[其他]钯合金电解透氢阴极制法

说明书

本发明选用钯合金作为电解透氢阴极材料，找到一种用高价态镍催化，以ＮａＯＨ活化阴极表面的方法，从而制成高效率透氧钯银合金阴极。以此制成的电解池，可制成小型电解超纯氧气发生器，应用于广泛科技领域。

本发明属于电解水制备超纯氢气方法的改进。

在化学分析和精密技术方面，尤其是在尖端技术、国防和环境污染监测等用途上往往需要小型、便携、高纯、安全的氢气源。在这方面，钯阴极电解超纯氢气发生器是无可代替的。现在该技术被美国米尔顿.罗依（Milton Roy）公司垄断。其技术核心为以纯钯为阴极材料，经过在高温氧化气氛中浸碱的活化工艺处理而成为高寿命、高效透氢阴极。其缺点是纯钯机械性能较差，消耗钯量大，阴极寿命较短，按规定使用一年后要回厂重新活化，对使用甚为不便。该公司专利[Fr、1，472，697（1967）]曾提到：若用钯银合金，寿命较短，不予推荐。此外，也有采用钯银合金为阴极的（AD664361，特开昭58-48683，特公昭53-46493），但只能用很浓的电解液，在高温下工作，不能在常温下使用，因为没有解决阴极表面活化技术。

本发明的目的是克服上述缺点，发明一种新的活化钯合金的方法，制成省钯、长寿命、再生方便的钯合金阴极，发展为新的可在常温下电解水的超纯氢气发生器系列。

此种电解超纯氢发生器可在常温下电解水，直接获得极高纯度的氢气。其核心部件是包括一组管状钯合金阴极的电解池。其阳极为镍，电解液为氢氧化钠水溶液。电解时在钯合金管外表面上因电解产生的氢原子溶入钯合金内部，合金内氢原子浓差产生的扩散过程使氢原子运动至内表面并复合为氢分子，则在阴极管内壁收集到纯度可达99.9999%的氢气。该装置的关键工艺是钯合金阴极的制作。

阴极选用钯银合金可行的合金配方：钯中含银量5-25%。钯合金经过熔炼、铸锭、冷轧成管坯，再冷拉成薄壁管。每道加工工序加工率控制在25%左右，中间需经过一次退火处理（氩气氛中750℃，退火1小时）。控制时用水润滑，不得采用有机润滑剂。表面保持洁净和控制后作清洁处理是必要的。钯管用纯银封头以氢焰熔化封住一端，另一端以纯银真空焊接在底盘上。

阴极表面活化处理是将钯合金管在氧化态金属，如镍的催化下，在熔融氢氧化钠中处理其表面。例如，在480-500℃的镍坩埚中进行浸碱处理5-15分钟。该过程中足够的氧化态镍的存在是关键。为获得氧化态镍，可在镍坩埚中加入NaOH，予先在600-700℃加热5-10小时。因为，它是消耗性的，所以在处理一组钯合金管以后，要再次在650℃附近加热含镍熔碱4-8小时。

合格表面应为亮黑微兰带微细龟纹的牢固活化层。若不符合此要求，须进行阴极再生处理。

再生处理的目的是要除去不合格的活化层，恢复活化前的钯管。例如，可以用盐酸、氨水、去离子水顺序清洗，以氢火焰快速烧至暗红色，再冷却。

阳极由表面镀纯镍的金属制成。表面进行阳极化处理是有益的。应仔细除去使阳极中毒的Fe，Cu，Pb等重金属离子。氢氧化钠电解液也应进行予电解，以除去金属离子杂质。

实施例一

选用含银25%的钯合金拉制成φ3×0.08mm的薄壁管，一头以真空焊接在底盘上。在镍坩埚中加入NaOH，在700℃加热5小时，然后将阴极管组在480℃浸泡10分钟。取出降温，用去离子水浸泡，洗去NaOH，将管端用纯银堵住。活化处理好的钯合金阴极为一组8根一端封闭的钯银管。电解池阳极由外壳和中心棒组成。阴极和阳极间距要尽量均一。电解池以整流直流电源供电。产生氢气经蓄气瓶、稳压阀、开关阀连接用气装置。发生器内氢压的稳定可以用压力传感器带动继电器控制电解直流电源的电流来实现。这样就组成了简便、稳定气压的小型超纯氩气源。阴极寿命可达两年以上。

实施例二

选用含银20%的钯合金拉制成φ3×0.08mm的薄壁管。将一组8根钯合金管，一头先不封口另一头以高频焊接在底盘上。该底盘包括氢气出口，在650℃下加热盛NaOH的镍坩埚10小时然后将合金管组在500℃的上述熔融NaOH中浸泡5分钟。取出冷却后，以去离子水洗净，干燥以氢焰将纯银封头封死钯合金管末端。其余装置系统与实施例一同。阴极寿命可达两年以上。