TW201000678A - Electrolysis cell for the electrolysis of hydrogen chloride - Google Patents

Description

201000678 、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用於氯化氫電解的裝置，其中包含 以氮摻雜碳奈米管（NCTs)為基礎的一耗氧性氣體 (oxygen-consuming gas)擴散電極。 【先前技術】 在化學工業中大量的氯化氫水溶液被獲得。這種情況 在芳香族和脂肪族之異氰酸酯製造中尤其明顯。在產業裡 從含有氯化氫的溶液中回收氣的方式通常是以氯化氫的電 解來加以達成。為了減少能源成本，例如耗氧性氣體擴散 電極常被使用在陰極端。 此類耗氧性氣體擴散電極經常使用觸媒以減少所需電 池電壓。在許多情況裡這些觸媒係包括高貴金屬、高 屬鹽類或高貴金屬化合物，例如，鉑或铑，因此誃二= 的價格一般都比較昂貴。 、 ’、 US 6，149,782揭露-種含有硫化雖咏)的觸鲜 用，可減少氧的消耗。如果與一結合劑 用係適當的，該觸媒可應用於— 起使 電壓應用的氧還原。錢為稀有 以硬化錢為基礎之電極的另_項缺點5 4缺點。 在陰極端用於氧還廣的選擇性降低： 產品的形式發生。此限制了產業上可達到的電= 201000678 度，因為惟有充分的電流密度，在電極上的氧還原才能夠 以可靠的方式執行。 在US 7,074,306裡，將鉑加入硫化铑，此缺點被降低。 依據該揭露，即使在高電流密度下，使用此方式，氧氣流 束中氫的累積可被防止。但是，其所使用的電極將如同二 述般具有經濟上昂貴的缺點，因為紐與㈣結合 ㈤ 加電極的價格。 曰 、US 2006/0249380揭露更適當的物質，其在氯化氫水溶 液電解中被當作觸媒材料來應用。除了上述昂貴金屬、铑 和鉑i銥、鍊、釕和鈀，它們硫化物和氧化物以及混合相'， 特別是與師/或轉被揭露為可能的催化活性材料。並产

有揭露出來其不以高責或過渡金屬為基礎之材料混合= 催化效果。 J 使用此類南貴金屬觸媒同時具有若干缺點：在氣化 電解中的電減作_，崎無法有效防止㈣與陰極^ 的氯和/或鹽酸的接觸，並且，上述㈣與氣和 所形成的鹽，從電極材料上溶解。隨著操作時間的:; 加’電極效此將因此下降’由於觸媒材料的 命將受到限制。 ^ WO 2005/G35 841 _露—種在傳導性表面造氮 碳奈米管的製程’其巾1氮摻雜碳奈米Η直接從 相沈積而A &所形戍的電極可被使用於電·、、也 中氧的還原。該揭露的氮接雜碳奈米管克服了將高價之^ 貴或過渡金屬作為觸媒的需要。 内 201000678 在沈積材料的層厚度中僅有一有限的變化可以實現直 接沈積該等氮摻雜碳奈米管在料材㈣表面。可以預期 該等沈積㈣雜碳奈米管的—低層厚度。錢化氫的電 解通過5亥薄膜部为氯的成漏從陽極端到陰極端會經常發 生無法被預防U該領域之通f知識者所習知。此氯通常 在陰極端再次機錢化物。t催化地（eleetmeat_tica办） 活化層太薄，如依據WO 2005/035841揭露所得到的，是不 利於在此技術上制，因為腐雜攻擊（e咖_扣滅） 在該材料位於該催化層為不可忽'視的。而且，不可能提供 足夠數量的活性部位用於該預期反應在—薄催化層上，以 致於工業上作業在高電流密度中是不可能的。此外，W0 2005/035841並無揭露任何適當的安排連同一反向電極（陽 極）（counterelectrode )’該反向電級能夠使用於氣化氫的電 解。 【發明内容】 緣=本發明的目的在於提供—種用於氣化氫電解的 在置八已括.一耗氧性氣體擴散電極，其大部分或々 省掉高價昂責和/或過渡金屬的使用；和觸媒材料， 操作時不會消耗掉且^；會不仙；料知材料相比，、 置在電極對於氧還原具有增加的選擇性。 t =^驚_發_本發明之—種用於氣化氫電解的 哀置在八有下列特徵下可達成上述目的，豆 括：一電極室，生目士 A衣置包 ()…、有一琶極⑴，該電極⑴具有〜極芯 (叫’_如社之—膜層（115)具有至少—_的氮捧雜 201000678 應器（S)，

碳奈米管(XTr^Trr-、· σ 極室（Α)和 裝置（S)， 特別地，本發明提供— 氳溶液之電解的裝置，該裝 圍在10_25重量％之間的鹽 —陰極（1)的一電極室（ (B) ’其中，該電極室（A)和 膜(M)所隔開，以及該等電才 袅）^J袭極忍（1 β之上的一臈層（1 b)包括至少一比例的氮 ^雜奴示米管’以及’如果適當的話’在極芯（la)和膜層（lb) 之間的一咐加層（lc) (furtherlayer)被應用，其中，該氮摻 雜碳奈米營具有含氮的官能基。 、&依據本發明所使用具有含氮官能基的碳奈米管將同時 以氮摻雜嗖奈米管簡稱之。 、壯該虞复一較佳具體實施例之特徵為：電極室(A)(陰極室） 備有用於+氧氣的—電解質水溶液或狀空氣或含氧 氣體的一輪入管線。 5亥電核室（B)較佳地被裝備有用於鹽酸或含氯化氫氣 體的一輸入管線(4)。 太、，ΐ裝置一特別較佳具體實施例之特徵在於該氣摻雜碳 奈米管係以下列製程製造： a·從〉谷劑（L)中至少一金屬（M)的一金屬鹽類（MS)溶 201000678 液裡析出至少一個金屬（Μ)，以產出含金屬之一固態懸 浮體(S); b·從該固態懸浮體(S)分離該固體(F)，以及該固體的適 當後處理以得到一金屬觸媒(K); c. 將該金屬觸媒(K)導入一流體化床； d. 至少一含氮碳化合物當作起始材料(E1)的反應，或至 少兩個起始材料(E 2，E 2，）的反應，其中該至少一個起始材料 包括一碳化合物和至少一個起始材料包括一氮化合物，在 該流體化床内、該金屬觸媒（K)上及高溫下，特別是至少 300 C，在氫氣或含氫化合物存在下形成氮摻雜碳奈米管 (NCNTs);和 e·將該氮摻雜碳奈米管(NCNTs)從該流體化床中排出。 此類‘程同時也已經説明在迄今尚未公開的德國專 利申請號碼DE 1〇 2007 062 421.4當中。 用於製造該氮摻雜碳奈米管的觸媒是以錳、鈷、Al2〇3 和Mg〇為基礎，其中，Μη存在的質量比例為2到65%之 間，鈷存在的質量比例為2到80%之間，Α12〇3的存在質量 比例為5到75%之間’以及MgO的存在質量比例為5到 70%之間。 §亥裝置一較佳具體實施例之特徵在於：該陰極（1)係電 氣連接於一電流分配器，該電流分配器係以包含銅、石墨、 欽、含有，貴金屬欽合金，特別是TiPd及鎳合金，例如，

Hastelloy®和Inc〇u〇y®等清單中所選取的一種或多種材料 所構成。 201000678 在該裝置一特別較佳具體實施例當中，該膜層（η)包含 一結合劑，特別是以含氟聚合物的一結合劑，較佳地，是 以PTFE為基礎。 給予一裝置非常特別偏好的是該裝置之特徵為：該膜 層（lb)包含至少10重量％氮摻雜碳奈米管一比例，較佳地 至少為20重量％，更佳地至少為4〇重量％，最佳地至少 為60重量％。 該氮摻雜碳奈米管具有至少、重量％的氮比例，較佳 地至少3重量％，更佳地至少5重量％。 該膜層⑽之該厚度係不超過2〇〇/m，較佳地從“江 到 150//m ’ 更佳地從 10//ιη 到 loovm。 該離子傳導性薄膜(M)，較佳料1合物薄膜 地係以聚全氟磺酸膜為基礎的一聚合物薄膜。 、 土 在5亥裝置一特別變例當中，離子傳導上 極（1)的膜層（lb)係為直接接觸。 ’/’、（）和該陰 在該裝置另一特別變例當中，一層 在極芯（la)和膜層（lb)之間表現為—附加屌政膜層（lc) 更佳地包含至少-個電氣傳導性材料，“f附加層(1C) 以及一疏水材料，特別是ptfe。 疋石墨材料， 本奴明同時提供一種依據本發明 電解製程。 、置所執行的氯化氫 電極室(A)可充填一電解質溶液，哕 有氧或含有氣體。電極室⑷較佳地係填解質溶液包含溶 特別偏好的是將崎或氧/线混合餘錢氣體。所 月1〗入電極室（A)當中。 8 201000678 由氯化氫所構成的—電解質 一氣體通常係存在於電極室錢由减氧所構成的 溶气上下文當中’電解質溶液係-種溶液，直 係由至少不同於#、邮+和泥·之離ϊ 的每單位料性。j 4純水比較，它們具有較高 溶、為 _ 不，、限制性的範例為：NaC卜MgCl2水 H Sn、'且同時可為可溶於水或與水溶混的酸類，例如， Ηβ04、HC1 等等。 依據本發明之陰極⑴極芯⑽通常是以一棍棒、一平 網紗.、—網物、—不織布或-織布的形式來使用。 士果陰極（1)極芯（la)以一棍棒或一平板之形式來被使 ，則該極芯（la)可為多孔性或非孔性。 4陰極（1)極芯（la)較佳地具有一網紗、網物、不 或織布等形式。 1 依據本發明陰極（1)極芯（la)通常係由一電氣傳導性材 斤構成，5亥電軋傳導性材料較佳地對於由氯化氫所構成 勺電解質溶液具有化學上的穩定性。 〜在本發明的上下文當中，語句，，化學上的穩定性，，係指 柯料在該裝置操作條件下並不與環繞其四周之由氯化氫 所構成的電解質溶液產生任何化學反應。 較佳的具有電氣傳導性且化學上穩定的材料是碳黑、 石墨或有塗佈之金屬。至於金屬，其同樣可以使用，例如， ^或欽合金或特殊金屬合金，例如，精於此項技藝所普遍 熱知的品牌：Hstelloy®和 lnc〇i1〇y®。 201000678 名單I=陰極極心（la)特別較佳的材料可從下列材料 广.石1、鈦、鈦合金和特殊金屬合金，例如， Hastelloy 和 Incolloy。 明更進*較佳發展裡，陰極⑴極芯（la)可同 ,佈極心)。可能的塗佈極芯（1〇係包括上述極 —。2佈其中4塗佈係—傳導性過渡金屬氧化物或 :具有原子序21至3〇之過渡金屬和/或具有原子序％ =之過渡金屬和/或具有原子序57_之過渡金屬的過 二金屬混合氧化物。銥和核和/或鈦係過渡金屬中的較佳 者0 通系’依據本發明的膜層（lb)所具有的厚度範圍在1〇 伙到3mm之間。膜層（lb)較佳地具有從30# m到1mm 季已圍間的厚度。 ，據本發明的膜層（lb)不僅可由適#比例的氮掺雜碳 二二g (NCNTs)所構成’同時也可由至少—比例的結合劑成 二所構成’並且，如果合宜’亦可由至少一比例的至少一 i屬所構成。該膜層（lb)較佳地且額外地包括至少一比例的 結合劑。 一該結合劑可為親水性或疏水性，並且通常是化學上具 ‘疋陵及結合劑通常是一聚合物，例如，一諸如聚四氟 匕烯的王氟化合物向分子。較佳的是使用諸如聚全氟石黃酸 -曰的貝子傳導性聚合物，例如，由Dup〇nt所產銷的Nafi〇n® 聚合物。 該氮摻雜碳奈米管(NCNTS)可當作一膜層或一支撐以 201000678 存在於膜層當中。如果該氮摻雜碳奈米管(NCNTs)係當作一 支撐來使用，較佳地，該支撐具有一較高的單位表面積， 例如，微細分隔的石墨、活性炭、碳黑等等。 通常，在陰極（1)膜層（lb)中的氮摻雜碳奈米管(NCNTs) 的成分胃比例至少為20重量％。較佳地，成分比例至少為 40重1%，特別較佳的是成分比例至少為50重量％。 依據本發明的氮掺雜碳奈米管通常是包括含氮之成分 少^ 1重量％的竣奈米f。較佳地，該氮摻雜碳奈 有至少3重量％成分比例的氡，特別較佳地，含有 至^ 5重量％成分比例的氮。 越低成分比例的氮將導致更大的電 =力’以操作該裝置。越多的電力消耗表= ^如果該膜層（lb)包括成分的至少—該全 书是下列金屬單所選取的一金屬：铑、 , $日銀、鍊、釘和 ··、匕們的硫化物、氧化物以及混合冲目，特 硒的混合。較佳的是釕和硒的化合 別 、，/ lt(Rhl7S15)〇 特_佳的是硫化 依據本發明的陽極⑺可由欽或欽 鈦如並且可被塗佈。如果該 =構成，例如， 佈一混人4彳卜物 皮主佈，其較佳地塗 Μ ^ 氣化物係由#了、# Μ ϋ % 多種金屬所構成。特別較佳地，矛鈦寻種或 鈦氧化物的混合，或釕氧化物 物^括釕氧化物和 合。 礼化物和鈦氧化物的混 11 201000678 依據本發明的陽極(2) 碳材料所構成。較佳的是石黑電=石=和诸如鑽石的其它 管、硼摻雜鑽石，特別較 二乱或虱摻雜咴奈来 在石銜氧化，或者在氧化物，例如， 依據本發明的陽極(2)的通常“ ^錢中活化。 網紗或網物。如果該;棍棒、〜 ='屬於，或網物形式。特別較佳：¾ 依據本發明的該離子 =膜所構成。較佳的聚合物薄：二二由~聚合

If知悉的陽離子交換薄膜此集合性二2技勢人士所 a物溥膜。較佳的薄 3所3括的所 常特別較佳地小於25〇鋒。乂佳地小於4〇〇_，非 該離子傳導性薄膜具有 力阻抗的減少，使得裝置 又的、寸別有利的，因為電 ^薄膜厚度的減少通常關係到==電麼可因而被減 =性的增加，也因為如此效益:：二::傳導 、後面的陰極⑴暴露於氯當中于於離子傳導性薄 蝕。但是，因為本發明裝置係 可能將導致陰極的腐 手、由-包括NCNTs的膜層〇b) 201000678 所構成，而該膜層（lb)對於氯係具有化學上 以’在-相當低電池電壓下，該氯的滲透係可容所 該電源供應裝置（S)通常係處於操作情况° 、、。 ⑴形成該陰極，而陽極(2)形成該陽極。 ，以陰極 結果，氣形成於電極室（Β)當中，而氧在 原為水。 甘屬極至（Α)中還 在本發明裝置的一較佳更進一步發展當 導性薄膜⑽直接期為㈣由陰極⑴氮摻;傳 所構成之膜層。 火不水官（lb) 此更進一步發展係有利的，因為一充分減 途徑的-體成型陰極可因此而產生，使得上丄： 因而特別有效率。 上的轉換 在^明的特別較佳更進—步發展#中，—附加層 係¥入3有虱摻雜碳奈米管的膜層（lb)和陰極（1)極# 之間，同時，該離子傳導性薄膜(M)係直接應用為該含有 摻雜碳奈米管的膜層（lb)。 火 依據此才寸別較佳更進—步發展，該附加層⑽通常係由 :網紗或織布和/或—濾材所構成。該網紗或織布通常係由 具有上述疋義之化學上穩定性的材料所製成。較佳的是 2布係由碳所構成’特別較佳的是石墨碳。該遽材通常 1人如使用在本發明膜層（lb)的結合劑所構成，並且，如 ^宜，碳奈米管是較佳的。該濾材較佳地係由 一依據本 二膜層（lb)所使用的結合劑和碳奈米管所構成。在一附加 S ic)中特別較佳碳奈米管是氮摻雜唆奈米管(NCNTs)。 13 201000678 。依據本發明的該等氣體擴散電極（同時稱作耗氧性電 有低材料成本和高選擇性(在高電流密度下不會形成 寺徵。此外’由腐蝕介質（氯化氫和/或氯)對高貴金屬 或冋貝，屬化合物形成溶解的可能問題也不會發生。 由su參雜碳奈米管（NCNTs)所構成的本發明電化電池 可使用於氯化氫之電解。 田使用於氯化氫的電解時，該裝置通常使用在具有 至10 mol/l遭度的氯化氫水溶液當中，較佳地，從 3mol/l。至6m〇1/卜操作溫度係介於〇_期。^間，較佳地， 20'12(TC之間’非常較佳地係4〇_9『c之間。然而，氯化氮 電^同時可以氣相進行’亦即，氯化氫在具有或不具有水 的情況下以氣態給進。 本發明的聚置和此裝置中的製程將藉由圖式和範例說 月下仁疋°亥等圖式和範例並不構成本發明概念的限制。 【實施方式】 範例： 範例1 :依據本發明之電化電池 圖1表不依據本發明之一電化電池。其包括一陰極⑴ 和-陽極(2)，該等電極(1,2)係透過1力電流和電壓供應 裝置⑻彼此作電氣傳導性連接。該等電極室(A # B)係由-薄膜⑽(Nafion⑧)所分隔。一永遠為氧所飽和並含有\重 i%Hci之鹽酸水溶液係、存在於該陰極室⑷，另—方面， 14 201000678 含有20重量％HC1的氯化氫水溶液係存在陽極室⑻。 圍繞該陰極（1)銅製極芯（la)存有一膜層（lb)，該膜層 (1 b)係由每4g氮摻雜碳奈米# (NCNTs)即有1 g Nafi〇n<g)之混 。物所組成，其總負載為9.8 g/mk NCNTs。該膜層係由 5% Nafi〇n⑧強度之異丙醇溶液的喷灑與乾燥所產生，其 中’在该異槐溶液巾冑NCNTs分散。最後，—沒有NCNTs 的異丙醇Naficm®被噴灑上去並乾燥。此時所產生的負載為 ^Og/^i ^Nafion®。該氮摻雜碳奈米管具有4 28重量％的 氮3里。5亥氮摻雜碳奈米管的生產說明，請參考迄今尚未 公開的德國專利申請號碼DE 10 2007 062 421.4文中的範例 該陽極(2)係由多孔性石墨所構成。 範例2 :該電化電池更進一步發展 在圖2當中 nvnMsjf. 伋據本發明的更進一步發展，該薄膜 巧；人糸直接應用於陰極⑴的膜層（ib)。該膜層⑽ i 劑的Nafi01^和一定成分的氮摻雜碳奈米 官。該亂摻雜碳太伞总θ丄_ 室⑷係開放於大ϋ:有4·28重量％的氮成分。該陰極 所示裝置的所有性因此，充滿大氣空氣。圖2範例 『生貝係相對於圖丨所示的範例i裝置性質。 範例3:該電化電池較佳更進-步發展 15 201000678 圖3所表示的一陰極具有如範例2所說明的結構，但 是該陰極附加一附加層（lc)(氣體擴散膜層）。分別具有不同 NCNT負載9.8 g/m2和14.7g/m、兩陰極被使用。該附加 層係由一含有石墨碳（來自Ballard)的織布所構成，藉由一 凹版印刷滾筒塗佈製程，—含有乙炔t(Shawinigan mack; 來自fPChem)和PTFE的墨水在含有石墨碳織布的兩側進 ，了若干次的塗佈。在每次塗佈墨水之後，該塗佈被乾燥， 最後總膜層（lc)以340°C的溫度鍛燒。該陽極（2)係由一鈦一 鈀合金(TiPd0.2)所構成，其形式為一擴展金屬塗佈著釘-欽 ，合金屬氧化物。甚者，該陰極室(A)被構型，使得氣體可 ‘入陰極月至，並且，氣體連同任何以液體存在的獲得反 應產物可從電池的底部排出。 範例4 :在一依據本發明裝置當中的Ηα電解 胃圖4表示從本發明之電池中的氣化氫產生氣時的電池 电壓與電流密度間之函數關係（參考圖3，範例3)。 陽極(2)表面和薄膜(M)間的液體充滿間隙為2 5匪。陽 極和陰極在每一案例的活性電極面積為1〇〇cm2，使用薄膜 屬於Flemion®l33類型。氧氣(>99%)係以3倍的多餘化學 計量（以5kA/m2電流密度為基礎）導入壓力為大氣壓力〇_1〇 mbar以上的陰極室當中，然後與在陰極形成的水之凝結物 一起從底部排出。排出氧氣流束的純度係由一氫氣感測器 所I控(敏感度為氫濃度5ppm以上）。強度為14%技術等級 16 201000678 的鹽酸給進陽極室（B)。在陽極室（B)中的電解質溶液藉由— 循環泵的抽動而循環，同時，在電解中所消耗的鹽^因為 一強度為30%技術等級鹽酸的導入而被取代。所以陽極室 中的鹽酸強度始終維持在14%(+/_1%)。電池和電解質溫度 保持在6(TC定值。形成於陽極室的氯藉由—液柱產生一相 對於陰極室200 mbar的表壓。 陰極的該等膜層（lb，ie)並不包含任何高貴屬 =陽，⑵職時，氧還原個發生於沒有高貴金屬的陰 在L度向達9 kA/m2白勺整個量測過程裡，從電池排 ，流束裡並沒㈣剩任何氫。域的製造係在157 二' 5 kA/m2 ^度' 4天的操作期間以及沒有 毛現而要增加電池電壓等情況下執行。 【圖式簡單說明】 圖1表示—依據本發明之電化電池。 發展圖2衫依據本發明之該電化電池的—較佳更進—步 -步^表示依據本發明之該電化電池的—特別較佳更進 參考Ξ 本發明之電池的氣化氫中產生氯(請 中=用電(υ)與電流密度㈧間之函數關係，其 細賴1b係 的NCNT)。 未陰極面積具有14.7和9.8克 圖5表示-依據本發明之HC1電解的範例4中所使用 201000678 的量測配置。此量測配置係包括一依據本發明的電化電 池，該電化電池具有—陰極（1)、一陽極(2)和相關的電極^ (A, Β) β亥專笔極至（a，b)係彼此為被一離子傳導性薄膜(μ) 所隔開。該陰極(1)和陽極(2)係電傳導地連接至一電源供應 裝置(S) ’該電源供應裝置(S)包括一電流源(I)和一具顯示的 電壓源(U) ’後兩者係平行連接。 ^ "該包含陰極（1)的電極室（A)透過一輸入管線(3)被供應 氧氣(〇2)，該氧氣可透過一氣體吸收裝置（G〇)而被純化或以 水飽和。 _。亥私極至（A)同樣被裝備有一排放管線(3，），用於陰極（1) 氧氣电化還原產物和多餘水的排放，該多餘水係以一氣/液 混，，形式給進一凝結器（κ)，該氣/液混合物包括水（蒸氣） 氣（同時也可能是氫氣）。為了監測任何氫氣的形成，一 氫，1測裝置（CH)係安裝在一位於凝結器上方之用於此 乱亂(¾)的一安全出口當中。在試驗中，此氫氣量測裝置 ，監現，電源供應裝置（S)的電流和/或電壓可當作一被指示 量測值的函數來調整。一包含水(H2〇)的液體從凝結器 提出。 δ亥包含陽極(2)的電極室（B)透過一經過加熱裝置(H)的 $進管線(4)被裝備有鹽酸，該鹽酸係藉由一儀表計量泵(P2) =一儲槽(HC1)和/或經由一再循環流束(4a)給進，該再循環 流束(4a)係藉由一循環泵(p])從電極室（B)出來的輸出管線 (4 )之一分支所岔流形成。該再循環流束(4勾可藉由一調整 值(V)的適當設定與透過一旁通流束(4a，)作額外地調整。另 18 201000678 一基本上包含氯或者可能是氯化氫的副流束(4b)可從上述 的分支點獲得，該副流束(4b)給進一包含一第一和一第二氣 體吸收裝置(Gl5 G2)的氣體吸收單元(G)。氣態氯(Cl2)和一含 水低濃度鹽酸(H C Γ)從該氣體吸收單元(G)的第二氣體吸收 裝置(G2)提出。 【主要元件符號說明】 A, B ; 電極室 U 電池電壓、電壓 A 陰極室 源 B 陽極室 V 調整值 Ch 氫氣量測裝置 1 陰極 G 氣體吸收單元 la 極芯 Gi, G2第一和第二氣 lb 膜層 體吸收裝置 lc 附加層（氣體擴 G〇 氣體吸收裝置 散膜層） H 加熱裝置 2 陽極 I 電流源 3 輸入管線 K 凝結器 3， 排放管線 M 薄膜 4 給進管線 Pi 循環泵 4a 再循環流束 p2 儀表計量泵 4， 輸出管線 s 電源供應裝置 4a， 旁通流束 4b 副流束 19

Claims (1)

1. 201000678 七、申請專利範圍： 1.種用於氣化SL氣體或含古备、、 用於具有HC1濃度在10/2 液之電解的裝置，尤其是 置，該裝置具有一陰極（ηή/ι 1%之間的鹽酸之電解的裝 -電極室(Β)，其中電極、j至⑷和具有—陽極(2)的另 薄膜(M)所隔開，以及該馨 电極至（B)為被一離子傳導性 電源供應器⑻’特徵為該二二2):二電:傳導性連接於- 〇a) ^ 雜碳奈米管，以及，如果適者 至乂—比例的氮摻 間的另一膜被;° 極芯（la)和膜層（lb)之 的官能基 其中，該氮摻雜碳奈米管具有含氣 專利範圍第1項之裝置，其特徵在於電極室㈧配備 輸入管的一電解質水溶液或用於空氣或含氧氣體的一 W據申請專職圍第丨項或第2項之裝置，其特徵在於該電極 至（）配備有用於鹽酸或含氣化氫氣體的—輸入管線(4)。 =據前述申請專利腳任何—狀裝置，其特徵纽該等具有 3氦族群的碳奈米管係以下列製程製造： .=/谷齊KL)中至少-金屬（M)的一金屬鹽類(MS)溶液裡析 出至少一個金屬（M)，以產出含金屬（M)之一固態懸 (S); 20 201000678 錢⑦體⑻分離制體(F)，以及制體的適卷後户 理以付到一金屬觸媒(κ); 田後處 c.將該金屬觸媒(κ)導入一流體化床； 含氮碳化合物當作起始材料(ει)的反應，戋至少 :碳化合物和至少-個起始材料包括-氮上It; 二床二，觸媒(κ)上及高溫下，特別是至少3〇二 =)或=化合物存在下形成氮換雜碳奈米管 e.將該氮摻雜碳奈米管(NCNTs)從該流體化床中排出。 tilt專圍第4項之裝置，其特徵在於該觸媒是以猛、 為基礎，其中塗存在的質量比例為2到 存在^比^㈣量比㈣2到8〇%之間，三氧化二㈣ 為5到^=^75%之間’以及氧化鎮的存在質量比例 6·极據前述申請專利範圍任何一項之裝置，JL特符 二柳--電氣導電網紗、網物、不 專1㈣任何-項之裝置，其特徵在於該陰極⑴ 流分配器，該電流分配器係以包含銅、石 ' 3有鬲責金屬鈦合金，特別是TiPd及鎳合金， 21 201000678 Hastelloy®和Incolloy®等清單中所選取的一種或多種材料所構 成。 8. 根據前述申請專利範圍任何一項之裝置，其特徵在於該膜層 (lb)包含一結合劑，特別是以含氟聚合物為基礎的一結合劑， 較佳地，是以PTFE為基礎。 9. 根據前述申請專利範圍任何一項之裝置，其特徵在於該膜層 (lb)包含至少10重量％氮推雜碳奈米管的一比例，較佳地至 少為20重量％，更佳地至少為40重量％，最佳地至少為60 重量％。 10. 根據前述申請專利範圍任何一項之裝置，其特徵在於該氮摻 雜碳奈米管具有至少1重量％的氮比例，較佳地至少3重量 %，更佳地至少5重量％。 11. 根據前述申請專利範圍任何一項之裝置，其特徵在於該膜層 (1 b)之該厚度係不超過200 // m，較佳地從1 // m到150 // m， 更佳地從10 # m到100 // m。 12. 根據前述申請專利範圍任何一項之裝置，其特徵在於該離子 傳導性薄膜(Μ)為一聚合物薄膜 13. 根據申請專利範圍第12項之裝置，其特徵在於該聚合物薄膜 22 201000678 係以聚全氟磺酸膜為基礎。 14. 根據前述申請專利範圍任何一項之裝置，其特徵在於該離子 傳導性薄膜(M)和該陰極（1)的該膜層（lb)係為直接接觸。 15. 根據前述申請專利範圍任何一項之裝置，其特徵在於一附加 層（lc)存在該極芯（la)和該膜層（lb)之間。 16. 根據前述申請專利範圍任何一項之裝置，其特徵在於該附加 層（lc)包含至少一個電氣傳導性材料，特別是石墨材料，以及 一疏水材料，特別是PTFE。 17. —種用於氯化氫之電解的方法，其係於根據申請專利範圍第 1至16項中任何一項之裝置中實施。 23