[发明专利]具有高能量效率的双极性电极及其用于合成氯酸钠的用途

说明书

发明领域

本发明涉及新的双极性电极，所述双极性电极在其一部分上具有阴极涂层并且在其另一部分上具有阳极涂层。本发明还涉及这些新的电极用于合成氯酸钠的用途。

附图简述

在附图中：

-图1a和1b是单极性电极的示意图；

-图2a和2b是双极性电极的示意图；

-图3是铝化铁涂层在钢1020上的密着力试验的图解；

-图4是铝化铁涂层在钛上的密着力试验的图解；

-图5是图解用于密着力试验的拉杆(traction dowels)组件的示意图；

-图6是DSA电极的和钛基材上Fe_3-xAl_1+xM_yT_z型涂层的氯酸盐溶液中腐蚀试验的图解；

-图7是根据本发明的双极性电极的示意图；

-图8a、8b是根据本发明的双极性模块的示意图；并且

-图9a、9b和9c是双极性电极的照片，所述双极性电极以这样的方式制造：这些电极的一部分被DSA型涂层覆盖，并且另一部分被Fe_3-xAl_1+xM_yT_z型涂层覆盖。

技术背景

氯酸钠(NaClO₃)当前在纸浆和造纸工业中被用作漂白剂。其通过钠盐(NaCl)的电解根据以下化学反应制备：

NaCl+3H₂O→NaClO₃+3H₂

该工艺是非常耗能的并且每吨氯酸钠需要5000至5500kW的电力。其中流通高持续电流的电解池通常包括尺寸稳定阳极(DSA)和钢或钛的未涂布阴极。DSA阳极在电解池的现有技术中是熟知的，参见，例如：WO 4101852、WO 4094698、US 6,071,570、US 4,528,084、US 5,989,396、US 6,572,758、US 4,233,340；US 5,419,824；US 5,593,556和US 5,672,394。

这些DSA阳极典型包括钛基材，在所述钛基材上可能地与其它氧化物或化合物如氧化铱一起涂敷有氧化钌的涂层。依靠该催化涂层，在阳极侧上的能量损失低。这反映为几十毫伏的低阳极过电压。然而，在阴极侧并非如此。在钢板的表面上的阴极过电压为约900mV，而在钛板的表面上阴极过电压为约1200mV。因而在阴极侧上的能量损失代表了该工艺中的能量损失的主要来源。这就是近年来本发明的发明人尝试发现使这些电极上的过电势降低的高性能阴极涂层的原因。

也来自本发明的发明人的WO/2008/138148给出了这样的阴极涂层的实例。其描述了涂敷在电极的表面上的Fe_3-xAl_1+xM_yT_z型合金，用于制备在能量方面性能非常好的经涂布的电极。

阴极和阳极根据不同构造被组装在电解池中。组装的两种类型是不同的。单极性电解槽和双极性电解槽。图1显示了单极性电解槽的示意图。在这样的构造中，每一个电极仅发挥一种功能，即阳极或阴极的功能。因此，如果希望改进这种电解槽的能量效率，则关于涂层的类型没有歧义。对于阳极，将选择钛基材并且将涂敷氧化钌的涂层以制成DSA；并且对于阴极，可以选择钢板并且可以涂敷Fe_3-xAl_1+xM_yT_z型涂层以制成具有高能量性能的阴极。

图2显示双极性电极的示意图。在双极性构造中，电极或电极的模块同时起到阳极的功能和阴极的功能。在上面的示意图图2a中，双极的负性面是阴极而正性面是阳极。在下面的示意图图2b中，双极性模块的左侧部分中的电极(负号)是阴极，而右侧的电极(正号)是阳极。这些电极被组装并焊接在一起以制成双极性电极模块。由于双极性电极，如图2a中所示的双极性电极同时表现出阳极和阴极功能，因此，为了整体地提高工艺效率，应当选择什么类型的电极？是应当选择用于优化阳极反应开发的钛基材上的DSA电极，还是选择具有催化涂层以促进阴极反应的钢板？除这些困难以外，双极性电极模块，如图2的底部所示的双极性电极模块表现出另一个问题。阳极侧(模块的右侧)上的电极通常是钛基材上的DSA，而阴极侧(模块的左侧)上的电极是钢板。现在，非常难以将钛焊接至钢。因此这样的模块存在组装上的困难。