[發明專利]一種直流電解還原制備硼氫化鈉的三室兩膜電解槽

有效

• 申請號: 202110102868.2
• 申請日: 2021-01-26
• 公開（公告）號: CN112981427B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 魏永生;付文英;司司;劉妍;陳佳琪;韋露;趙新生
• 申請（專利權）人: 江蘇師范大學
• 主分類號: C25B1/00
• 分類號: C25B1/00;C25B9/19
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 毛燕飛

本發明公開了一種直流電解還原制備硼氫化鈉的三室兩膜電解槽，包括陰極室、陽極室A和陽極室B，所述的陰極室設置在所述陽極室A和所述陽極室B的中間，通過陽離子交換膜與兩側的陽極室分隔開來。本發明所采用的兩膜三室電解槽的結構，能夠在陰極左右兩側形成均衡分布的電場，從而減少電場對偏硼酸根離子電遷移的影響，提高偏硼酸根離子與陰極的電解催化還原面積，提高電解效率。

技術領域

本發明屬于儲氫材料制造領域，具體涉及一種直流電解還原制備硼氫化鈉的三室兩膜電解槽。

背景技術

硼氫化鈉是一種優良的儲氫材料，其儲氫密度可達10.8?wt%，再生產物無污染，放氫純度高，同時也是一種理想的燃料電池用氫源，在質子交換膜燃料電池(PEMFC)和直接硼氫化燃料電池(DBFC)系統中是很有前途的儲氫候選材料，但其價格昂貴，產氫成本太高，再生困難，需要貴金屬催化劑等問題制約了其發展。

目前硼氫化鈉的制作方法有工業合成法，直接還原法等。相比于其它方法，電化學還原法制備硼氫化鈉可以實現在線制備硼氫化鈉和硼氫化鈉儲制氫的循環利用，而且原料成本低，能耗小，操作簡單。美國學者Cooper在US3734842中公開了一種電解法合成硼氫化物的工藝，不需要加入還原劑，雖然降低了生產成本，但是電解效率不高，沒有再循環利用。中國專利CN1239748C公開了一種硼氫化鈉燃料電池循環再利用的制備方法，通過采用電解法使硼氫化物分解生成氫氣的副產品偏硼酸鹽，重新生成硼氫化物，但是該工藝反應速率較慢，并且采用鈦合金作為陽極材料，價格昂貴。公開號為CN110457461A的中國專利公開了一種基于NaBH₄電化學再生的燃油萃取-還原脫硫方法，該工藝將硼氫化鈉還原與還原脫硫結合，在工作電極電解池中加入偏硼酸鈉和離子液體，對電極電解池中加入離子液體，通過施加脈沖電壓進行電解得到硼氫化鈉，該工藝雖然使用工作電極為普通材料，但工藝復雜，電解效率不高。

本發明采用電化學方法制備硼氫化鈉，但在制備過程中，BO₂^-陰負離子會向陽極移動，使得陰極附近BO₂^-離子濃度降低，導致BO₂^-離子還原為BH₄^-離子十分困難；雖然在陰極仍發生還原反應生成BH₄^-離子，BH₄^-離子會因為向陽極表面移動從而發生氧化反應被消耗，從而降低電解還原效率。在陰極和陽極之間安裝離子交換膜可以有效阻礙BO₂^-和BH₄^-離子向陽極遷移，促使BO₂^-還原為BH₄^-。因此電解過程中，需要在陰極室和陽極室之間使用Nafion膜進行隔絕。

目前所使用的單膜兩室電解槽裝置，由于BO₂^-離子在電場中從陰極向質子交換膜電遷移，得到的NaBH₄濃度低，轉化率低，并且需要電量大，依舊不適用于制備NaBH₄的工業需求。

發明內容

針對上述現有電解槽裝置不能高效提高NaBH₄的電解產率問題，本發明提出一種直流電解法制備硼氫化鈉的具有兩膜三室結構的電解槽裝置。

實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現：

一種直流電解還原制備硼氫化鈉的三室兩膜電解槽，包括陰極室、陽極室A和陽極室B，所述的陰極室設置在所述陽極室A和所述陽極室B的中間，通過陽離子交換膜與兩側的陽極室分隔開來。

作為本發明的進一步改進，所述陽極室A和所述陽極室B具有相同的尺寸，對稱的設置在所述陰極室的兩側。