[发明专利]一种直流电解还原制备硼氢化钠的三室两膜电解槽

说明书

本发明公开了一种直流电解还原制备硼氢化钠的三室两膜电解槽，包括阴极室、阳极室A和阳极室B，所述的阴极室设置在所述阳极室A和所述阳极室B的中间，通过阳离子交换膜与两侧的阳极室分隔开来。本发明所采用的两膜三室电解槽的结构，能够在阴极左右两侧形成均衡分布的电场，从而减少电场对偏硼酸根离子电迁移的影响，提高偏硼酸根离子与阴极的电解催化还原面积，提高电解效率。

技术领域

本发明属于储氢材料制造领域，具体涉及一种直流电解还原制备硼氢化钠的三室两膜电解槽。

背景技术

硼氢化钠是一种优良的储氢材料，其储氢密度可达10.8 wt%，再生产物无污染，放氢纯度高，同时也是一种理想的燃料电池用氢源，在质子交换膜燃料电池(PEMFC)和直接硼氢化燃料电池(DBFC)系统中是很有前途的储氢候选材料，但其价格昂贵，产氢成本太高，再生困难，需要贵金属催化剂等问题制约了其发展。

目前硼氢化钠的制作方法有工业合成法，直接还原法等。相比于其它方法，电化学还原法制备硼氢化钠可以实现在线制备硼氢化钠和硼氢化钠储制氢的循环利用，而且原料成本低，能耗小，操作简单。美国学者Cooper在US3734842中公开了一种电解法合成硼氢化物的工艺，不需要加入还原剂，虽然降低了生产成本，但是电解效率不高，没有再循环利用。中国专利CN1239748C公开了一种硼氢化钠燃料电池循环再利用的制备方法，通过采用电解法使硼氢化物分解生成氢气的副产品偏硼酸盐，重新生成硼氢化物，但是该工艺反应速率较慢，并且采用钛合金作为阳极材料，价格昂贵。公开号为CN110457461A的中国专利公开了一种基于NaBH₄电化学再生的燃油萃取-还原脱硫方法，该工艺将硼氢化钠还原与还原脱硫结合，在工作电极电解池中加入偏硼酸钠和离子液体，对电极电解池中加入离子液体，通过施加脉冲电压进行电解得到硼氢化钠，该工艺虽然使用工作电极为普通材料，但工艺复杂，电解效率不高。

本发明采用电化学方法制备硼氢化钠，但在制备过程中，BO₂^-阴负离子会向阳极移动，使得阴极附近BO₂^-离子浓度降低，导致BO₂^-离子还原为BH₄^-离子十分困难；虽然在阴极仍发生还原反应生成BH₄^-离子，BH₄^-离子会因为向阳极表面移动从而发生氧化反应被消耗，从而降低电解还原效率。在阴极和阳极之间安装离子交换膜可以有效阻碍BO₂^-和BH₄^-离子向阳极迁移，促使BO₂^-还原为BH₄^-。因此电解过程中，需要在阴极室和阳极室之间使用Nafion膜进行隔绝。

目前所使用的单膜两室电解槽装置，由于BO₂^-离子在电场中从阴极向质子交换膜电迁移，得到的NaBH₄浓度低，转化率低，并且需要电量大，依旧不适用于制备NaBH₄的工业需求。

发明内容

针对上述现有电解槽装置不能高效提高NaBH₄的电解产率问题，本发明提出一种直流电解法制备硼氢化钠的具有两膜三室结构的电解槽装置。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种直流电解还原制备硼氢化钠的三室两膜电解槽，包括阴极室、阳极室A和阳极室B，所述的阴极室设置在所述阳极室A和所述阳极室B的中间，通过阳离子交换膜与两侧的阳极室分隔开来。

作为本发明的进一步改进，所述阳极室A和所述阳极室B具有相同的尺寸，对称的设置在所述阴极室的两侧。