[发明专利]一种用于食盐电解的负载型银碳催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及适用于氯碱工业中的一种用于食盐电解的高效催化 剂，尤其涉及一种负载型银碳催化剂及其制备方法。

背景技术

世界烧碱生产工艺主要有离子膜法、隔膜法及水银法，另有少量 苛化法。目前，离子膜法相继取代水银法、隔膜法、苛化法，成为烧 碱生产的首选方法.离子膜法所用的仍然是氢析出阴极(镍网+活性涂 层)，其电解化学反应式为：2NaCl+2H₂O-→Cl₂+2NaOH+H₂，它的理论电 解电压为2.24V，需要耗费大量能源.将气体扩散电极运用在离子膜 电解槽中，取代目前使用的活性阴极，发生在阴极是气液固三相电极 反应，其电解化学反应式为：2NaCl+H₂O+1/2O₂→Cl₂+2NaOH，它的理论 电解电压为0.96V，气体扩散电极比现行的普通阴极(镍网+活性涂 层)的电极电位降低了1.2V左右，从而可以在理论上达到节能40 ％的效果。气体扩散电极是由催化层、集流体、扩散层三部分组成， 而催化层的催化活性的好坏直接决定气体扩散电极的性能。传统的催 化层的制备方法是将银的胶体、炭黑、粘结剂、溶剂先混合然后热压 成型制得，这里银的胶体作为催化层上的催化剂。银的胶体作为催化 层上的催化剂存在着以下的问题：1)银的胶体必须存放在以氨基酸、 聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇等稳定剂的溶液中；在催化层的制备过 程中必然会引入由于稳定剂产生的杂质，影响催化剂的活性；2)在 催化层的制备过程中，热压成型后，大部分的稳定剂高温分解，没有 稳定剂保护的银胶体必然会发生团聚，粒径变大，催化活性降低；3) 在电解食盐水的过程中，由于银的胶体与炭黑之间没有结合力，随着 电解时间的增加，银的胶体必然会损失，脱落到电解液中，气体扩散 电极的寿命受到影响；4)由于银的胶体与炭黑之间没有结合力，所 以银颗粒与碳颗粒之间的电子传输会受到一定的影响。基于以上四个 存在的问题，必须对传统的催化剂进行改变，一方面必须制备出负载 型的银碳催化剂；另一方面银颗粒必须粒径小且均匀的负载在炭黑的 表面。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的问题，而提供一种简易的适用 于氯碱工业中的一种用于食盐电解的高效催化剂及其制备方法，该方 法制备出来的银颗粒粒径小且均匀的分散在炭黑颗粒的表面。

本发明的一种用于食盐电解的负载型银碳催化剂，其特征在于， 所述负载型银碳催化剂为固体粉末，粒径为3～10nm银颗粒均匀分散 的负载在酸化的炭黑颗粒的表面，银的负载率范围为40％～400％，银 与酸化的炭黑的质量比为0.4～4∶1。

本发明的上述炭黑为Vulcan-72x炭黑。

一种负载型的银碳催化剂的制备方法，采用化学还原的方法，将 银氨水溶液与氢氧化钠溶液依次倒入到由乙二醇和酸化的炭黑组成 的反应体系中均匀的搅拌，在一定的反应温度下，冷凝回流，反应产 物为黑色的溶液，最后通过离心分离或过滤水洗、干燥、得到黑色的 固体粉末。其中所述的银氨水溶液为银的前驱体；其中所述的氢氧化 钠是用来调节反应溶液pH值的；其中所述的乙二醇是还原剂；其中 所述的酸化的炭黑是银催化剂的载体；其中所述的黑色的固体粉末是 负载型的银碳催化剂。通过TG-DTA热失重仪器得到负载率，银的负 载率范围为40％～400％；银与酸化的炭黑的质量比为0.4～4∶1。

本发明所提供的一种负载型的银碳催化剂的制备方法，包括以下 步骤：

1)将Vulcan-72x炭黑加入到质量分数为68％的硝酸中，炭黑与 质量分数为68％的硝酸的质量比为0.01～0.04∶1；温度控制在120 ℃～160℃，冷凝回流5～24h，过滤水洗至中性、干燥得到酸化的炭 黑；

2)将酸化的炭黑与乙二醇放入三颈烧瓶中超声分散10～30min； 酸化的炭黑与乙二醇的质量比为0.0001～0.01∶1；