[发明专利]用于氯的电解析出的阳极

说明书

技术领域

本发明涉及适用于在电解槽中充当阳极的电极，例如用于在氯-碱电解槽中氯析出的阳极。

背景技术

可用钛或其它用二氧化钌（RuO₂）表面层（其具有降低氯析出阳极反应过电压的性质）活化的其它基于阀金属的阳极进行碱金属氯化物盐水例如用于制备氯和苛性钠的氯化钠盐水的电解。用于氯析出的典型催化剂配制剂例如由具有任选添加IrO₂的RuO₂和TiO₂的混合物组成，其特征在于有相当降低的、尽管不是优化的氯析出阳极过电压。通过将一定量的选自铱和铂的第二贵金属添加至基于混合有SnO₂的RuO₂的配制剂（例如如EP0153586公开的），可在氯过电压方面的获得部分改善并且因而在总工艺电压和能量消耗方面获得部分改善；然而，该配制剂和其它含锡的配制剂表现出同时也降低了并存的氧析出反应的过电压的问题，因而由阳极反应制备的氯受到过量氧的污染。通过WO2005/014885中公开的配制剂（其提供了临界量的钯和铌添加），仅部分减轻氧污染的负面效果，这暗示着氯液化相防止其在聚合物工业领域中一些重要的应用中的用途的风险。特别是在高电流密度下（表示为高于3kA/m²），产物氯的纯度水平仍然远离工业设定的最低目标。

因此，有必要确定适用于在工业电解槽中充当析氯阳极的电极的催化剂配制剂，其表现出氯析出改善的阳极电势与产物氯充足的纯度结合的特性。

发明内容

在所附的权利要求中阐述本发明的各个方面。

在第一方面，本发明涉及用于电解槽中气体产物析出例如用于碱金属盐水电解槽中氯析出的电极，该电极由涂覆有以交替层施加的两种不同催化组合物的金属基材组成，第一催化组合物包含铱氧化物、钌氧化物和至少一种阀金属的氧化物的混合物并且不含锡，第二催化组合物包含铱氧化物、钌氧化物和锡氧化物的混合物。以交替层施加，在本上下文中意指在一种实施方案中该电极可包含两个重叠的催化层，其中每个催化层均以一个或多个涂层沉积，其与基材直接接触的最内层对应于两种催化组合物之一例如第一催化组合物，并且其最外层对应于另一种催化组合物；或者在一种替代性的实施方案中，该电极可包含较大数目的重叠的催化层，其交替地对应于第一和第二组合物。本发明人意外观察到，用如此前描述的交替层（含锡的催化层通常为最佳）制备的电极表现出了显著降低的氯过电压，然而没有氧过电压这样的降低从而污染产物氯，如合理预期的那样。

在一种实施方案中，第一催化组合物的阀金属为钛；尽管在测试阶段期间在第一催化组合物中用不同的阀金属如钽、铌和锆也观察到优异的结果，但是观察到钛使优异的催化活性和在较宽组成范围（以金属计的原子组成表示为20-80%）内的选择性组合。在一种实施方案中，第一催化组合物包含以金属计（referred to the metal）的Ru=10-40原子%、Ir=5-25原子%、Ti=35-80原子%百分比的铱氧化物、钌氧化物和钛氧化物。任选地，可以以金属计的0.1-5%原子百分比在第一催化组合物中添加少量的铂；尽管具有略微较高的成本，但是这可具有进一步降低氯析出反应过电压的优势。

在一种实施方案中，第二催化组合物包含以金属计的Ru=20-60原子%、Ir=1-20原子%、Sn=35-65原子%百分比的铱氧化物、钌氧化物和锡氧化物。任选地，可以以金属计的总共0.1-10原子%百分比在第二催化组合物中添加一定量的铂和/或钯；还可以以金属计的0.1-3原子%百分比的量在第二催化组合物中添加铌或钽。这样的任选添加可具有提高电极工作寿命的优势并且允许获得催化活性与对于氯析出反应的选择性的更有利的平衡。

在另一方面，本发明涉及制造电极的方法，其包括以下顺序步骤：

-施加包含第一催化组合物组分的前体的第一溶液例如可热分解的盐，随后任选在50-200℃下干燥5-60分钟并且在空气存在下在400-850℃下热分解不少于3分钟的时间；可以以多个涂层进行施加，即重复上述过程多次

-施加包含第二催化组合物组分的前体的第二溶液例如可热分解的盐，随后任选在50-200℃下干燥5-60分钟并且在空气存在下在400-850℃下热分解不少于3分钟的时间；可以以多个涂层进行施加，即重复上述过程多次

-任选重复仅第一溶液或两种溶液依次的施加、任选的干燥和热分解，任选重复整个循环。

通过首先施加包含第二、含锡的催化组合物的前体的溶液，可以颠倒前两个步骤的执行。