Застосування газодифузійного катоду в електрохімічному синтезі гіпохлориту натрію

Abstract

Для гальмування катодного відновлення гіпохлорит іонів при електрохімічному синтезі гіпохлориту натрію запропоновано змінити природу катодного процесу. За рахунок підводу до границі катод-електроліт кисню створюється можливість зміни природи катодного процесу з виділення водню на відновлення кисню. Зміна природи катодного процесу дозволить значно знизити різницю електродних потенціалів. Шляхом керування швидкістю подачі кисню гальмується підвід ClО⁻ до поверхні катоду. Процес електрохімічного відновлення кисню досліджено із застосуванням газодифузійного катода при електролізі водних розчинів хлориду натрію. В якості поруватого катоду використовували графіт марки ПГ-50. Графітовий електрод активували обробкою в окислювачах для створення на його поверхні шару активних сполук вуглецю, та наносили оксиди нікелю методом термічного розкладу нітрату нікелю. Газодифузійний режим створювали шляхом подачі повітря до тильної поверхні поруватого катоду. Досліджено вплив матеріалу електроду на катодні поляризаційні залежності у водному розчині NaCl на поруватому графіті та на графіті, активованому нікелем, без подачі повітря, з помірною подачею повітря та подачі повітря з надлишком. Графіт, активований оксидами нікелю, показав більшу каталітичну активність у реакції відновлення кисню. Рівноважні потенціали графітового електроду без покриття та з активуючим покриттям досліджувались у водному розчині 3 моль дм⁻³ NaCl. Одержані поляризаційні залежності на обох досліджуваних матеріалах доводять, що подача повітря в газодифузійний електрод змінює хід вольтамперної залежності. Значний зсув рівноважного потенціалу у негативний бік вказує на вплив адсорбційних процесів при формуванні подвійного електричного шару на границі електрод-електроліт. Заміна природи катодного процесу з виділення водню на відновлення кисню дозволяє збільшити вихід за струмом до 52 % і концентрацію NaClО до 27 г дм⁻³. Проаналізовано характер протікання катодного процесу відновлення кисню при зміні режиму подачі повітря. Проведений балансовий електрохімічний синтез гіпохлориту натрію протягом 10 годин довів ефективність запропонованого технічного рішення.

During the electrochemical synthesis of sodium hypochlorite, it was proposed to change the nature of the cathode process to eliminate the cathode reduction of hypochlorite ions. Changes in the nature of the cathode process from hydrogen evolution to oxygen reduction are created by supplying oxygen to the cathode-electrolyte interface. Changing the nature of the cathode process will significantly reduce the difference in electrode potentials. By controlling the rate of oxygen supply, the supply of ClO⁻ to the cathode surface is inhibited. The process of electrochemical oxygen reduction was investigated using a gas diffusion cathode in the electrolysis of aqueous solutions of sodium chloride. Graphite mark PG-50 was used as a porous cathode. The graphite electrode was activated by treatment in oxidizing agents to create a layer of active carbon compounds on its surface. Nickel oxides were deposited by thermal decomposition of nickel nitrate. Gas diffusion mode was created by supplying air to the back surface of the porous cathode. The effect of the electrode material on the cathode polarization dependences in an aqueous solution of NaCl on porous graffiti and graffiti activated by nickel without air supply, with moderate air supply and air supply with excess, is investigated. Graphite, activated by nickel oxides, showed great catalytic activity in the oxygen reduction reaction. The equilibrium potentials of a graphite electrode without coating and with an activating coating were investigated in an aqueous solution 3 mol dm⁻³ NaCl. The obtained polarization dependences on the materials under study prove that the air supply to the gas diffusion electrode changes the course of the current-voltage dependence. A significant shift of the equilibrium potential in the negative direction indicates the influence of adsorption processes in the formation of a double electric layer at the electrode-electrolyte interface. Replacing the nature of the cathode process of hydrogen evolution by oxygen reduction allows increasing the current efficiency up to 52 % and NaCl concentration up to 27 g·dm⁻³. The nature of the flow of the cathode oxygen reduction process when changing the mode of air supply is analyzed. The balance electrochemical synthesis of sodium hypochlorite for 10 hours proved the effectiveness of the proposed technical solution.