[发明专利]用于制备氯·氢氧化钠的电解池以及制备氯·氢氧化钠的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于制备氯·氢氧化钠的电解池和制备氯·氢氧化钠的方法，且更具体地，涉及用于当通过使用气体扩散电极制备氯·氢氧化钠时，有效地防止钙沉积的电解池。

背景技术

在材料产业中，盐水的电解已经扮演了重要的角色。然而，电解所需的能耗高。因此，在能量成本高的日本，节约电解使用的能量已成为重要问题。

目前主流的离子交换方法通过盐水的电解获得氢氧化钠水溶液、氯和氢(参照下述方程式(1))。尽管离子交换法的理论分解电压为约2.19伏，但因为欧姆电势损失、电极的过电压等，所述操作实际上是在约3伏的实际需要的电压(在下文中称为“实际电压”)进行的：

2NaCl+2H₂O→Cl₂+2NaOH+H₂(1)

与之对照，为了尝试大量地节能，已经研究了一种组合方法，其中将离子交换法与使用气体扩散电极作为阴极以还原氧的方法(参照下述方程式(2))相结合，并且这种组合方法(在下文中被称为“氧阴极法”)为：

2NaCl+1/2O₂+H₂O→Cl₂+2NaOH    (2)

氧阴极法可以将理论分解电压降低至0.96伏，并且即使包括其它电阻组分，也可以在约2伏的实际电压操作。尽管不生成氢，但可以期待节能30％以上。

在专利文献1至3中，公开了作为改良的氧阴极法的方法，其中气体扩散电极与离子交换膜紧密接触，更具体地，其中公开了一种方法，其中阴极室被构造为阴极气体室。因为此方法由两个室即阳极室和阴极室构成，它可以被称为二室法，与由阳极室、阴极室和气体室构成的三室法相反。在此方法中，使气体扩散电极与离子交换膜接触，并且将弹性材料(衬垫材料)充填入阴极室中，使得通过使用其中产生的斥力将气体扩散电极经由离子交换膜均匀地压在阳极的整个表面上。而且，为了更加安全地保持和排出氢氧化钠水溶液，存在着将亲水性液体渗透材料置于离子交换膜和气体扩散电极之间的情况。这种二室法是改良的方法，其中可以降低电压或耗电，因为与常规的三室法相比，电极间的距离最小化了。

根据所述二室法，可以用液体渗透材料(即，专利文献3的[0025]段的液体保持层)保持氢氧化钠水溶液，并且可以通过将亲水性液体渗透材料置于离子交换膜和气体扩散电极之间来稳定地进行电解，两者均是可能的。然而，取决于该方法的液体渗透材料的材质或结构，存在着通过透过离子交换膜的水(下文中称为“浸透水”)被转移至阴极的微量钙离子易于在阴极的朝向离子交换膜的表面上沉积的问题。钙离子源自保留在盐水中的杂质。在三室法中观察不到这种在朝向离子交换膜的阴极表面上的现象。

在离子交换膜法中，需要的是，在对盐水纯化的严格控制下，提供至阳极室的盐水中的钙离子的浓度应保持处于低浓度。作为这样的纯化方法中的一种，一种用于除去钙离子等的方法是已知的，其中向包括絮凝反应器、沉降槽、砂过滤器和微过滤器的盐水纯化工艺中增加通过螯合树脂的纯化。然而，即使进行了通过螯合树脂的纯化，仍难以完全除去盐水中的钙离子，且钙离子以约10ppb残留在盐水中。一些残留钙离子随着浸透水穿过离子交换膜，向阴极移动，并且在当它们到达离子交换膜的表面附近时，与高浓度的氢氧化钠水溶液反应，生成了沉积在离子交换膜表面附近的氢氧化钙。在其中将亲水性液体渗透材料置于离子交换膜和气体扩散电极之间的电解池的情况下，氢氧化钠水溶液的流动在亲水性液体渗透材料接触的点降低；且移动透过离子交换膜的钙难以扩散并与羟基离子键合，而易于沉积在离子交换膜的表面上。

引用列表

专利文献

PLT1：专利公布(特开平)11-124698

PLT2：专利号3553775

PLT3：专利公布(特开)2006-322018

发明概述

本发明要解决的问题

在如约为一个月的短期运转中，这种如上所述的问题不产生影响。然而，因为离子交换膜非常昂贵，商业电解池在直到更新离子交换膜时已运运转了约五年。其间，钙的沉积在离子交换膜中蓄积，导致离子交换膜的劣化，并因此使这种影响更大。由于离子交换膜的劣化，必须缩短更换离子交换膜的周期，这增加了在总体生产成本中离子交换膜的购置成本所占的比率。这是不经济的。当在电解电压和电流效率一直劣化的条件下进行运转时，电能的成本不经济地增加，并且在最坏的情况下有可能由于离子交换膜中发生起泡或随离子交换膜的强度下降发生断裂而可能使阳极等受损。