеге
Original Assignee
Индустрие Де Нора С.П.А.
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 Индустрие Де Нора С.П.А. filed Critical Индустрие Де Нора С.П.А.
Publication of EA201291193A1 publication Critical patent/EA201291193A1/ru
Publication of EA025368B1 publication Critical patent/EA025368B1/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109Electrodes
    • 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
    • C25B1/24Halogens or compounds thereof
    • C25B1/26Chlorine; Compounds thereof
    • 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
    • C25B11/051Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • 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
    • C25B11/051Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/073Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
    • C25B11/091Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds
    • C25B11/093Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds at least one noble metal or noble metal oxide and at least one non-noble metal oxide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/467Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction
    • C02F1/4672Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction by electrooxydation
    • C02F1/4674Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction by electrooxydation with halogen or compound of halogens, e.g. chlorine, bromine
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109Electrodes
    • C02F2001/46119Cleaning the electrodes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109Electrodes
    • C02F2001/46133Electrodes characterised by the material
    • C02F2001/46138Electrodes comprising a substrate and a coating
    • C02F2001/46142Catalytic coating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/46Apparatus for electrochemical processes
    • C02F2201/461Electrolysis apparatus
    • C02F2201/46105Details relating to the electrolytic devices
    • C02F2201/4612Controlling or monitoring
    • C02F2201/46125Electrical variables
    • C02F2201/4613Inversing polarity
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00Specific treatment goals
    • C02F2303/14Maintenance of water treatment installations

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Liquid Crystal Substances (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

Настоящее изобретение относится к электроду для электрохимической выработки гипохлорита. Электрод включает подложку из вентильного металла с покрытием из каталитической системы, состоящей из двух наложенных один на другой слоев, имеющих различный состав и реализующих различную активность относительно анодной выработки гипохлорита из растворов хлорида. Такой электрод имеет большой срок службы в катодных условиях работы, придающих ему способность к самоочищению при использовании в комбинации с таким же электродом с периодическим изменением полярности. Более того, дезактивация электрода в конце срока его службы происходит за две последовательные стадии, позволяя планировать его замену достаточно заблаговременно.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к электроду для электрохимической выработки гипохлорита. Предпосылки изобретения
Электролитическое получение гипохлорита из разбавленных рассолов хлоридов щелочных металлов, например гипохлорита натрия, электролизом водного раствора хлорида натрия или морской воды является одним из наиболее известных способов в области промышленной электрохимии. Получение гипохлорита всегда сопровождается выработкой различных побочных продуктов, являющихся результатом окисления хлоридов (обычно объединяемых под названием активный хлор) и, в некоторых случаях, окисленных соединений, таких как пероксиды, большая часть которых имеет очень ограниченную продолжительность существования; для краткости в данном описании все такие продукты в водном растворе, в основном состоящие из гипохлорита щелочного металла и хлорноватистой кислоты в количестве, в основном зависящем от рН, обозначены как гипохлорит. В зависимости от объемов и концентраций производства получаемый гипохлорит может быть использован для нескольких целей, например для отбеливания бумаги и тканей, для дезинфекции питьевой воды или воды из водоемов либо для домашних целей. Гипохлорит калия также используют для профилактической или лечебной обработки сельскохозяйственных растений. Гипохлорит обычно получают в отдельных электролизерах с электродами различных форм и геометрии, например с перемежающимися планарными электродами. В электролизере получение гипохлорита происходит в результате анодного окисления хлорида, в то время как водород выделяется на катоде; в том случае, если электролизуемый раствор хлорида содержит ощутимые количества ионов кальция или магния, как, например, при хлорировании воды для населения, естественное подщелачивание электролита поблизости от поверхности катода вызывает местное осаждение известняка, имеющего тенденцию дезактивировать катоды и лишать их работоспособности через некоторое время. Среди различных решений, предложенных для устранения данной проблемы, одно из наиболее эффективных решений включает циклическое потенциальное реверсирование электродов, чередуя их использование в качестве катодов и в качестве анодов. Таким образом, осадок карбоната, накапливающийся на поверхности электрода при работе катода, растворяется во время последующей работы в качестве анода, при которой окружающая среда проявляет тенденцию к подкислению. Поскольку выделение водорода происходит при достаточно низком потенциале на многих металлических материалах, электроды электрохлоратора, предназначенные для работы при чередующейся электродной поляризации, активируются катализатором, способствующим максимизации эффективности анодной реакции по выработке гипохлорита, более критической как с точки зрения перенапряжения, так и селективности, благодаря сопутствующей, нежелательной анодной реакции по выделению кислорода. Катализатор, эффективность которого в данном процессе хорошо известна, включает смесь оксидов благородных металлов (обычно рутения и, необязательно, иридия или палладия) и оксидов вентильных металлов, предпочтительно оксида титана. Такой катализатор наносят, согласно различным методам, на подложку, обычно изготовленную из титана, что позволяет получать конфигурацию электрода, способного функционировать в качестве катода для выделения водорода с хорошей эффективностью. Основной целью благородного металла в каталитическом составе является катализ анодной реакции, при этом он связан с вентильным металлом в твердом растворе, который способствует уменьшению его расходования; другие вентильные металлы, такие как тантал и ниобий, могут быть использованы вместо титана, несмотря на то, что они считаются менее ценной альтернативой из-за тенденции снижать селективность анодной реакции, тем самым способствуя получению большего количества кислорода с чистой потерей гипохлорита.
Функционирование электродов в условиях чередующейся поляризации позволяет работать с хорошей эффективностью, сохраняя поверхность электрода достаточно чистой от нерастворимых осадков; тем не менее, работа катода при выделении водорода при использовании электрода конфигурации такого типа влечет за собой сокращение продолжительности рабочего времени, поскольку сцепление покрытия с подложкой в таких условиях затрудняется. Механизм дезактивации электродов такого типа, в основном связанный с расходованием каталитического слоя или его отделением от подложки, вызывает внезапную поломку без существенного предварительного признака; с целью предотвращения серьезных неудобств обычно проводят оценку остаточного срока службы электродов в электролизере на основе статистики и планируют их замену до внезапной и необратимой поломки. Поскольку на дезактивацию электродов, функционирующих в рабочих условиях такого рода, влияют несколько факторов, вариабельность довольно высока, поэтому соблюдение достаточного гарантийного резерва часто предполагает замену электродов, которые еще могли бы работать в течение существенного остаточного периода времени.
Таким образом подтверждается необходимость разработки нового состава электрода для работы в условиях чередующейся полярности в электролитических процессах с получением гипохлорита, отличающегося таким же или более длительным общим сроком службы по сравнению с известными составами и профилем дезактивации, позволяющим удобно планировать их замену благодаря более точному прогнозированию их остаточного срока службы.
Раскрытие изобретения
Различные аспекты настоящего изобретения изложены в прилагаемой формуле изобретения.
В одном варианте воплощения электрод для выработки гипохлорита включает подложку, изготов- 1 025368 ленную из вентильного металла, как правило, необязательно легированного титана, имеющего соответствующий профиль шероховатости; внутреннего каталитического покрытия и наружного каталитического покрытия, имеющего другой состав и более высокую активность, покрывающего внутреннее каталитическое покрытие, при этом профиль шероховатости характеризуется Ка, составляющим от 4 до 8 мкм и Κζ, составляющим от 20 до 50 мкм, внутреннее каталитическое покрытие содержит оксиды иридия, рутения и клапанного металла, выбранного из тантала и ниобия, с общей удельной нагрузкой иридия плюс рутений в пересчете на металлы, составляющее от 2 до 5 г/м2, наружное каталитическое покрытие содержит оксиды благородных металлов с общей удельной нагрузкой, составляющей не менее 7 г/м2. В одном варианте воплощения наружное каталитическое покрытие включает смесь оксидов иридия, рутения и титана с молярной концентрацией рутения, составляющей 12-18%, молярной концентрацией иридия, составляющей 6-10%, и молярной концентрацией титана, составляющей 72-82%. Указанный профиль шероховатости, характеризующийся довольно глубокими выемками, расположенными относительно отдельно, позволяет накладывать два различных каталитических покрытия таким образом, что самое внутренне покрытие, надежно закрепленное внутри выемок, начинает работать только после завершения отделения самого верхнего покрытия. Авторы настоящего изобретения к удивлению обнаружили, что описанный выше электрод характеризуется двухступенчатым механизмом дезактивации, с первым повышением напряжения относительно нормального рабочего напряжения до ощутимо более высоких величин, однако все еще способных продолжать его работу (например, повышением напряжения на 500-800 мВ), и вторым, более быстрым повышением напряжения, вызывающим его окончательное отключение. Не ограничивая настоящее изобретение какой-либо конкретной теорией, можно предположить, что конфигурация, включающая внутреннее покрытие, не слишком эффективное относительно выработки гипохлорита, такое как комбинация оксидов благородных металлов, таких как иридий и рутений, в смеси с оксидом тантала и/или ниобия, и наружного покрытия с лучшими характеристиками, такими как смесь оксидов иридия, рутения и титана, позволяет электроду работать при идеальных уровнях напряжения до тех пор, пока внутреннее покрытие, без труда нанесенное с более высокой удельной нагрузкой, присутствует на поверхности электрода; после изнашивания наружного покрытия внутреннее покрытие обнажается. Внутреннее покрытие, которое может иметь ограниченную удельную нагрузку, но которое очень хорошо сцеплено с поверхностью благодаря специально выбранному профилю шероховатости, способно работать, хотя и с меньшей эффективностью и более высоким напряжением ячейки, достаточно продолжительный период времени, позволяющий планировать замену всей ячейки или электродов, предотвращая вероятность внезапной поломки. В одном варианте воплощения внутреннее каталитическое покрытие содержит смеси оксидов иридия, рутения и тантала с молярной концентрацией рутения, составляющей 42-52%, молярной концентрацией иридия, составляющей 22-28%, и молярной концентрацией тантала, составляющей 20-36%. Указанные диапазоны составов оказались особенно подходящими для изготовления электродов, характеризуемых профилем дезактивации, позволяющим прогнозировать необходимость планирования вмешательства по замене с достаточно заблаговременно. В одном варианте воплощения описанный выше электрод включает тонкий защитный слой из оксидов вентильных металлов, например смеси оксидов титана и тантала, расположенный между подложкой и внутренним каталитическим слоем. Это может создать преимущество, заключающееся в защите подложки от явления пассивации, увеличивая общую продолжительность ее службы без существенного влияния на характерный двухступенчатый механизм дезактивации.
В соответствии с другим аспектом способ изготовления описанного выше электрода включает формирование желательного профиля шероховатости посредством термической обработки подложки при температуре не ниже 550°С, например 590°С, в течение по меньшей мере 4 ч, например 5 ч, с последующим травлением кислотой;
последовательное нанесение внутреннего каталитического слоя, а затем наружного слоя посредством термического разложения соответствующих растворов-предшественников.
Термическая обработка подложки с последующим травлением согласно указанным параметрам, вероятно, оказывает действие по сегрегации загрязняющих примесей подложки в соответствии с границами кристаллических зерен, в результате чего границы зерен становятся зоной предпочтительной атаки для последующего травления. Это может обеспечить преимущество, заключающееся в способствовании формированию профиля шероховатости, состоящего из глубоких и относительно отдельных пиков и впадин, таким образом, чтобы эффективно прикреплять внутренний каталитический слой даже при пониженных удельных нагрузках благородного металла. Обработка может быть проведена в обычной печи с принудительной воздушной вентиляцией; в конце термической обработки подложке можно позволить медленно остыть в печи и извлечь ее, когда температура снизится до уровня, составляющего менее 300°С. В одном варианте воплощения, особенно подходящем для подложек из титана и титановых сплавов, травление кислотой осуществляют, используя 25-30 мас.% серной кислоты, содержащей от 5 до 10 г/л растворенного титана, при температуре от 80 до 90°С до тех пор, пока потеря массы металла не достигнет не менее 180 г/м2. Авторы настоящего изобретения заметили, что данные условия являются особенно благоприятными для предпочтительной атаки загрязняющих примесей, сегрегированных на границе зерен во время предыдущей термической обработки, облегчая получение желаемого профиля
- 2 025368 шероховатости. Травильная ванна может быть включена в работу при концентрации растворенного титана, составляющей примерно 5 г/л, и использоваться до тех пор, пока концентрация титана не достигнет примерно 10 г/л в результате растворения самой подложки, после чего можно добавлять свежую порцию кислоты до тех пор, пока концентрация растворенного титана вновь не достигнет первоначальной величины, составляющей примерно 5 г/л. Титан в растворе способствует кинетике растворения вентильного металла в фазе травления: концентрации ниже 5 г/л связаны со скоростью растворения, которая является слишком медленной для использования на практике. С другой стороны избыточная концентрация вновь замедляет атаку. Потеря массы обработанной термическим способом титановой подложки, подвергнутой описанной выше стадии травления, достигает 180-220 г на квадратный метр поверхности, т.е. величины, которая считается подходящей для последующего каталитического осаждения покрытия, в течение 2-3 ч. В одном варианте воплощения обработанная термическим способом подложка может быть подвергнута обдувке песком перед травлением кислотой. В одном варианте воплощения на подложку, подвергнутую желательной термической обработке, необязательной обдувке песком и травлению, наносят такой защитный слой, состоящий из оксидов вентильных металлов, до нанесения каталитических покрытий. Защитный слой может быть нанесен посредством второй термической обработки подложки из вентильного металла на воздухе, с ростом соответствующего оксида, либо в результате нанесения, например, оксида титана и/или тантала, методом газоплазменного или плазменного напыления, либо термического разложения соответствующего раствора-предшественника. Формирование внутреннего каталитического слоя может быть осуществлено посредством нанесения и последующего термического разложения, необязательно в нескольких покрытиях, раствора-предшественника, содержащего соли или другие соединения иридия, рутения и по меньшей мере одного вентильного металла, выбранного из тантала и ниобия, до тех пор, пока общая нагрузка не достигнет 2-5 г/м2 благородного металла, определяемая как суммарное содержание иридия и рутения в пересчете на металлы. Формирование наружного каталитического слоя может быть осуществлено посредством нанесения и последующего термического разложения, необязательно в нескольких покрытиях, раствора-предшественника, содержащего соли или другие соединения благородных металлов, например иридия, рутения и по меньшей мере одного вентильного металла, например титана, до тех пор, пока общая нагрузка не достигнет 7 г/м2 благородного металла, определяемая как суммарное содержание иридия и рутения в пересчете на металлы.
В соответствии с другим аспектом электролизер для получения гипохлорита из хлоридсодержащего водного электролита включает пары описанных выше электродов и таймер, используемый для попеременной поляризации электродов таким образом, чтобы устанавливать работу одного электрода из пары в качестве катода, а другого - в качестве анода, и циклически изменять их полярность после заданного периода времени, который в одном варианте воплощения составляет от 30 с до 60 мин. В одном варианте воплощения водный электролит представляет собой раствор хлорида щелочного металла, например хлорид калия или хлорид натрия либо их смесь, при этом концентрация ионов хлорида составляет от 2 до 20 г/л.
Следующие примеры служат для иллюстрации конкретных вариантов воплощения настоящего изобретения, осуществимость которого в основном была подтверждена в рамках заявленных диапазонов величин. Специалистам в данной области техники понятно, что составы и способы, раскрытые в приведенных ниже примерах, представляют собой составы и способы, которые, как установлено авторами, хорошо подходят для воплощения настоящего изобретения; однако в свете приведенного описания специалисты в данной области техники должны понимать, что в конкретные раскрытые варианты воплощения могут быть внесены многие изменения, тем не менее, обеспечивающие получение такого же или подобного результата без нарушения объема настоящего изобретения.
Пример 1.
Два титановых листа площадью 10 см2 и толщиной 0,5 мм промывают горячей водой и мылом, прополаскивают деионизированной водой и обезжиривают ацетоном. После этого проводят термическую обработку листов в печи с принудительной воздушной вентиляцией при 590°С в течение 5 ч. Подвергнутым термической обработке образцам позволяют остыть в этой же печи до температуры 290°С, затем извлекают их, взвешивают и подвергают обработке травлением 27% Н2804, содержащей 5 г/л титана, при температуре 87°С. Через 2 ч обработки образцы вновь промывают, сушат и взвешивают, отмечая, что потери титана составляют примерно 200 г/м2. Результаты измерения профиля шероховатости измерителем шероховатости МйиЮуо 81-301 показывают, что величина Ка составляет 5,2-5,3 мкм, а величина Κζ - примерно 32 мкм.
На две лицевых поверхности обработанных таким образом листов наносят внутреннее каталитическое покрытие методом термического разложения первого раствора-предшественника, содержащего 47 мол.% Ки, 24,7 мол.% 1г и 28,3 мол.% Та. Раствор-предшественник получают, исходя из 20 мас.% коммерческого раствора КиС13, 23 мас.% коммерческого раствора Н21гС16 и раствора ТаС15 с концентрацией 50 г/л, полученного в результате растворения твердого ТаС15 в 37 мас.% НС1 нагреванием при перемешивании и последующим разбавлением водой и коммерческим 2-пропанолом. Компоненты смешивают при перемешивании, вначале добавляя отвешенное количество раствора Н21гС16, затем соответствующее количество КиС13. После перемешивания в течение 30 мин добавляют раствор ТаС15, а еще через
- 3 025368 мин смесь доводят до нужного объема 2-пропанолом, продлевая перемешивание еще на 30 мин. Полученный таким образом раствор-предшественник наносят на титановые листы, предварительно высушенные на воздухе при 50°С, с помощью щеток в 3 слоя, с последующим циклом разложения в печи с принудительной вентиляцией при 510°С в течение 10 мин после каждого промежуточного слоя и 30 мин после конечного слоя.
Последующая проверка массы подтверждает нанесение внутреннего каталитического покрытия, содержащего 3 г/м2 благородного металла в пересчете на суммарное содержание 1г и Ки.
На две лицевых поверхности листов наносят наружное каталитическое покрытие методом термического разложения второго раствора-предшественника, содержащего 15 мол.% Ки, 7,9 мол.% 1г и 77,1 мол.% Τι. Второй раствор-предшественник получают, исходя из таких же реагентов, как и при получении первого раствора, с добавление коммерческого раствора ТЮС12 в количестве 160-180 г/л в качестве замены ТаС15. Получения также достигают, осуществляя смешивание при перемешивании точно так же, как и в предыдущем случае, за исключением того, что добавляют ТЮС12 вскоре после 18% НС1 вместо раствора ТаС15.
Второй раствор-предшественник наносят на титановые листы, предварительно высушенные на воздухе при 50°С, с помощью щеток в 14 слоев, с последующим циклом разложения в печи с принудительной вентиляцией при 510°С в течение 10 мин после каждого промежуточного слоя и 30 мин после конечного слоя.
Последующая проверка массы подтверждает нанесение внутреннего каталитического покрытия, содержащего 12 г/м2 благородного металла в пересчете на суммарное содержание 1г и Ки.
Полученные таким образом электроды подвергают ускоренному испытанию на долговечность с получением гипохлорита и периодическим изменением полярности. Ускоренное испытание проводят при плотности тока, составляющей 1 кА/м2, в электролите, состоящем из водного раствора, содержащего 4 г/л №С1 и 70 г/л Ыа24, доводя температуру до 25±1°С и изменяя полярность двух электродов каждые 60 с. В таких рабочих условиях, намного более тяжелых по сравнению с промышленными условиями, наблюдают постоянное поведение при напряжении в электролизере, составляющем примерно 3 V, в течение примерно 300 ч, с последующей стабилизацией повышения нарастающего напряжения в электролизере через 400 суммарных часов при новой постоянной величине, примерно на 800 тV выше предыдущей. Тем не менее, электролизер оставался рабочим, несмотря на высокое напряжение, после 600 суммарных часов испытания.
Пример 2.
Пример 1 повторяют в таких же условиях, за исключением того, что используют первый растворпредшественник, содержащий 47 мол.% Ки, 24,7 мол.% 1г и 28,3 мол.% N6. полученный в результате замены раствора ТаС15 1М раствором №С15. Полученные электроды подвергают ускоренному испытанию на долговечность, как и в примере 1, получая, по существу, такие же результаты, как и предыдущем примере, при постоянной работе электролизера при напряжении, составляющем примерно 3 V, в течение примерно 215 ч, с последующей стабилизацией повышения нарастающего напряжения в электролизере через 320 суммарных часов при новой постоянной величине, примерно на 600 тV выше предыдущей. В данном случае испытание было продлено в целом на 400 ч с некоторым повышением напряжения в электролизере в течение последних 40 ч.
Контрпример.
Два титановых листа площадью 10 см2 и толщиной 0,5 мм промывают горячей водой и мылом, прополаскивают деионизированной водой и обезжиривают ацетоном. После этого проводят термическую обработку листов в печи с принудительной воздушной вентиляцией при 590°С в течение 5 ч. Подвергнутым термической обработке образцам позволяют остыть в этой же печи до температуры 290°С, затем извлекают их, взвешивают и подвергают обработке травлением 27% Н28О4, содержащей 5 г/л титана, при температуре 87°С. Через 2 ч обработки образцы вновь промывают, сушат и взвешивают, отмечая, что потери титана составляют примерно 200 г/м2. Результаты измерения профиля шероховатости измерителем шероховатости МПиЮуо 81-301 показывают, что величина Ка составляет 5,4-5,6 мкм, а величина Κζ примерно 34 мкм.
На две лицевых поверхности обработанных таким образом листов наносят внутреннее каталитическое покрытие методом термического разложения раствора-предшественника, содержащего 15 мол.% Ки, 7,9 мол.% 1г и 77,1 мол.% Тг Раствор-предшественник наносят на титановые листы, предварительно высушенные на воздухе при 50°С, с помощью щеток в 17 слоев, с последующим циклом разложения в печи с принудительной вентиляцией при 510°С в течение 10 мин после каждого промежуточного слоя и 60 мин после конечного слоя.
Последующая проверка массы подтверждает нанесение наружного каталитического покрытия, содержащего 15 г/м2 благородного металла в пересчете на суммарное содержание 1г и Ки. Полученные таким образом электроды подвергают ускоренному испытанию на долговечность, как и в примере 1, позволяя ячейке постоянно работать при напряжении, составляющем примерно 3 V, в течение примерно 230 ч, с последующим внезапным повышением напряжения, означающим дезактивацию электродов до степени, вынудившей прекратить испытание.
- 4 025368
Приведенное выше описание не предполагает ограничения настоящего изобретения, которое может быть реализовано согласно различным вариантам воплощения без нарушения его объема и рамки которого однозначно определены прилагаемой формулой изобретения.
Предполагается, что в тексте описания и формулы изобретения заявки на изобретение термин включать и его варианты, такие как включающий и включает, не исключают присутствия других элементов или добавок.
Цитирование документов, постановлений, материалов, устройств, деталей и т.п. включено в данное описание всего лишь с целью создания контекста для настоящего изобретения. Не предполагается или не представляется, что какой-либо или все перечисленные материалы являлись частью известного уровня техники или общих знаний в области настоящего изобретения до даты приоритета каждого притязания заявки на данное изобретение.

Claims (10)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Электрод для электролизера для электрохимического получения гипохлоритов, включающий подложку из вентильного металла, нанесенное на нее внутреннее электрокаталитическое покрытие и наружное электрокаталитическое покрытие, при этом величина Ка профиля шероховатости упомянутой подложки составляет от 4 до 8 мкм, а величина Κζ - от 20 до 50 мкм; упомянутое внутреннее электрокаталитическое покрытие содержит оксиды иридия, рутения и вентильного металла, выбранного из тантала и ниобия, с общей удельной нагрузкой иридия и рутения в пересчете на металлы, составляющей от 2 до 5 г/м2 металлов; упомянутое наружное электрокаталитическое покрытие содержит оксиды иридия, рутения и титана с удельной нагрузкой благородных металлов, составляющей не менее 7 г/м2.
  2. 2. Электрод по п.1, в котором упомянутое наружное электрокаталитическое покрытие включает смесь оксидов иридия, рутения и титана с молярной концентрацией рутения, составляющей 12-18%, молярной концентрацией иридия, составляющей 6-10%, и молярной концентрацией титана, составляющей 72-82%.
  3. 3. Электрод по п.1 или 2, в котором упомянутое внутреннее электрокаталитическое покрытие содержит смесь оксидов иридия, рутения и тантала с молярной концентрацией рутения, составляющей 42-52%, молярной концентрацией иридия, составляющей 22-28%, и молярной концентрацией тантала, составляющей 20-36%.
  4. 4. Электрод по любому из предыдущих пунктов, включающий защитный слой, состоящий из оксидов вентильных металлов, расположенный между упомянутой подложкой и упомянутым внутренним электрокаталитическим покрытием.
  5. 5. Способ получения электрода по любому из предыдущих пунктов, включающий следующие стадии:
    термическую обработку подложки из вентильного металла в течение не менее 4 ч при температуре не ниже 560°С;
    травление кислотой до получения профиля шероховатости Ка от 4 до 8 мкм и Κζ от 20 до 50 мкм; нанесение внутреннего электрокаталитического покрытия посредством термического разложения раствора-предшественника;
    нанесение наружного электрокаталитического покрытия посредством термического разложения раствора-предшественника.
  6. 6. Способ по п.5, в котором упомянутую стадию травления проводят в 25-30 мас.% серной кислоты, содержащей от 5 до 10 г/л растворенного титана, при температуре от 80 до 90°С до тех пор, пока потеря массы металла не достигнет не менее 180 г/м2.
  7. 7. Способ по п.5 или 6, включающий до упомянутой стадии нанесения внутреннего электрокаталитического покрытия дополнительную стадию нанесения защитного слоя, состоящего из оксидов вентильных металлов, одним из таких способов, как термическая обработка подложки, газоплазменное или плазменное напыление и термическое разложение раствора-предшественника.
  8. 8. Электролизер для получения гипохлоритов щелочных металлов, включающий водный электролит, содержащий хлориды щелочных металлов, по меньшей мере одну пару электродов по любому из пп.1-4 и систему регулирования времени для попеременной поляризации упомянутых электродов в течение заданного периода времени, определяющего их работу соответственно в качестве анода и катода.
  9. 9. Электролизер по п.8, при этом концентрация ионов хлорида в упомянутом водном электролите составляет от 2 до 20 г/л.
  10. 10. Электролизер по п.8 или 9, при этом система регулирования времени для попеременной поляризации электродов настроена на заданный период времени от 0,5 до 60,0 мин.
EA201291193A 2010-06-17 2011-06-17 Электрод для электрохлорирования EA025368B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT001098A ITMI20101098A1 (it) 2010-06-17 2010-06-17 Elettrodo per elettroclorazione
PCT/EP2011/060078 WO2011157811A1 (en) 2010-06-17 2011-06-17 Electrode for electrochlorination

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201291193A1 EA201291193A1 (ru) 2013-04-30
EA025368B1 true EA025368B1 (ru) 2016-12-30

Family

ID=43533378

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201291193A EA025368B1 (ru) 2010-06-17 2011-06-17 Электрод для электрохлорирования

Country Status (16)

Country Link
US (2) US20130087450A1 (ru)
EP (1) EP2582860B1 (ru)
JP (1) JP5777707B2 (ru)
KR (1) KR101769279B1 (ru)
CN (1) CN102918184B (ru)
AU (1) AU2011266999B2 (ru)
BR (1) BR112012031909B1 (ru)
CL (1) CL2012003156A1 (ru)
EA (1) EA025368B1 (ru)
ES (1) ES2632759T3 (ru)
HK (1) HK1181430A1 (ru)
IL (1) IL222674A (ru)
IT (1) ITMI20101098A1 (ru)
MX (1) MX2012013059A (ru)
TW (1) TWI540225B (ru)
WO (1) WO2011157811A1 (ru)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MX367274B (es) 2010-08-06 2019-08-12 De Nora Holdings Us Inc Generador electrolitico en el sitio.
JP6234754B2 (ja) * 2013-09-18 2017-11-22 株式会社神戸製鋼所 電極用金属板及び電極
US10294129B2 (en) 2013-12-09 2019-05-21 General Electric Company Polymeric-metal composite electrode-based electrochemical device for generating oxidants
SG11201701888VA (en) 2014-10-27 2017-05-30 Industrie De Nora Spa Electrode for electrochlorination processes and method of manufacturing thereof
CN105734654A (zh) * 2014-12-11 2016-07-06 苏州吉岛电极科技有限公司 一种阳极制备方法
SG11201706073VA (en) * 2015-02-04 2017-08-30 Spraying Systems Co Electrolytic cartridge, systems and methods of using same
AR106068A1 (es) 2015-09-25 2017-12-06 Akzo Nobel Chemicals Int Bv Electrodo y proceso para su manufactura
AR106069A1 (es) 2015-09-25 2017-12-06 Akzo Nobel Chemicals Int Bv Electrodo y proceso para su manufactura
US10597313B2 (en) 2017-02-16 2020-03-24 Saudi Arabian Oil Company Chlorination-assisted coagulation processes for water purification
MA50623A (fr) 2017-10-05 2020-08-12 Electrosea Llc Système de production de biocide électrolytique pour utilisation à bord d'une embarcation
US11668017B2 (en) 2018-07-30 2023-06-06 Water Star, Inc. Current reversal tolerant multilayer material, method of making the same, use as an electrode, and use in electrochemical processes
CN113365911A (zh) 2019-02-11 2021-09-07 伊莱克崔西有限公司 用于船只上的具有改装特征的自处理式电解杀生物剂产生系统
EP3953308A1 (en) 2019-04-09 2022-02-16 Electrosea LLC Electrolytic biocide-generating unit
KR102214152B1 (ko) * 2019-04-29 2021-02-09 포항공과대학교 산학협력단 선박평형수 처리시설의 부식방지를 위한 고선택성 M/Ru 염소 발생반응 촉매
CN111020620B (zh) * 2019-12-25 2022-01-14 苏州希克曼物联技术有限公司 一种在线自清洁次氯酸钠合成系统
CN111397658B (zh) * 2020-03-27 2021-12-17 宁波市思虎电子科技有限公司 一种氯化器电极保护方法及保护装置
CN112195482B (zh) * 2020-10-15 2023-05-16 昆明冶金研究院有限公司 一种复合钛阳极板及其制备方法
US20220195612A1 (en) * 2020-12-22 2022-06-23 De Nora Tech, Llc Electrolyser for electrochlorination processes and a self-cleaning electrochlorination system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4070504A (en) * 1968-10-29 1978-01-24 Diamond Shamrock Technologies, S.A. Method of producing a valve metal electrode with valve metal oxide semi-conductor face and methods of manufacture and use
WO1983003265A1 (en) * 1982-03-11 1983-09-29 Engelhard Corp PROMOTION OF Pt-Ir CATALYTIC ELECTRODES WITH LEAD, TANTALUM, RUTHENIUM AND OXYGEN
US5587058A (en) * 1995-09-21 1996-12-24 Karpov Institute Of Physical Chemicstry Electrode and method of preparation thereof
US6103093A (en) * 1997-09-17 2000-08-15 De Nora S.P.A. Anode for oxygen evolution in electrolytes containing manganese and fluorides
WO2010055065A1 (en) * 2008-11-12 2010-05-20 Industrie De Nora S.P.A. Electrode for electrolysis cell

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4426262A (en) * 1982-04-29 1984-01-17 Engelhard Corporation Promotion of Pt-Ir catalytic electrodes with lead, tantalum, ruthenium and oxygen
LU88516A1 (de) * 1993-07-21 1996-02-01 Furukawa Electric Co Ltd Sauerstoff erzeugende Elektrode und Verfahren dieselbe herzustellen
JP2768904B2 (ja) * 1993-07-21 1998-06-25 古河電気工業株式会社 酸素発生用電極
JP2925938B2 (ja) * 1994-04-04 1999-07-28 古河電気工業株式会社 酸素発生用電極とその製造方法
JP3483494B2 (ja) * 1998-03-31 2004-01-06 キヤノン株式会社 真空処理装置および真空処理方法、並びに該方法によって作成される電子写真感光体
JP2931812B1 (ja) * 1998-04-24 1999-08-09 ティーディーケイ株式会社 電解用電極およびその製造方法
US6217729B1 (en) * 1999-04-08 2001-04-17 United States Filter Corporation Anode formulation and methods of manufacture
US20020139689A1 (en) * 2001-02-01 2002-10-03 Vadim Zolotarsky Electrode coating and method of use in a reverse polarity electrolytic cell
ITMI20020535A1 (it) * 2002-03-14 2003-09-15 De Nora Elettrodi Spa Anodo per sviluppo di ossigeno e relativo substrato
US7566389B2 (en) * 2003-10-08 2009-07-28 Akzo Nobel N.V. Electrode
AU2004323018B2 (en) * 2004-09-01 2011-09-15 Eltech Systems Corporation Pd-containing coating for low chlorine overvoltage
KR100849618B1 (ko) * 2007-02-26 2008-08-01 한국돌기 주식회사 제어된 잔류 염소의 함량을 갖는 살균력이 높은 무취생리식염수의 제조 장치 및 그 제조 방법
ITMI20101100A1 (it) * 2010-06-17 2011-12-18 Industrie De Nora Spa Sistema per la generazione elettrochimica di ipoclorito

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4070504A (en) * 1968-10-29 1978-01-24 Diamond Shamrock Technologies, S.A. Method of producing a valve metal electrode with valve metal oxide semi-conductor face and methods of manufacture and use
WO1983003265A1 (en) * 1982-03-11 1983-09-29 Engelhard Corp PROMOTION OF Pt-Ir CATALYTIC ELECTRODES WITH LEAD, TANTALUM, RUTHENIUM AND OXYGEN
US5587058A (en) * 1995-09-21 1996-12-24 Karpov Institute Of Physical Chemicstry Electrode and method of preparation thereof
US6103093A (en) * 1997-09-17 2000-08-15 De Nora S.P.A. Anode for oxygen evolution in electrolytes containing manganese and fluorides
WO2010055065A1 (en) * 2008-11-12 2010-05-20 Industrie De Nora S.P.A. Electrode for electrolysis cell

Also Published As

Publication number Publication date
CL2012003156A1 (es) 2013-03-22
US20130087450A1 (en) 2013-04-11
US20180187318A1 (en) 2018-07-05
IL222674A (en) 2016-02-29
EA201291193A1 (ru) 2013-04-30
BR112012031909A2 (pt) 2016-11-16
JP5777707B2 (ja) 2015-09-09
MX2012013059A (es) 2013-03-18
TW201200636A (en) 2012-01-01
AU2011266999A1 (en) 2012-11-08
IL222674A0 (en) 2012-12-31
TWI540225B (zh) 2016-07-01
EP2582860B1 (en) 2017-05-17
BR112012031909B1 (pt) 2020-01-21
CN102918184B (zh) 2015-08-05
EP2582860A1 (en) 2013-04-24
ES2632759T3 (es) 2017-09-15
AU2011266999B2 (en) 2014-07-03
ITMI20101098A1 (it) 2011-12-18
CN102918184A (zh) 2013-02-06
KR101769279B1 (ko) 2017-08-18
WO2011157811A1 (en) 2011-12-22
KR20130095247A (ko) 2013-08-27
HK1181430A1 (zh) 2013-11-08
JP2013533925A (ja) 2013-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA025368B1 (ru) Электрод для электрохлорирования
US8007643B2 (en) Anode for electrolysis
CA2958328C (en) Electrode for electrochlorination processes and method of manufacturing thereof
JP4975271B2 (ja) 電解的水処理電極
CN111670268A (zh) 用于电解氯化工艺的电极
US20020139689A1 (en) Electrode coating and method of use in a reverse polarity electrolytic cell
US8075751B2 (en) Water chlorinator having dual functioning electrodes
JP5105406B2 (ja) 逆電解用電極
JP4793086B2 (ja) 酸素発生用電極
IL303788A (en) Electrolaser for electrochlorination processes and electrochlorination system for self-cleaning
US20220195612A1 (en) Electrolyser for electrochlorination processes and a self-cleaning electrochlorination system
JP3724096B2 (ja) 酸素発生用電極とその製造方法
US4250003A (en) Process for the electrolytic preparation of alkali metal chlorates

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM