[其他]钯银合金电解透氢阴极制法

说明书

本发明属于电解水制备超纯氢气方法的改进。

在化学分析和精密技术方面，尤其是在尖端技术、国防和环境污染监测等用途上往往需要小型、便携、高纯、安全的氢气源。在这方面钯阴极电解超纯氢气发生器是无可代替的。现在该技术被美国米尔顿·罗依（Milton    Roy）公司垄断。其技术核心为以纯钯为阴极材料，经过特殊活化工艺处理成为高寿命、高效透氢阴极。其缺点是纯钯机械性质较差，消耗钯量大，阴极寿命尚短，按规定使用一年后要回厂重新活化，对使用甚为不便。此外，也有采用钯银合金为阴极的，但由于没有解决表面活化技术，只能在高温下工作，未达到实用化。

本发明的目的是克服上述缺点，采用钯合金为阴极，创制一种新的活化方法，制成省钯、长寿命、再生方便的钯合金阴极，发展为新的可在常温下电解水的超纯氢气发生器系列。

此种电解超纯氢发生器可在常温下电解水，直接获得极高纯度的氢气。其核心部件是包括一组管状钯合金阴极的电解池。其阳极为镍，电解液为氢氧化钠水溶液。电解时在钯合金管外表面上因电解产生的氢原子溶入钯合金内部，合金内氢原子浓差产生的扩散过程使氢原子运动至内表面并复合为氢分子，则在阴极管内壁收集到纯度可达99.9999%的氢气。该装置的关键工艺是钯合金阴极的制作。

阴极选用钯银合金，可行的合金配方：钯中含银量5-25%。钯合金经过熔炼、铸锭、冷轧成管坯，再冷拉成薄壁管。每道加工工序加工率控制在25%左右，中间需经过一次退火处理（氩气氛中750℃，退火1小时）。控制时用水润滑，不得采用有机润滑剂。表面保持洁净和控制后作清洁处理是必要的。钯管用纯银封头以氢焰熔化封住一端，另一端以纯银真空焊接在底盘上。

阴极表面活化处理是将钯合金在氧化态金属，如镍的催化下，在熔融氢氧化钠中处理表面。例如，在480-500℃的镍坩埚中进行浸碱处理5-15分钟。该过程中足够的氧化态镍的存在是关键。为获得氧化态镍，可在镍坩埚中加入NaOH，予先在600-700℃加热5-10小时。因为，它是消耗性的，所以在处理一组钯合金管以后，要再次在650℃附近加热含镍熔碱4-8小时。

合格表面应为亮黑微兰带微细龟纹的牢固活化层。若不符合此要求，须进行阴极再生处理。

再生处理的目的是要除去不合格的活化层，恢复活化前的钯管。例如，可以用盐酸、氨水、去离子水顺序清洗，以氢火焰快速烧至暗红色，再冷却。

阳极由表面镀纯镍的金属制成。表面进行阳极化处理是有益的。应仔细除去使阳极中毒的Fe，Cu，Pb等重金属离子。氢氧化钠电解液也应进行予电解，以除去金属离子杂质。

实施例1

选用含银25%的钯合金拉制成φ3×0.08mm的薄壁管。将管一头用纯银堵住，另一头以真空焊接在底盘上。在镍坩埚中加入NaOH，在700℃加热5小时，然后将阴极组在480℃浸泡10分钟。取出降温，用去离子水浸泡，洗去NaOH。

实施例2

选用含银20%的钯合金拉制成φ3×0.08mm的薄壁管。将一组8根钯合金管，一头先不封口，另一头以高频焊接在底盘上，该底盘包括氢气出口。在650℃下加热盛NaOH的镍坩埚10小时，然后将合金管组在500℃的上述熔融NaOH中浸泡5分钟。取出冷却后，以去离子水洗净，干燥。以氢焰将纯银封头封死钯合金管末端。

实施例3

在镍坩埚中加入NaOH，在650℃加热10小时，再在490℃浸泡银合金管10分钟，内外壁都浸泡。取出钯合金管后再升温至650℃加热5小时，再冷至490℃，浸泡另一组钯银合金管。上述阴极寿命可达两年以上。

实施例4

活化处理好的钯合金阴极为一组8根一端封闭的钯银管。电解池阳极由外壳和中心棒组成。阴极和阳极间距要尽量均一。电解池以整流直流电源供电。产生氢气经蓄气瓶、稳压阀、开关阀连接用气装置。发生器内氢压的稳定可以用压力传感器带动继电器控制电解直流电源的电流来实现。这样就组成了简便、稳定气压的小型超纯氢气源。本发明对于色谱分析、化学反应、电子元件工艺及其他需要小量、便携超纯氢气的场合提供了最佳的方法，比现有方法具有节省钯材、长期维持高效透氢效率和便于再生等优点。