パート1に使用される電解細胞は何ですか

電解細胞は何に使用されていますか？

電解セル細胞体、アノード、カソードで構成されており、それらのほとんどはダイアフラムによってアノードチャンバーとカソードチャンバーから分離されています。異なる電解質によると、それは水性電解細胞、溶融塩電解細胞、および非水性電解細胞の3つのタイプに分けられます。直接電流が電解細胞を通過すると、陽極と溶液の間の界面で酸化反応が発生し、カソードと溶液の間の界面で還元反応が発生し、目的の生成物が生成されます。電解セルの構造を最適化し、電極とダイアフラムの材料を選択することは、現在の効率を改善し、細胞の電圧を削減し、エネルギーを節約するための鍵です。

アノード

アノードとカソードの機能は異なり、材料の要件も異なります。

可溶性および不溶性カテゴリに分割されています。銅精製用の電解セルでは、アノード材料は精製される可溶性水ぶくれ銅です。電気分解中に溶液に溶解して、カソードで溶液から出る銅を補充します。電解水溶液（塩水溶液など）の電解細胞では、アノードは不溶性であり、電極プロセス中に大幅に変化することはありませんが、電極表面に発生する陽極反応に触媒効果があります。化学産業では、不溶性アノードがほとんど使用されています。

一般的な電極材料の基本要件（電気導電率、触媒活性強度、加工、ソース、価格など）の基本要件を満たすことに加えて、アノード材料は、強い陽極偏光と高温無溶性で不溶性で受動的である必要があり、安定性が高くなります。 。グラファイトは長い間、最も広く使用されているアノード材料でした。ただし、グラファイトは多孔質で、機械的強度が低く、二酸化炭素に簡単に酸化されます。グラファイト電極上の塩素進化の過激性は、生理食塩水溶液の電気分解に使用される場合にも高くなります。

1960年代にH.ビルが提案したチタンベースに酸化ルテニウムと酸化チタンをコーティングすることにより形成された金属酸化物電極は、アノード材料の主要な革新です。二酸化ルテニウムは、塩素の進化や酸素進化などの特定のアノード反応に対して良好な触媒活性を持ち、比較的低い細胞電圧で高電流密度で働くことができます。最も顕著な特徴は、化学物質の安定性が良好であり、その作業寿命はグラファイト陽極の寿命よりもはるかに長いことです。たとえば、クロルアルカリ産生のダイアフラム電解細胞では、その寿命は10年以上に達する可能性があります。腐食するのは簡単ではなく、寸法的に安定しているため、寸法安定アノードと呼ばれます。さまざまな要件や用途に適応するために、他のコンポーネントをコーティングに追加できます。たとえば、スズとイリジウムを追加すると、酸素の過方向を増加させ、アノードの選択性を向上させることができます。たとえば、プラチナを追加すると、電極の安定性が向上します。現在、貴重な金属製の金属アノードは、化学産業で広く促進されています。

電気分解温度は水溶液電解セルのそれよりもはるかに高いため、溶融塩電解セルでは、アノード材料の要件はより厳しくなります。溶融水酸化ナトリウム、鋼、ニッケル、およびその合金の電気分解については、一般的に利用可能です。電解溶融塩化物の場合、グラファイトのみを使用できます。

陰極

金属または合金がカソードとして使用される場合、それは比較的負のポテンシャルで動作するため、カソードの保護の役割を果たすことがよく、腐食性が小さいため、カソード材料を選択しやすくなります。水性電解因子では、カソードは一般に、高い過ポテンシャルを伴う水素進化反応を生成します。したがって、カソード材料の主な改善方向は、水素の進化過剰を減らすことです。硫酸が電解質として使用される場合のカソードとしての鉛またはグラファイトの使用に加えて、低炭素鋼は一般的に使用されるカソード材料です。消費電力を削減するために、現在、多孔質のニッケルメッキカソードなどの特定の表面積と触媒活性が高いカソードを調製するために、さまざまな方法が使用されています。

製品の品質を向上させるために、特別なカソード材料も使用できます。たとえば、水銀カソードで塩水溶液の水銀電解による苛性ソーダの産生は、水銀水素の進化の高い過ポテンシャルを使用してナトリウムイオンを排出してナトリウムアマルガムを生成します。これは、高濃度と高濃度の溶解の特別な装置で使用されます。アマルガムナトリウムは水で分解されます。さらに、電気を節約するために、酸素が消費されるカソードを使用して、カソードの酸素を減らして水素進化反応を置き換えることもできます。理論計算によると、細胞電圧は1.23V幅を下げることができます。

横隔膜

カソード製品とアノード生成物の混合を防ぎ、可能性のある有害反応を回避するために、電解セルでは、カソードとアノードチャンバーは基本的に横隔膜によって分離されます。横隔膜には特定の多孔度が必要なため、イオンは分子や泡を通過させないようにする必要があります。電流が流れている場合、横隔膜のオーム電圧降下は低くなるはずです。これらのパフォーマンス要件は基本的に使用中に変更されておらず、カソードおよびアノードチャンバー電解質の作用の下で良好な化学的安定性と機械的強度が必要です。水を電解する場合、カソードおよびアノードチャンバーの電解質は同じであり、電解細胞の横隔膜は、水素と酸素の純度を確保し、水素と酸素の爆発を防ぐためにカソードとアノードチャンバーを分離するだけで済みます。混合。より一般的で複雑な状況は、電解セル内のカソードおよびアノードチャンバーの電解質組成が異なることです。現時点では、ダイアフラムは、カソードおよびアノードチャンバーの電解質における電解生成物の相互拡散と相互作用を防ぐ必要もあります。たとえば、クロルアルカリの産生におけるダイアフラム電解細胞のダイアフラムは、カソードチャンバー内の水酸化物イオンの拡散と移動の耐性の抵抗を増加させる可能性があります。

ダイアフラムは、クロルアルカリ産業で長い間使用されているアスベストダイアフラムなどの不活性材料で作られています。ただし、アスベストダイアフラムのパフォーマンスは不安定です。ブラインにカルシウムとマグネシウムの不純物が含まれている場合、横隔膜に水酸化物の沈殿を形成するのは簡単で、透過性が低下します。比較的高い温度で、電解質の作用下で、腫れ、ゆるい離陸。この目的のために、樹脂は補強材としてアスベストに加えることができます。または、樹脂で樹脂を本体として作ることができます。近年のクロルアルカリ産生で発生した陽イオン交換膜は、新しいタイプの膜物質です。イオン透過の選択性があり、塩化物イオンが基本的にカソードチャンバーに入らないようにすることができるため、塩化ナトリウムの含有量が非常に低いアルカリ溶液を取得できます。