[發明專利]一種用于碘化氫濃縮的電解-電滲析池

有效

• 申請號: 202010129397.X
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111424287B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 陳崧哲;張平;王來軍
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C25B1/24
• 分類號: C25B1/24;C25B9/23;C25B9/65;C01B7/13
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

一種用于碘化氫濃縮的電解?電滲析池，屬于電化學技術領域。該電解?電滲析池包括至少一個單電池，每個單電池包括質子選擇性透過膜、陰極側支撐體、陽極側支撐體、密封圈，以及上極板和下極板。所述陰極側支撐體和陽極側支撐體采用石墨氈；上極板和下極板采用平板形結構。本發明的特點是采用大孔隙率石墨氈材料，不僅能夠提供良好的填充、支撐作用，HIx物料能夠在其內部均勻、快速通過，而且在HIx料液浸泡、高電流電化學反應條件下能夠長期穩定使用，從而進一步提高了電解?電滲析池內部電化學反應的效率。上下極板采用平板形結構，避免了刻制流道所帶來的加工難度大、加工成本高等問題，具有高效、穩定、緊湊，且成本低廉的優勢。

技術領域

本發明涉及一種電化學處理裝置，具體涉及一種電解-電滲析池，它適合于在含碘的碘化氫溶液(即HI-I₂-H₂O混合溶液)中碘化氫(HI)的濃縮、以及HI或氫碘酸的電化學制備方面的應用，屬于電化學技術領域。

背景技術

電解-電滲析(EED，又稱離子交換隔膜電解法、或稱為膜電解法)是一種高效電化學濃縮方法，也可用作特定化學品的電化學合成。能夠在高溫、酸、堿、強氧化劑等苛刻條件下使用的電解-電滲析池(EED池)，很有實用價值。

電解-電滲析已在熱化學碘硫循環分解水制氫工藝中獲得應用。碘硫循環是一種高效、清潔的規模制氫方法，尤其引人矚目的是該方法有望與核能供熱(如由高溫氣冷堆供熱)相耦合。該過程中氫氣是由HI-I₂-H₂O混合物(即HIx)中的HI分解而得，但由于HI與H₂O之間會形成摩爾比1：5的恒沸物，因此對HIx采用直接蒸餾或精餾時，盡管可獲得HI，但會有大量的熱能被用于水的蒸發，工藝的經濟性將顯著降低。鑒于此情況，國內外研究者提出：首先對HIx進行EED濃縮，使HIx中HI的濃度提高，超過恒沸組成，即HI:H₂O1:5，則在蒸餾/精餾過程中，HI會大量蒸出，而水的蒸出量很少，在優化工藝后，甚至可得到純HI氣體，非常有利于IS工藝整體效率的提高。

HIx的EED具體原理是：當陰陽兩極都有HIx物料流過時，H⁺在電場作用下，穿過質子選擇性透過膜，由陽極區進入陰極區，同時在兩極板上發生如下電極反應：

陽極：2I^--2e→I₂

陰極：I₂+2e→2I^-

綜合起來的結果是，陽極區H⁺、I^-減少，I₂增多，而陰極區I₂減少，H⁺、I^-增多，即HI在陰極區獲得了濃縮。

此外，如將上述過程中，陰極物料仍為HIx，而陽極物料為硫酸、鹽酸或硝酸等溶液時，依然會發生：1)H⁺在電場作用下，穿過質子選擇性透過膜，由陽極區進入陰極區，2)陰極反應I₂+2e→2I^-。而陽極側發生硫酸、鹽酸、硝酸等酸根對應的電極反應，如：陽極液為硫酸，陽極為析氧反應，綜合起來，陽極區消耗了H⁺，陰極區I₂減少，H⁺、I^-增多，相當于在陰極區合成了HI。因此，可用EED的方法進行HI的生產。

上述電解-電滲析(EED)過程需要在常溫～130℃范圍進行，為提高設備緊湊性、控制成本，要求在較高電流密度下操作，同時由于HIx具有極強的腐蝕性，因此EED池的結構設計和材質選擇非常重要。