第四章_电合成 22.ppt

电解槽（Electrolyzer） 1、所谓电解槽就是电解质储存槽。 2、电解槽材质钢材、水泥、陶瓷等。钢材耐碱，是应用最广的。对于腐蚀性强的电解液，钢槽内部用铅、合成树脂或橡胶等衬里。 阳极 (Anode) 阳极和阴极的作用不同，对材质要求也各异。 　　 分可溶性和不可溶性两类。在化学工业中，大多采用不溶性阳极。 　　 长期以来，石墨是使用最广泛的阳极材料。 　　 形稳性阳极。 在熔融盐电解槽中，因电解温度比水溶液电解槽中高得多，对阳极材料要求更严，电解熔融氢氧化钠，一般可用钢铁、镍及其合金。电解熔融氯化物，只能用石墨。 　　 阴极 (cathode)　　 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。 　　 为了提高产品质量，也可采用特殊的阴极材料，如在水银法电解食盐水溶液制取烧碱采用汞阴极 隔膜（diaphragm） 为防止阴、阳两极产物混合，避免可能发生的有害反应，在电解槽中，基本上都用隔膜将阴、阳极室隔开。隔膜需有一定的孔隙率，能使离子通过，而不使分子或气泡通过，当有电流流过时，隔膜的欧姆电压降要低。这些性能要求在使用过程中基本不变，并且要求在阴、阳极室电解液的作用下，有良好的化学稳定性和机械强度。 　　 隔膜由惰性材料制作，如氯碱工业中长期使用的石棉隔膜。离子交换膜是新型的隔膜材料。 * 3、电解槽由槽体、阳极和阴极组成，多数用隔膜将阳极室和阴极室隔开。 按电解液的不同分为水溶液电解槽、熔融盐电解槽和非水溶液电解槽三类。 当直流电通过电解槽时，在阳极与溶液界面处发生氧化反应，在阴极与溶液界面处发生还原反应，以制取所需产品。 对电解槽结构进行优化设计，合理选择电极和隔膜材料，是提高电流效率、降低槽电压、节省能耗的关键。 1 几个重要的基本概念和术语 ⑴电流效率?I与电能效率 ζ m：所得物质的质量； M：所得物质的摩尔质量；z：电极反应式中的电子计量数；F：法拉第常数。 电流效率?I：制取一定量物质所必需的理论消耗电量Q与实际消耗电量Qr的比值。 ⑵槽电压V 槽电压：使电流通过电解槽，外电源对电解槽的两极施加一定的电压，即槽电压。 理论分解电压Ee：没有电流流过电解槽时的槽电压， 。 实际槽电压V为： ?A：阳极超电势；?C：阴极超电势；IRsol：溶液电阻引起的电位降；IR：电解槽欧姆降。 电极反应在电极与溶液之间形成的界面上进行。 对于单个电极而言，电极过程由下列步骤串联而成： (1)反应物粒子自溶液本体向电极表面传递； (2)反应物粒子在电极表面或电极表面附近液层中进行某种转化，例如表面吸附或发生化学反应； (3)在电极与溶液之间的界面上进行得失电子的电极反应； (4)电极反应产物在电极表面或电极表面附近液层中进行某种转化，例如表面脱附或发生化学反应； (5)电极反应产物自电极表面向溶液本体传递。 2、电解合成工艺 电解合成工艺流程通常包括电解合成前处理、电解合成、电解合成后处理各步，其中电解合成是最重要的步骤。 电解合成前后处理与化学合成相似，通常为净化、除湿、精制、分离等操作。 作为整个工艺流程的最重要的步骤，电解合成的影响因素非常多，如：电解电压、电流密度、电极材料、电解液组成，电解温度等等。 （1）电解电压的大小直接影响着产物的纯度和电能效率，是决定电解过程的关键。 阳极材料 使用环境 最大电流密度（A/cm2） 备注 铂 酸性、碱性 100 石墨 酸性、碱性 10 在F中受侵蚀 酸性、中性 5 少量被侵蚀 铅银（%）合金 酸性、中性 8 镍 碱性 20 铜 碱性 10 较镍易受侵蚀 表3.5 溶性阳极材料及使用条件 （2）电流密度是由于浸于电解液的电极表面积A与通过的电流强度i的比值来描述。它的大小决定着电解过程进行的速度，还影响着阴极析出物的状态。 （3）电极材料的选用，首先要考虑电极应不被电解液及电解产物所腐蚀、不污染产物。选用电极材料除考虑不使产物污染之外，还应考虑超电位的大小。 （4）在电解过程中，所用电解液要具有良好的性质，以保证高的电解效率：主体电解质必须稳定；电导性能良好；具有一定的pH；能使产物有好的析出状态和吸收率；尽可能不产生有害气体及发生副反应等。 （5）附加物在电解过程中，本身并不进行电解反应。它的加入有各种不同的目的。 氯碱工业：电解氯化钠水溶液生产烧碱、氯气、氢气。 1. 隔膜槽电解法 ⑴电解反应 阳极： 阴极： 理论分解电压： 总反应： 电解时，阴极溶液约含NaCl 4.53mol