[发明专利]电极、其制造方法及电极的用途

说明书

本发明涉及到应用于电解方面的一种改进型电极，更确切地说，涉及的电极具有一种表面结构，能造成更有效地去除气体产物和增强电解质循环。此外，本发明还关系到制造这种电极的方法及电极的用途。该电极主要是打算用在薄膜电解槽的电解法中，但它也有利于用在其它类型的生产方法中。

在薄膜电解法中，电解槽的阳极空间和阴极空间是由一个离子选择薄膜分隔开的。在薄膜电解槽中进行电解的方法正在许多场合中应用，而其中主要的工业应用是制备商品氯气。

在氯气制备中，一种碱金属氯化物水溶液，主要是氯化钠水溶液被电解。含有20～50重量％的氯化钠的盐水加到该电解槽的阳极空间，为了防止堵塞该离子选择膜，盐水在加到该槽之前必须彻底提纯，其中包括离子交换。在电解中，氯气在阳极表面形成，并且析出的气体通过设在槽顶上专用的气体出口直接排到槽外。该盐水进行循环之前，被耗去的5～10重量％，然后，补充新的氯化钠。

水或稀释的氢氧化钠完全加到阴极空间。碱金属离子通过离子选择薄膜从阳极空间传导到阴极空间，阴极空间将含有氢氧化钠溶液，其中氢氧化钠含量大约为20-35重量％。在电解作用中形成的氢气和富集的氢氧化钠被排出该电解槽，以便进一步提纯。

因为在电解生产过程中电力费用是主要的花费，所以作了相当大的努力来减少电能消耗。因此，在阳极和阴极表面都应用了强力催化剂。此外，采用薄膜、特定几何形状的电极和高的温度。

为了降低被电解的溶液的电阻，期望把阳极和阴极之间的间隙做得尽可能地小些。通常使阴极空间中的压力稍微高些，因为氢氧化钠比氯化钠更容易传导电流。由于这个稍高的压力，该薄膜被压向阳极面，在电解作用下，例如在碱金属氯化物电解中发生气体时，许多气泡势必聚集在阳极和／或阴极与薄膜之间的交界面处，导致电解质的电阻上升。曾建议过几种方法以便于把形成的气泡分离走；例如，曾把薄膜表面做成疏水性的，以便使气泡的尺寸最小，同时防止粘附在膜上。此外，还知道对电极表面设置一种纵向花纹。例如，EP159，138欧洲专利公开的一种电极具有一种花纹能适当地快速去除形成的气泡，这个电极包括有多层薄板，但电极表面没有压纹。

在薄膜电解槽中制备氯气的另一已知问题是氢氧化钠通过离子选择膜的迁移问题。在最靠近阳极附近形成的碱性膜对阳极催化剂以及支撑阳极的结构带来很不利的影响。

从根据汞生产过程的氯-碱电解法可知，更加适度地促进循环措施可极大地节能。借助于使电极的几何图形最佳化和应用钛做的薄导轨在电极间隙中靠形成的氯气泡可使盐水加强循环。在氯酸盐和水的电解中，电解槽和电极采用的方式，使得利用氯气泡的浮力产生对过程有利的电解质循环。

本发明的目的是提供一种电极，它具有改进的电极几何形状，导致快速去除所形成的气体，并改进电解质循环，而其次的效果便是相当大地扩大了电极表面，此外，本发明关系到制备该电极和使用它的方法。这种电极主要用于薄膜电解槽的电解中，这里，特别是改进形成的气泡的排除和在薄膜和阳极间交接面之间电解质的循环，但它对其它形式的电解过程也是有利的。电化学回收金属和从稀溶液中电解回收气体，例如从海水中回收氯气，在这些应用实例中利用改进电极的几何形状而增加了效果。

该电极包括一种导电金属，其表面被模压成垂直的中央循环沟槽和向上引导的沟槽，配置成鱼刺形花纹，该向上引导的沟槽与垂直的中央循环沟槽相沟通，必要时，该垂直的中央循环沟槽可以开缝或设孔。由于电极的这种结构，在薄膜和电极表面之间的间隙中可获得各薄膜过程中不均等的电解质循环；该间隙对此过程是十分严格的。除了快速提供电解质之外，还能有效地排除所形成的气体。此外，由于氢氧化钠迁移而形成的碱性膜被快速流动的电解液冲淡。

在电极表面上的压纹，使金属表面具有一层微结构，该微结构与各带纹的沟槽的间隔有关，并和各沟槽的尺寸有关，这样，在各种薄膜电解法中所用的各薄膜不会向阻碍气流的范围弯曲。由压纹得到的微结构意味着有一个较大的电极表面，从而减少电极势能，除了改进性能外，也能使电极缓和地运行，从而延长了使用寿命。

所推荐的压纹造成电极表面扩大到大约2～3倍，它使电极势能减少到各不相同的程度，这取决于电解过程的性质和产生的电极反应。扩大表面有利于气体形成的电极中所期望的电极反应优先发生，这意味着该类型的气体发生决定于电极的几何形状，例如，从含有其它阴离子的稀氯化物溶液中析出氯优先于析出其它气体，所用的溶液比工业生产氯和氯酸盐常用的溶液稀，这时上述效果更为显著。因此，扩大表面有助于减小阳极上的二次反应。