一种电解氯化钠制备次氯酸钠的双极膜电解装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电解氯化钠制备次氯酸钠的双极膜电解装置及其方法，次氯酸钠能够应用在饮水净化、污水处理、有机物漂白等技术领域。用双极膜将电解池分隔成阴极室和阳极室，阴极室内的阴极电解液为氯化钠、氯化钾、氯化钡或氯化钙易溶于水、质量百分比浓度为0.5％～6％的氯化物水溶液；阳极室内的阳极电解液为质量百分比浓度为0.5％～6％的碱性氯化钠水溶液，pH值为8

【技术实现步骤摘要】
一种电解氯化钠制备次氯酸钠的双极膜电解装置及其方法


[0001]本专利技术涉及一种电解氯化钠制备次氯酸钠的双极膜电解装置及其方法，次氯酸钠能够应用在饮水净化、污水处理、有机物漂白等


技术介绍

[0002]次氯酸钠是一种重要的氯系消毒剂，可用于饮水净化、污水处理、有机物漂白等
当前次氯酸钠的制备方法主要有三种，即漂白粉复分解法、电解氯化钠溶液法和液碱氯化法。使用漂白粉复分解法(CaOCl+Na2CO3→
NaClO+NaCl+Ca2CO3)的生产次氯酸钠的成本高，已经逐渐被市场淘汰。液碱氯化法(2NaOH+Cl2→
NaClO+NaCl+H2O)是一种在35℃以下将氯气通入氢氧化钠溶液中，从而得到一定含量的次氯酸钠的方法。由于液碱氯化法的生产原料为工业烧碱或工业液氮，因此这种方法存在工艺流程长、设备占地面积大、有效氯衰减、运输储存风险高等缺点。
[0003]电解氯化钠溶液法是制备次氯酸钠的重要技术途径之一。在过去的一百多年中，人们致力于探索一种电解氯化钠制备次氯酸钠的高效电化学技术，主要提出了两种电解方法：传统的电解方法是无隔膜电解低浓度氯化钠溶液制备次氯酸钠。无隔膜电解低浓度氯化钠溶液，生成的次氯酸根在阳极会被氧化生成氯酸根，在阴极会被还原生成氯离子，从而导致了严重的氯损失。另外，由于氯化钠溶液的浓度低，电解液的导电性变差。因此，无隔膜电解法由于氯损失严重以及导电性差等原因，导致槽电压升高、经济效益降低。为了解决无膜电解法的氯损失严重和导电性差的缺点，科研人员采用阳离子交换膜电解法电解氯化钠溶液制备次氯酸钠。通常阳离子交换膜电解法生产的次氯酸钠浓度是无膜电解法的2.5倍，但是使用阳离子交换膜电解法电解高浓度氯化钠溶液时，氯化钠需要精制，操作困难、维护费用高且隔膜会聚积杂质污染产品。电解低浓度氯化钠溶液时，在阳极会直接产生低浓度的二氧化氯，很难达到消毒所需的浓度要求，并且会生成氯气等氯副产物。以上缺点限制了无隔膜电解法和阳离子交换膜电解法的大规模工业应用。
[0004]专利申请号为2022111072239、名称为一种电解二氧化碳、金属氯化物制备一氧化碳、次氯酸盐的装置和方法，公开了一种双极膜电解生成一氧化碳和次氯酸盐的方法，在阴极室中的电解液为含有一部分水的有机复合电解液，产物为一氧化碳，在阳极室内为金属氯化物水溶液，产物为次氯酸盐。但是该专利技术制备得到纯度较高的次氯酸钠溶液。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术存在的问题及不足，本专利技术提供一种电解氯化钠制备次氯酸钠的双极膜电解装置及其方法。本专利技术通过以下技术方案实现。
[0006]一种电解氯化钠制备次氯酸钠的双极膜电解装置，用双极膜将电解池分隔成阴极室和阳极室，阴极室内的阴极电解液为氯化钠、氯化钾、氯化钡或氯化钙易溶于水、质量百分比浓度为0.5％～6％的氯化物水溶液；阳极室内的阳极电解液为质量百分比浓度为0.5％～6％的碱性氯化钠水溶液，pH值为8
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12；阴极位于阴极室，阳极位于阳极室，阴极和
阳极之间的极间距为2.5cm～6.5cm。在阴极上生成氢气，在阳极室生成纯度高的次氯酸钠溶液。
[0007]所述双极膜中阴离子选择渗透层为咪唑化聚醚醚酮阴离子渗透层、含二元胺的苯乙烯/乙烯苄基氯共聚物阴离子渗透层、季铵化聚乙烯阴离子渗透层、季铵化聚氯乙烯阴离子渗透层、季铵化聚苯醚阴离子渗透层、含二环胺的聚砜阴离子渗透层、季铵化苯乙烯/二乙烯苯共聚物阴离子渗透层、含季铵和仲胺的全氟聚合物阴离子渗透层中的一种，阴离子选择渗透层的厚度为15至300微米；双极膜中阳离子选择渗透层为磺化聚乙烯阳离子渗透层、磺化聚苯乙烯阳离子渗透层、磺化聚醚醚酮阳离子渗透层、磺化聚偏氟乙烯阳离子渗透层、全氟磺酸型阳离子渗透层中的一种，阳离子选择渗透层的厚度为15至300微米，在阳离子选择渗透层和阴离子选择渗透层的界面区域引入水解离催化剂。
[0008]所述水解离催化剂为聚乙烯酸/聚乙烯吡啶盐络合物、磺化聚醚醚酮、氢氧化铬、氧化锆、硅铝酸盐、三氧化二铬、氧化镍、氢氧化铝、氧化锡、氢氧化铁、二氧化锰、二氧化铱、二氧化钛、二氧化硅、三氧化二铟、三氧化二钴、铋、锡、钌、铑、钯、锇、铱、铂中的一种或几种任意比例混合物。
[0009]所述阴极为铂电极、铜合金电极、钛电极、不锈钢电极中的任一种，或上述金属任意比例构成的合金，阴极形状为板状、片状、管状或泡沫多孔状。
[0010]所述阳极为铅电极、铅基合金电极、二氧化铅电极、石墨电极、金属氧化物涂层钛电极(金属氧化物包括但不限于氧化锰、氧化钌、氧化铅、氧化铂、氧化铱、锡锑氧化物、钻尖晶石、氧化钯等)、玻碳电极中的任一种，阳极形状为板状、片状、管状或泡沫多孔状(如等三维自支撑多孔电极)。不同形状的电极片针对不同的电解反应，从而适应不同需求下的生产。比如大面积反应下使用板状电极片，高效传质时使用比表面积较大的网状电极，均匀电解反应适用面积均匀的球状电极，而棒状电极提及小巧，适用于小型电解反应。
[0011]一种电解氯化钠制备次氯酸钠的双极膜电解装置的应用方法，其具体操作步骤如下：
[0012]步骤一，用双极膜将电解池分隔成阴极室和阳极室，分别在阴极室和阳极室中放置阴极和阳极；
[0013]步骤二，将氯化钠、氯化钾、氯化钡、氯化钙易溶于水的氯化物溶解到二次水中，配制阴极电解液；配制碱性氯化钠水溶液用作阳极电解液；
[0014]步骤三，将阴极电解液注入到阴极室内，在电解反应开始后，将二次水持续不断注入到阴极室，用于阴极室内水的电还原反应；在阳极室上端持续不断地注入碱性氯化钠水溶液，流出的溶液经蒸发分离后得到次氯酸钠；
[0015]步骤四，在常温常压下，接通电解电源，控制槽电压为4.0
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8.5V，在阴极上氯化钠、氯化钾、氯化钡、氯化钙氯化物水溶液中的水发生电还原反应生成氢气和氢氧根，氢氧根与双极膜水解离生成的氢离子发生反应生成水，生成的氢气储存在储气罐中；在阳极上碱性氯化钠水溶液中的氯离子发生氧化反应生成氯气，氯气会与从双极膜的阴离子选择渗透层迁移而来的氢氧根发生反应生成氯离子和次氯酸根离子，所得次氯酸根离子与氯化钠溶液中的钠离子结合生成次氯酸钠。
[0016]本专利技术中注入阴极室的阴极电解液为质量百分比浓度0.5％～6％的氯化物水溶液，产物为氢气，且阳极电解液为质量百分比浓度0.5％～6％的碱性氯化钠水溶液，pH值8
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12，产物次氯酸钠纯度最高达到462mg/L。
[0017]本专利技术的有益效果是：
[0018](1)本专利技术提出的方法，可以在常温常压条件下同步生产氢气和次氯酸钠，具有设备占地面积小、工艺流程短、设备启停容易、操作简便、环境友好等优点。
[0019](2)本专利技术提出的方法，能够在阴极电解液中电解水制氢气，同时能够在阳极生成次氯酸钠，与无隔膜电解法和阳离子交换膜电解法这两种方法相比，本项专利技术具有以下优点：第一、使用双极膜电解法电解氯化钠溶液制备次氯酸钠，利用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解氯化钠制备次氯酸钠的双极膜电解装置，其特征在于：用双极膜将电解池分隔成阴极室和阳极室，阴极室内的阴极电解液为氯化钠、氯化钾、氯化钡或氯化钙易溶于水、质量百分比浓度为0.5％～6％的氯化物水溶液，；阳极室内的阳极电解液为质量百分比浓度为0.5％～6％的碱性氯化钠水溶液，pH值为8
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12；阴极位于阴极室，阳极位于阳极室，阴极和阳极之间的极间距为2.5cm～6.5cm；在阴极上生成氢气，在阳极室生成纯度高的次氯酸钠溶液。2.根据权利要求1所述的电解氯化钠制备次氯酸钠的双极膜电解装置，其特征在于：所述双极膜中阴离子选择渗透层为咪唑化聚醚醚酮阴离子渗透层、含二元胺的苯乙烯/乙烯苄基氯共聚物阴离子渗透层、季铵化聚乙烯阴离子渗透层、季铵化聚氯乙烯阴离子渗透层、季铵化聚苯醚阴离子渗透层、含二环胺的聚砜阴离子渗透层、季铵化苯乙烯/二乙烯苯共聚物阴离子渗透层、含季铵和仲胺的全氟聚合物阴离子渗透层中的一种，阴离子选择渗透层的厚度为15至300微米；双极膜中阳离子选择渗透层为磺化聚乙烯阳离子渗透层、磺化聚苯乙烯阳离子渗透层、磺化聚醚醚酮阳离子渗透层、磺化聚偏氟乙烯阳离子渗透层、全氟磺酸型阳离子渗透层中的一种，阳离子选择渗透层的厚度为15至300微米，在阳离子选择渗透层和阴离子选择渗透层的界面区域引入水解离催化剂。3.根据权利要求2所述的电解氯化钠制备次氯酸钠的双极膜电解装置，其特征在于：所述水解离催化剂为聚乙烯酸/聚乙烯吡啶盐络合物、磺化聚醚醚酮、氢氧化铬、氧化锆、硅铝酸盐、三氧化二铬、氧化镍、氢氧化铝、氧化锡、氢氧化铁、二氧化锰、二氧化铱、二氧化钛、二氧化硅、三氧化二铟、三氧化二钴、铋、锡、钌、铑、钯、锇...

【专利技术属性】
技术研发人员：施锦，李云飞，吴帅，沈风霞，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：