本发明专利技术属于氯碱工业技术领域，具体为一种基于三电极体系的双电解槽两步法氯碱电解方法及装置。本发明专利技术装置包含两个独立的电解槽(槽‑A和槽‑B)、析氢催化电极、析氯催化电极以及可以可逆存储钠离子的储钠电极。本发明专利技术方法将电解食盐水或海水的过程分为产氢气/氢氧化钠步骤和产氯步骤，并分别在两个电解槽(槽‑A和槽‑B)中完成。电解槽‑A和电解液槽‑B中的电解过程交替循环进行。本发明专利技术有效地将常规电解食盐水或海水中同时发生的产氢气/氢氧化钠和产氯步骤分割，使产氢气/氢氧化钠步骤和产氯步骤分别在不同的电解槽中完成，同时实现了食盐水或海水的淡化，进一步降低氯碱工业的成本，并且大大提高了安全性，有效确保了生成氢氧化钠的纯度，同时实现了海水或食盐水的淡化。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于氯碱工业
，具体为一种基于三电极体系的双电解槽两步法氯碱电解方法及装置。本专利技术装置包含两个独立的电解槽(槽?A和槽?B)、析氢催化电极、析氯催化电极以及可以可逆存储钠离子的储钠电极。本专利技术方法将电解食盐水或海水的过程分为产氢气/氢氧化钠步骤和产氯步骤，并分别在两个电解槽(槽?A和槽?B)中完成。电解槽?A和电解液槽?B中的电解过程交替循环进行。本专利技术有效地将常规电解食盐水或海水中同时发生的产氢气/氢氧化钠和产氯步骤分割，使产氢气/氢氧化钠步骤和产氯步骤分别在不同的电解槽中完成，同时实现了食盐水或海水的淡化，进一步降低氯碱工业的成本，并且大大提高了安全性，有效确保了生成氢氧化钠的纯度，同时实现了海水或食盐水的淡化。【专利说明】一种基于三电极体系的双电解槽两步法氯碱电解方法及装置
本专利技术属于氯碱工业
，具体涉及一种基于三电极体系的双电解槽两步法 氯碱电解方法及装置。
技术介绍
氯碱工业是最基本的化学工业之一，它的产品除应用于化学工业本身外，还广泛 应用于轻工业、纺织工业、冶金工业、石油化学工业以及公用事业。化学行业总营业额的 50%取决于氯碱工业的Cl 2和烧碱。烧碱在纺织工业、精制石油、造纸行业、冶金行业和化学 工业等行业中广泛应用。Cl2下游产品不断发展，34%的Cl 2通过二氯乙烷和氯乙烯单体生产 PVC、20 %用于生产其他有机物、15 %用于制备氯化氢、6 %用于水处理化学品、6 %用于氯化 中间体、4%用于造纸、15%用于其他无机物。Cl2产品链下游四大主要领域PVC、环氧丙烷、 环氧氯丙烷和光气系列(聚碳酸酯、MDI、TDI等）的市场需求均保持稳定增长，而绝大部分的 Cl 2通过氯碱行业生产。 氯碱技术起源于隔膜法和水银法的专利技术。最早是1807年英国人Davy对食盐熔融法 电解的研究，他于1808年提出氯元素，1810年发现金属钠与汞能生成钠汞齐，为电解食盐和 水银法制碱奠定了基础。迄今为止，氯碱电解主要有3种技术:水银法，隔膜法，离子膜法。 1892年，水银法工业化，其基本原理是电解食盐水生成Cl 2和钠汞齐，然后钠汞齐单独水解 生成H2和烧碱，实现了出与(：12的分离和烧碱与盐的分离。但是汞的使用带来了严重的环境 污染，例如臭名昭著的"水俣病"。1851年，第一个隔膜电解食盐水的专利出现，1890年，隔膜 法实现工业化。该方法是产品(：1 2与出通过隔膜隔离，但由于当时只有压力渗透膜，产品烧碱 只能与渗透的盐水混合后流出电解槽，再通过蒸发使盐碱分离产生产品烧碱和回收盐。该 方法缺点是投资大，能耗高，产品烧碱中会含有NaCl，而且会带来石棉环境污染。1953年，美 国离子公司的Juda和Macrae申请了离子交换材料及其制造和应用方法的专利，之后的开发 研究使该技术实现了电渗析的工业化应用，直到杜邦公司开发了能在Cl 2和碱环境中使用 的阳离子交换全氟磺酸材料，离子交换膜法开始在氯碱领域中试用。1961年，ICI公司申请 了零极距离子交换膜电解槽专利。1964年，Du Pont公司首次将全氟离子交换膜Nation用于 氯碱示范槽。1975年，旭化成延闪工厂实现离子膜法工业化。离子膜法的基本原理与隔膜法 相同，只是采用了阳离子交换膜代替压力渗透膜，近年来这一方法已经被广泛推广应用。其 优点是碱液中只含有微量盐，烧碱纯度高，操作相对容易控制，适应负荷变化的能力大;缺 点是盐水质量要求高，离子膜价格昂贵，且离子交换膜的使用寿命有限。此外，即使在使用 了离子交换膜的条件下，在同一个电解槽中产生的氢气和氯气仍有透过离子交换膜混合的 可能，有一定的安全隐患，需要精密控制整个电解液流程。另一方面，上述方法制备的烧碱 (Na(0H) 2)仍旧含有少量的氯化钠杂质，进一步的提纯工艺也将大大提升制备成本。 针对以上三种传统的氯碱电解技术的问题，本专利技术提出了一种基于三电极体系的 双电解槽两步法氯碱电解方法及装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于三电极体系的双电解槽两步法氯碱电解方法及 装置。 本专利技术所提供的基于三电极体系的双电解槽两步法氯碱电解装置，包含两个独立 的电解槽:电解槽-A和电解槽-B;三个电极:对电解水生成氢气具有催化作用的析氢催化电 极，对电解食盐水或海水生成氯气具有催化作用的析氯催化电极，可以可逆储存钠离子的 储钠电极。 在电解槽-A中，电解液为氢氧化钠溶液，其用于产氢气与氢氧化钠，阴极连接析氢 催化电极，阳极连接储钠电极;在电解槽-B中，电解液为食盐水或海水，其用于产氯气，阴极 连接储钠电极，阳极连接析氯催化电极。 本专利技术所提供的基于三电极体系的双电解槽两步法氯碱电解方法，如图1所示，具 体步骤如下： 步骤-a，在电解槽-A中的产氢气与氢氧化钠步骤： 在电解槽-A中，氢氧化钠水溶液作为电解液，水分子在作为阴极的析氢催化电极表面 被电化学还原生成氢气和氢氧根离子，即H2O + - 1/2H2 + 0IT;同时作为阳极的储钠 电极被电化学氧化脱出钠离子，变成充电态储钠电极，即NaxM - yeT- Nax-yM + yNa+，在 此过程中电子由储钠电极通过外电路流向析氢催化电极;产氢结束后，电解槽-A中形成的 充电态储钠电极被转移至电解槽-B，再用于电解食盐水或海水产氯气。 步骤_b，在电解槽-B中的产氯气步骤： 电解槽-B采用食盐水或海水作为电解液。此时，作为阴极的充电态储钠电极被电化学 还原成为初始状态的储钠电极，即Nax-yM + yNa+ + yf -NaxM;同时氯离子在作为阳极的 析氯催化电极表面被电化学氧化成为氯气，即2Cr - Cl2;在此过程中电子由析氯 催化电极通过外电路流向储钠电极，在此过程中食盐水或海水电解液得到了淡化;产氯气 结束后，电解槽-2中生成的初始状态储钠电极被转移至电解槽-A，并再用于电解氢氧化钠 水溶液制取氢气和氢氧化钠。 所述步骤-a和步骤-b交替循环进行，启始步骤可以是步骤-a也可以是步骤-b。 上述两个步骤交替循环进行，实现了储钠电极的循环利用，同时有效实现了在不 同时段和不同电解槽中分别电解制氢气/氢氧化钠和电解制备氯气，有效防止了这两种气 体的混合，实现了高纯度高安全性目的，此外制得的烧碱中不会含有任何氯化钠杂质，食盐 水或海水也在一定程度得到了淡化。更为重要的是，氢气和氯气在两个不同的电解槽分别 制备大大降低了对离子交换膜的要求，甚至可以不采用离子交换膜，因此大大降低了生产 成本。 本专利技术中，所述析氢催化电极对电解水生成氢气具有催化作用，该具有催化作用 的电极材料为： 基于金属铂(Pt)等贵金属以及其与碳的复合物;或 基于Ni、Co、Fe等过渡金属的单质或化合物，如Ni、Ni-Mo合金、Ni-Cr-Fe合金、C〇0、 C〇2〇3、CoSe2、FeP;或 基于Cu的化合物;或 基于W的化合物，如WC、W2C、WS2;或 基于Mo的化合物，如MoS2、MoB、Mo2S;S C3N4等化合物。 本专利技术中，所述析氯催化电极对电解饱和食盐水生成氯气具有催化作用，该具有 催化作用的电极材料为： 尺寸稳定阳极(DSA电极），即基于Ru02和Ti02的涂层电极。包括含有其他成分添加剂的 DSA电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于三电极体系的双电解槽两步法氯碱电解装置，其特征在于，包含两个独立的电解槽：电解槽‑A和电解槽‑B；三个电极：对电解水生成氢气具有催化作用的析氢催化电极，对电解食盐水或海水生成氯气具有催化作用的析氯催化电极，可以可逆储存钠离子的储钠电极；在电解槽‑A中，电解液为氢氧化钠溶液，其用于产氢气与氢氧化钠，阴极连接析氢催化电极，阳极连接储钠电极；在电解槽‑B中，电解液为食盐水或海水，其用于产氯气，阴极连接储钠电极，阳极连接析氯催化电极。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王永刚，夏永姚，陈龙，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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