[發(fā)明專利]同時(shí)生產(chǎn)氯酸鈉和堿性過(guò)氧化氫的電化學(xué)方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810201629.7
• 申請(qǐng)日: 2008-10-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101392386A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 申哲民;雷陽(yáng)明;王文華;仝巖;張鑒達(dá)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C25B1/14
• 分類號(hào): C25B1/14;C25B1/26;C25B1/30;C25B9/00
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所
• 代理人: 毛翠瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種同時(shí)生產(chǎn)氯酸鈉和堿性過(guò)氧化氫的電化學(xué)方法，屬于化工生產(chǎn)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

以電化學(xué)方法單獨(dú)制備氯酸鈉或堿性過(guò)氧化氫的技術(shù)已較為成熟。例如，J.Coleman在“Electrolytic?production?of?sodium?chlorate”(A.I.Ch.E.Symposium?204?vol?77?1981.pp244-263)中所述的傳統(tǒng)的氯酸鹽制備方法。在一個(gè)單室電解槽中電解氯化鈉溶液來(lái)制備氯酸鈉，陽(yáng)極產(chǎn)生氯氣，而陰極產(chǎn)生氫氣和氫氧根離子。氯氣水解生成次氯酸，進(jìn)一步在一個(gè)獨(dú)立的加熱反應(yīng)槽中發(fā)生均相化學(xué)反應(yīng)生成氯酸鹽。電化學(xué)方法生產(chǎn)氯酸鈉一般使用60-80℃的飽和氯化鈉溶液，電流密度為1-3kA/m²。

美國(guó)專利3,969,201、4,118,305和4,406,758說(shuō)明了通過(guò)在堿性溶液中陰極還原氧氣制備堿性過(guò)氧化氫溶液的電化學(xué)方法。這些專利所使用的陰極是三維石墨陰極，電解液為NaOH水溶液。NaOH溶液的濃度為1-3mol/L，溫度為20-30℃，表觀陰極電流密度為0.1-1kA/m²，氧氣壓力可大于一個(gè)大氣壓，以提高過(guò)氧化氫的時(shí)空產(chǎn)率。

在同一個(gè)電解槽的陽(yáng)極和陰極可同時(shí)電解產(chǎn)生有用的產(chǎn)物。當(dāng)陽(yáng)極室和陰極室用多孔隔膜分隔開(kāi)，電解水能同時(shí)得到氫氣和氧氣。當(dāng)使用陽(yáng)離子交換摸或多孔隔膜分隔陽(yáng)極室和陰極室，電解氯化鈉能得到氯氣和氫氧化鈉。美國(guó)專利3,884,777描述了通過(guò)一個(gè)三室電解槽同時(shí)電解制備二氧化氯、過(guò)氧化氫、氫氧化鈉和氯氣的發(fā)明，其中，過(guò)氧化氫是通過(guò)陽(yáng)極氧化硫酸產(chǎn)生的。

日本專利61-284591涉及一種同時(shí)制備堿性過(guò)氧化氫和氯氣或氯酸鈉的電化學(xué)方法。所用電解槽為分室電解槽，電極分別為石墨陰極和貴金屬陽(yáng)極，陽(yáng)極和陰極被多孔隔膜分隔。該發(fā)明的實(shí)例只采用了陽(yáng)離子交換膜，如杜邦的Nafion?315。由于采用陽(yáng)離子交換膜，電解過(guò)程中需往陽(yáng)極液中加入等化學(xué)當(dāng)量的氫氧化鈉來(lái)調(diào)節(jié)陽(yáng)極液的pH至6-7，使得運(yùn)行成本增大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種同時(shí)生產(chǎn)氯酸鈉和堿性過(guò)氧化氫的電化學(xué)方法，能提高電流的兩極利用效率，降低生產(chǎn)成本。

為實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

(1)使用一種由陽(yáng)極、陽(yáng)離子交換膜、陰離子交換膜和陰極組成的電解槽，其中陽(yáng)極與陽(yáng)離子交換膜形成陽(yáng)極室，陽(yáng)離子交換膜與陰離子交換膜形成中間室，陰離子交換膜與陰極形成陰極室；(2)陽(yáng)極室通氯化鈉和氯酸鈉溶液，陰極室通氫氧化鈉溶液與空氣，中間室通氫氧化鈉溶液，電極間通直流電后，陽(yáng)極產(chǎn)生氯氣，陰極氧氣還原生成過(guò)氧化氫，中間室的氫氧化鈉溶液濃度增大；(3)陽(yáng)極室流出的陽(yáng)極液流經(jīng)一個(gè)外部的加熱反應(yīng)槽，氯氣水解生成次氯酸，發(fā)生均相化學(xué)反應(yīng)生成氯酸鈉，陽(yáng)極液被循環(huán)回電解槽陽(yáng)極室。中間室流出的部分經(jīng)濃縮的氫氧化鈉溶液可用于調(diào)節(jié)陽(yáng)極液的pH。

本發(fā)明的方法具體為：

(1)采用一種電解槽，該電解槽包括陽(yáng)極、陽(yáng)離子交換膜、陰離子交換膜和陰極，其中陽(yáng)極與陽(yáng)離子交換膜形成陽(yáng)極室，陽(yáng)離子交換膜與陰離子交換膜形成中間室，陰離子交換膜與陰極形成陰極室。

(2)分別向陽(yáng)極室、陰極室和中間室通入電解液，其中，陽(yáng)極液中氯化鈉濃度為0.1-5M，氯酸鈉濃度為0-5M，陽(yáng)極液在陽(yáng)極室中的一次停留時(shí)間為10-100s；陰極室通入氫氧化鈉溶液與空氣，氫氧化鈉溶液濃度為0.1-5M，停留時(shí)間為0.5-10min，空氣的停留時(shí)間為0.2-2s；中間室通入0.1-5M的氫氧化鈉溶液，停留時(shí)間為0.5-7min。電解槽的運(yùn)行溫度為0-100℃，通電流密度為0.1-6kA/m²的直流電，陽(yáng)極產(chǎn)生氯氣，陰極氧氣還原生成過(guò)氧化氫，中間室的氫氧化鈉溶液濃度增大。

(3)陽(yáng)極液流經(jīng)一個(gè)外部的加熱反應(yīng)槽，氯氣水解生成次氯酸，隨后發(fā)生均相化學(xué)反應(yīng)生成氯酸鈉，之后，陽(yáng)極液被循環(huán)回電解槽陽(yáng)極室。通過(guò)滴加酸，如次氯酸，或合適的堿，如氫氧化鈉，來(lái)控制循環(huán)陽(yáng)極液的pH在6-7之間。調(diào)節(jié)pH所采用的氫氧化鈉可采用來(lái)自于電解槽中間室流出的經(jīng)濃縮的氫氧化鈉溶液。

本發(fā)明中的陽(yáng)極材料為形穩(wěn)電極(DSA)，包括鈦涂二氧化鉛PbO₂/Ti、鈦涂釕Ru/Ti電極等。

本發(fā)明中的陰極材料可選擇不銹鋼板、鎳板等金屬，還可選擇碳?xì)帧⑹Ｗ雍褪w維等，本發(fā)明中陰極優(yōu)選為經(jīng)碳黑/聚四氟乙烯涂層的復(fù)合石墨粒子。