文档介绍：§4 氯碱工业
氯碱工业产品的用途
食盐水溶液电解的理论基础
氢电极反应
酸性介质
中性和碱性介质
氧电极反应
酸性介质
中性和碱性介质
2H2O + 2e = H2 + 2OH- Eo=- V
O2 + 4H+ + 4e = 2H2O Eo=
O2 + 2H2O + 4e = OH- Eo=
氯电极反应
2Cl- = Cl2 + 2e Eo=
电解池反应
阳极过程
Anode reaction
同时还有氧电极反应
酸性介质
中性和碱性介质
比较可以看出,pH增加,析氧电位变负氧更易析出。
从热力学比较析氯和析氧反应的标准电极电位,氧反应比氯反应更易析
出;考虑到动力学因素,电化学极化和过电位,情况就不同了。
2Cl- = Cl2 + 2e Eo=
O2 + 4H+ + 4e = 2H2O Eo=
O2 + 2H2O + 4e = OH- Eo=
为了提高阳极析氯的电流效率,要增大“氯氧差”;尽量减小析氯的过电位,增大析氧的过电位。
措施:
(1)提高电极材料选择性
(2)提高电解液中氯离子浓度
(3)提高电流密度
graphite anode =100mV
DSA金属钛网= 250~300mV
阳极材料除需满足一般电极材料的基本需求(如导电性、催化活性强度、加工、来源、价格)外,还需能在强阳极极化和较高温度的阳极液中不溶解、不钝化,具有很高的稳定性。长期以来,石墨是使用最广泛的阳极材料。但石墨多孔,机械强度差,且容易氧化成二氧化碳,在电解过程中不断地被腐蚀剥落,使电极间距逐渐增大,槽电压升高。用于电解食盐水溶液时,石墨电极上的析氯过电位也较高。
A 2H2O + 2e H2 + 2OH- Eo=- V
B O2 + 2H2O + 4e 4OH-
C Na+ + e + Hg Na(Hg) -
D Na+ + e Na -
阴极反应:
总反应:
2H2O + 2NaCl = H2↑+ Cl2↑+ 2NaOH
电解
阴极  以金属或合金作为阴极时,由于在比较负的电位下工作,往往可以起到阴极保护作用,腐蚀性小,所以阴极材料比较容易选择。在水溶液电解槽中,阴极一般产生析氢反应,过电位较高。因此阴极材料的主要改进方向是降低析氢过电位。除用硫酸作为电解液时必须采用铅或石墨作阴极外,低碳钢是常用的阴极材料。为降低电耗,目前采用各种方法制备高比表面积,并具有催化活性的阴极,如多孔镍镀层阴极。