[發明專利]一種用于食鹽電解的負載型銀碳催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201010103379.0
• 申請日: 2010-01-29
• 公開（公告）號: CN101745390A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: 王峰;李進;譚暢;曹寅亮;劉景軍;吉靜
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B01J23/50
• 分類號: B01J23/50;B01J37/16;B01J35/02;C25B1/34
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本發明涉及適用于氯堿工業中的一種用于食鹽電解的高效催化 劑，尤其涉及一種負載型銀碳催化劑及其制備方法。

背景技術

世界燒堿生產工藝主要有離子膜法、隔膜法及水銀法，另有少量 苛化法。目前，離子膜法相繼取代水銀法、隔膜法、苛化法，成為燒 堿生產的首選方法.離子膜法所用的仍然是氫析出陰極(鎳網+活性涂 層)，其電解化學反應式為：2NaCl+2H₂O-→Cl₂+2NaOH+H₂，它的理論電 解電壓為2.24V，需要耗費大量能源.將氣體擴散電極運用在離子膜 電解槽中，取代目前使用的活性陰極，發生在陰極是氣液固三相電極 反應，其電解化學反應式為：2NaCl+H₂O+1/2O₂→Cl₂+2NaOH，它的理論 電解電壓為0.96V，氣體擴散電極比現行的普通陰極(鎳網+活性涂 層)的電極電位降低了1.2V左右，從而可以在理論上達到節能40 ％的效果。氣體擴散電極是由催化層、集流體、擴散層三部分組成， 而催化層的催化活性的好壞直接決定氣體擴散電極的性能。傳統的催 化層的制備方法是將銀的膠體、炭黑、粘結劑、溶劑先混合然后熱壓 成型制得，這里銀的膠體作為催化層上的催化劑。銀的膠體作為催化 層上的催化劑存在著以下的問題：1)銀的膠體必須存放在以氨基酸、 聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇等穩定劑的溶液中；在催化層的制備過 程中必然會引入由于穩定劑產生的雜質，影響催化劑的活性；2)在 催化層的制備過程中，熱壓成型后，大部分的穩定劑高溫分解，沒有 穩定劑保護的銀膠體必然會發生團聚，粒徑變大，催化活性降低；3) 在電解食鹽水的過程中，由于銀的膠體與炭黑之間沒有結合力，隨著 電解時間的增加，銀的膠體必然會損失，脫落到電解液中，氣體擴散 電極的壽命受到影響；4)由于銀的膠體與炭黑之間沒有結合力，所 以銀顆粒與碳顆粒之間的電子傳輸會受到一定的影響。基于以上四個 存在的問題，必須對傳統的催化劑進行改變，一方面必須制備出負載 型的銀碳催化劑；另一方面銀顆粒必須粒徑小且均勻的負載在炭黑的 表面。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術的問題，而提供一種簡易的適用 于氯堿工業中的一種用于食鹽電解的高效催化劑及其制備方法，該方 法制備出來的銀顆粒粒徑小且均勻的分散在炭黑顆粒的表面。

本發明的一種用于食鹽電解的負載型銀碳催化劑，其特征在于， 所述負載型銀碳催化劑為固體粉末，粒徑為3～10nm銀顆粒均勻分散 的負載在酸化的炭黑顆粒的表面，銀的負載率范圍為40％～400％，銀 與酸化的炭黑的質量比為0.4～4∶1。

本發明的上述炭黑為Vulcan-72x炭黑。

一種負載型的銀碳催化劑的制備方法，采用化學還原的方法，將 銀氨水溶液與氫氧化鈉溶液依次倒入到由乙二醇和酸化的炭黑組成 的反應體系中均勻的攪拌，在一定的反應溫度下，冷凝回流，反應產 物為黑色的溶液，最后通過離心分離或過濾水洗、干燥、得到黑色的 固體粉末。其中所述的銀氨水溶液為銀的前驅體；其中所述的氫氧化 鈉是用來調節反應溶液pH值的；其中所述的乙二醇是還原劑；其中 所述的酸化的炭黑是銀催化劑的載體；其中所述的黑色的固體粉末是 負載型的銀碳催化劑。通過TG-DTA熱失重儀器得到負載率，銀的負 載率范圍為40％～400％；銀與酸化的炭黑的質量比為0.4～4∶1。

本發明所提供的一種負載型的銀碳催化劑的制備方法，包括以下 步驟：

1)將Vulcan-72x炭黑加入到質量分數為68％的硝酸中，炭黑與 質量分數為68％的硝酸的質量比為0.01～0.04∶1；溫度控制在120 ℃～160℃，冷凝回流5～24h，過濾水洗至中性、干燥得到酸化的炭 黑；

2)將酸化的炭黑與乙二醇放入三頸燒瓶中超聲分散10～30min； 酸化的炭黑與乙二醇的質量比為0.0001～0.01∶1；