电解苛化碳分液用长效氧阴极的研究设计
将氧阴极应用于碱溶碳分法生产氧化铝新工艺中的电解再生工序，能有效降低膜电解碳酸钠的槽电压，减少生产氧化铝的能耗。基于对典型市售氧阴极的分析表征与性能评价，设计选用银系催化剂作为电解苛化碳分液用氧阴极的首选催化材料进行重点研发，选用镍系铂系催化剂及二氧化锰催化剂作为参选催化材料进行对比研究，并籍此设定了对电解苛化碳分液用氧阴极性能进行研究测评的基本实验参数、条件及技术指标：以钛涂钌电极为阳极，阳极液为1.7mol/L左右的碳酸钠溶液，阴极液6.5mol/L左右的氢氧化钠溶液，阴极区与阳极区采用阳离子膜隔开，氧气压力在8KPa与25KPa之间，电解温度在75℃以下，电流密度1000A/m2左右，槽电压低于1.75V，比采用普通阴极时的槽电压降低0.8V以上。
进行石墨型氧阴极的研究结果表明，当其气体扩散层组成为石墨∶活性炭∶PTFE∶NH4NO3=4∶1:3∶3，催化层组成为氧化银∶活性炭∶石墨∶PTFE=4∶1:4∶1时，石墨型氧阴极表现出了较好性能，在电极电位为-0.42V(相对于氧化汞参比电极)时的阴极电流密度可达1000A/m2，将它用作电解苛化碳分液的阴极时的槽电压可达到2.1～2.3V的较低水平。此外，气体扩散层的制作工艺对石墨型氧阴极的催化活性也有显著的影响，向石墨型氧阴极催化层中添加适量的MnO2也可以明显提高石墨型氧阴极的氧还原速率。
针对电解行业对大尺寸电极使用寿命及机械性能要求较高的情况，开展了纤维毡型氧阴极的研究设计。初步优选出的Ni纤维镀Pt电极与Ni纤维电极相比具有较高的氧还原催化活性，当电流密度小于300 A/m2时，Ni-Pt纤维电极的阴极过电位比Ni纤维毡电极要低0.35V左右，并具有较好的稳定性。
分别采用电化学还原沉积法和水合肼还原法制备出了高活性的Ag/C电极。研究表明，在电化学沉淀制备Ag/C电极时，将电沉积电量控制在2.0C左右，还原电位控制在-0.7V--0.8V之间，所制得的Ag/C电极在70℃阴极液中的电极电位为-0.4V(相对氧化汞参比电极)时的阴极输出电流密度可以达到1000A/m2，可以比采用普通阴极时的槽电压降低0.8V以上；在水合肼还原制备Ag/C电极的过程中，将水合肼为2mol/L的H2O∶C2H5OH(体积比1:1)溶液中的AgNO3浓度控制在1mol/L附近，所制得的Ag/C电极同样具备相当的高活性，可以比采用普通阴极时的槽电压降低0.8V以上。与水合肼还原法相比，采用电化学还原沉积法制备Ag/C电极的操作工艺相对比较简单且安全稳定。
氧阴极;氧化铝生产;电解再生工序;离子交换膜;槽电压;催化剂
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
万平玉
2010
中文
TF821;TF803.27
77
2010-08-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）