《無機(jī)物電解工業(yè)》ppt課件-預(yù)覽頁
【正文】 氯堿工業(yè)迅猛發(fā)展，這一方面是由于科學(xué)技術(shù)的革新，另外也是由于經(jīng)濟(jì)上的節(jié)能要求和社會上的防止污染、環(huán)境保護(hù)安全標(biāo)準(zhǔn)的提高。 傳統(tǒng)氯堿工業(yè)的電化學(xué)系統(tǒng)是：陰極為鐵絲網(wǎng)，陽極為石墨，并以石棉隔膜將陽極區(qū)和陰極區(qū)分隔，防止兩極產(chǎn)物的混合。E ＝－ ? 陰極液組成中 ， NaOH為 100gg? 目前采用的陰極低碳鋼材料上涂鍍有鎳或其他催化劑，使析氫超電勢 η由 ~。=。 ＝ ? 4OHEdm3)， 其活度因子為 (Cl2十 2e→ 2C1)=， m2時(shí)， η(O2)＝ (O2十 2H2O十 4 ? 提高 Cl的濃度，降低 OH的濃度，還可以減少 Cl2的溶解度。? 從圖可見，當(dāng)電流密度足以使電位超過氯的平衡電位時(shí)，氯便會同氧一起析出。工業(yè)上采用的電流密度一般在 400700A Fe(OH)? Na+過量。? 1.Cl2j?＝ ? 陰極： → j?＝ ? 理論分解電壓： 2NaCl2NaOHH2隔膜電解槽某型金屬陽極隔膜電解槽隔膜電解槽? 電解槽由槽體、陽極和陰極組成，多數(shù)用隔膜將陽極室和陰極室隔開。隔膜電解槽? 陽極材料的選擇 ? 由于陽極室有氯氣、新生態(tài)氧、鹽酸和次氯酸等存在，故要求陽極材料具有很高的耐腐蝕性，同時(shí)要右較低的氯超電勢、較高的氧超電勢及良好的導(dǎo)電性和機(jī)械加工性能。其壽命約 6個(gè)月。RuO2和TiO2催化劑的形穩(wěn)陽極 (DSA)， 代替了已使用半個(gè)世紀(jì)的石墨陽極，使析氯超電勢由 — V降低到 ， 下降了 90％。? 眾所周知，氯堿工業(yè)生產(chǎn)最基本的化工產(chǎn)品，是用電量很高的產(chǎn)業(yè)部門， DSA陽極的問世給氯堿工業(yè)帶來了很大的變化，現(xiàn)在絕大部分石墨陽極已被 DSA陽極取代。? 為了克服 RuO2晶體與 Ti基體結(jié)合不牢的缺點(diǎn)，將 電板是具有形狀穩(wěn)定且耐蝕、導(dǎo)電性能好、壽命長的新型金屬陽極 ,其壽命可達(dá) 10年以上。? 在水溶液電解槽中，陰極一般產(chǎn)生析氫反應(yīng)，過電位較高。? 在隔膜法中使用的陰極，用鋼陰極時(shí)過電位約 。? 食鹽水從陽極室注入并以一定流速通過隔膜進(jìn)入陰極室，以控制 OH進(jìn)入陽極室。隔膜電解槽的不足? 隔膜糟電解法的不足主要表現(xiàn)在：? (1)cm1；? (4)? 正是基于上述原因，氯堿工業(yè)在 20世紀(jì) 70年代推出了新工藝 —— 離子膜電解法。? 水銀電解法的原理是在氯堿電解檔中不采用隔膜，而改用水銀作為陰極材料，使析氯反應(yīng)和生成 NaOH的反應(yīng)分別在兩個(gè)反應(yīng)器中，即 電解槽 和 解汞槽 中進(jìn)行，因而 從根本上避免了兩種產(chǎn)物的混合 。汞槽電解法 ? 陽極： ＋ j?＝ ? 陰極： ＋ → 2Cl2生成的鈉汞齊靠重力自動進(jìn)入解汞器，在 Ni、 Fe等石墨小球的催化下，加水分解，溫度控制在 80~90℃ 。汞槽電解法汞電解槽與解汞裝置汞槽電解法? 汞槽法的主要優(yōu)點(diǎn)是所得堿液的濃度高，接近 50％，可直接作為商品出售，而且純度高，幾乎不含 Cl。鹽水中某些金屬的容許量（ mg離子膜槽電解法 ? 石棉隔膜只是一種機(jī)械的隔離膜，可防止液體的自由對流和電解產(chǎn)物混和，但不能阻止離子的相互擴(kuò)散和遷移。kg—1 )、 高濃度 (50％ )的燒堿。? 部分氯化鈉電解后，剩余的淡鹽水流出電解槽經(jīng)脫除溶解氯，固體鹽重飽和以及精制后，返回陽極室，構(gòu)成與水銀法類似的鹽水環(huán)路。? 復(fù)極式電解槽的各單元電解槽串聯(lián)相接，電解槽的總電壓為各個(gè)單元電解槽的電壓之和；電路中各臺電解槽并聯(lián)。 100個(gè)左右的單元電解槽由液壓裝置組成一臺電解器。(2)高的離子選擇透過件 (3)足夠的機(jī)械強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性 面向陽極的一側(cè)為電阻較小的磺酸基；面向陰極的一側(cè)為含水量低的羧酸基，能抑制氫氧離子向陽極室移動而提高電流效率，有的還處理成為粗糙的表面，或附有微孔狀無機(jī)物薄膜，以增加全氟羧酸膜的親水性，減少氫氣泡在膜表面上的滯留。 Nafion（ 全氟磺酸膜）Flemion（ 全氟羧酸膜）離子交換膜 幾種離子交換膜的特點(diǎn)離子交換膜? 用強(qiáng)酸膜時(shí)，陽極室 NaOH濃度限于 20％以下；用弱酸膜時(shí)， NaOH濃度可達(dá) 40％，最大電流密度可達(dá) 6kA? 離子膜的缺點(diǎn)： (1) 對鹽水的鈣、鎂離子含量要求非常嚴(yán)格，低于 。纖維素作助濾劑。? 最有希望降低能耗的方法之一是用氧還原（ O2＋ 2H2O＋ 4e在燃料電池中，將氫和氧通過氣體擴(kuò)散電極作用于電解水的逆反應(yīng)過程中，兩個(gè)電極之間用離子膜相互隔開。? 利用膜技術(shù)與電解工藝結(jié)合形成的膜電解新領(lǐng)域是電合成的發(fā)展方向之一，其中，雙極性膜已應(yīng)用到同時(shí)電解合成H2SO4和 NaOH的生產(chǎn)中。膜電解技術(shù)? 當(dāng)在陽極和陰極間施加電壓時(shí)，電荷通過離子傳遞，如果沒有離子存在，則電流將由水解離出來的 OH— 和 H＋ 離子傳遞。H2SO4。 ? 無機(jī)物的電合成主要用于制取一般化學(xué)方法不易制得的無機(jī)物。如通過陽極氧化制取氯、氟、氧、二氧化錳、過硫酸鹽、高氯酸鹽、高錳酸鉀等；通過陰極還原制取氫、提煉金屬、回收污水中的金屬離子。? 電化學(xué)無機(jī)合成的優(yōu)點(diǎn)包括：? (1) ? 在無隔膜電解槽內(nèi)電解食鹽水時(shí)，陽極析出的氯與陰極生成的NaOH相互作用，可得到次氯酸鈉。 ＋ ＋ ＋ ClH2O＋ → ＋ → ＋ 2e次氯酸鈉、氯酸鈉和高氯酸鈉? 通過電解槽設(shè)計(jì)，使 ClO轉(zhuǎn)化為 ClO3的反應(yīng)在電解槽外進(jìn)行，可提高轉(zhuǎn)化率；在化學(xué)反應(yīng)器中生成的 Cl可循環(huán)使用；在充分低的 ClO濃度下進(jìn)行電解池操作以防止 ClO放電。? 電解槽不必用隔膜，陰極用鋼，陽極采用石墨或金屬陽極。電解 MnO2? 鋅錳干電池及其相關(guān)電池的性能主要取決于所用 MnO2的來源及其制造方法，這是因?yàn)?MnO2的活性及其性質(zhì)隨晶粒大小、晶格缺陷的密度和水合程度而變化。? 因此，電解 MnO2在精細(xì)化工和制藥工業(yè)中作為氧化劑其用量在日益增加。 可能的陽極反應(yīng)：? 2Mn3+＋ ＋ ＋ ＋ H+H2? 總反應(yīng)： MnSO4→ H2＋ H2SO4? 電解液為 MnSO4和 H2SO4的混合溶液，陰極材料為石墨、 Pb及其合金或 Ti。? 高錳酸鉀被廣泛用作氧化劑，特別是作為精細(xì)有機(jī)化學(xué)品工業(yè)的氧化劑。? 電解錳酸鉀溶液可制得高錳酸鉀。4KOH→ 2MnO422e? 陰極： 2e2OH? 總反應(yīng)： → ＋ mA → 6e? 但通常用這反應(yīng)來再生鉻酸。L1Cr(+3)和 3L1Cr(+3)、 在二氧化鉛陽極上Cr3+氧化為 Cr5+要求高的電位，因此析出氧的反應(yīng)會與之競爭。在 Cr3+濃度十分低和較少酸的情況下，當(dāng)電流密度為 300A重鉻酸鉀與鉻酸? 回收鉻酸的電解槽早期是用鉛襯槽，加入硫酸溶液，把裝有廢鉻酸溶液的多孔陶瓷筒放入槽中。同時(shí)制取鉻酸鉛和氫氧化鈉? 鉻酸鉛（鉻黃）是黃橙色顏料，因其具有良好的耐光性和價(jià)格便宜曾被廣泛使用。→ ＋ CrO42→ 以及加入支持電解質(zhì)，例如 N
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