DOI: https://doi.org/10.20998/2079-0821.2018.39.03

ЗАСТОСУВАННЯ ГАЗОДИФУЗІЙНОГО КАТОДУ В ЕЛЕКТРОХІМІЧНОМУ СИНТЕЗІ ГІПОХЛОРИТУ НАТРІЮ

Katerina Sergeyevna Rutkovska, Gennadiy Georgievich Tul’skiy, Irina Valerievna Senkevich, Valentina Mefodievna Artemenko

Анотація


Для гальмування катодного відновлення гіпохлорит іонів при електрохімічному синтезі гіпохлориту натрію запропоновано змінити природу катодного процесу. За рахунок підводу до границі катод–електроліт кисню створюється можливість зміни природи катодного процесу з виділення водню на відновлення кисню. Зміна природи катодного процесу дозволить значно знизити різницю електродних потенціалів. Шляхом керування швидкістю подачі кисню гальмується підвід ClО до поверхні катоду. Процес електрохімічного відновлення кисню досліджено із застосуванням газодифузійного катода при електролізі водних розчинів хлориду натрію. В якості поруватого катоду використовували графіт марки ПГ-50. Графітовий електрод активували обробкою в окислювачах для створення на його поверхні шару активних сполук вуглецю, та наносили оксиди нікелю методом термічного розкладу нітрату нікелю. Газодифузійний режим створювали шляхом подачі повітря до тильної поверхні поруватого катоду. Досліджено вплив матеріалу електроду на катодні поляризаційні залежності у водному розчині NaCl на поруватому графіті та на графіті, активованому нікелем, без подачі повітря, з помірною подачею повітря та подачі повітря з надлишком. Графіт, активований оксидами нікелю, показав більшу каталітичну активність у реакції відновлення кисню. Рівноважні потенціали графітового електроду без покриття та з активуючим покриттям досліджувались у водному розчині 3 моль×дм–3 NaCl. Одержані поляризаційні залежності на обох досліджуваних матеріалах доводять, що подача повітря в газодифузійний електрод змінює хід вольтамперної залежності. Значний зсув рівноважного потенціалу у негативний бік вказує на вплив адсорбційних процесів при формуванні подвійного електричного шару на границі електрод–електроліт. Заміна природи катодного процесу з виділення водню на відновлення кисню дозволяє збільшити вихід за струмом до 52  % і концентрацію NaClО до 27 г×дм–3. Проаналізовано характер протікання катодного процесу відновлення кисню при зміні режиму подачі повітря. Проведений балансовий електрохімічний синтез гіпохлориту натрію протягом 10 годин довів ефективність запропонованого технічного рішення.


Ключові слова


газодифузійний електрод; електросинтез; деполяризація; гіпохлорит натрію; відновлення кисню; вольтамперна залежність

Повний текст:

PDF

Посилання


Girenko D. V., Nikolenko N. V., Velichenko A. B. Elektroliz razbavlennykh rastvorov NaCl v prisutstvii gidrokarbonata natriya v elektrolizere s diafragmoy [The electrolysis of dilute NaCl solutions in the presence of sodium hydrocarbonate in an electrolytic cell with a diaphragm]. Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii, 2015, no. 3, pp. 4–9.

Girenko D. V., Vashkevich H. Yu., Nikolenko N. V., Opredeleniye mikrokolichestv khloratov v rastvorakh gipokhlorita natriya [Determination of chlorate trace amounts in sodium hypochlorite solutions]. Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii, 2016, no. 2, pp. 24–29.

Girenko D. V., Piletska A. О., Velichenko А. B. Elektroliz nizko-kontsentrirovannykh rastvorov khlorida natriya v elektrolizere s nerazdelennym elektrodnym prostranstvom. Vliyaniye kontsentratsii NaCl [Electrolysis of sodium chloride dilute solutions in an undivided cell. NaCl concentration influence]. Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii, 2013, no. 3, pp. 199–204.

Girenko D. V, Velichenko A. B. Sintez nizkokontsentrirovannyih rastvorov gipohlorita natriya v elektrolizerah bez razdeleniya mezhelektrodnogo prostranstva [Synthesis of low concentrated sodium hypochlorite solutions in electrolyzers without separation of the interelectrode space] Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii, 2018, no. 4, pp. 82–91.

Velichenko A. B., Girenko D. V., Lukyanenko T. V. Rastvory gipokhlorita natriya dl’ya meditsiny i veterinarii [Sodium hypo-chlorite solutions for human and veterinary medicine]. Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii, 2006, no. 6, pp. 160–164.

Zhang J., Oloman C. W. Electro-oxidation of carbonate in aqueous solution on a platinum rotating ring disk electrode // J. Appl. Electrochem. – 2005. – Vol. 35. – P. 945–953.

Jung Y. J., Baek K. W., Oh B. S. An investigation of the formation of chlorate and perchlorate during electrolysis using Pt/Ti electrodes: the effects of pH and reactive oxygen species and the results of kinetic studies // Water Res. 2010. Vol. 44. P. 5345–5355.

Sizeneva I., Kondrashova N. B., Val’tsifer V. A. Spontaneous decomposition of industrially manufactured sodium hypochlorite solutions // Russ. J. Appl. Chem. 2005. No. 78. P. 541–545.

Gorbachev A. K. Texnichna elektrokhimiya. Ch. I. Elektrokhimichni vyrobnycztva khimichnykh produktiv: Pidruchnyk [Technical electrochemistry. P. I. Electrochemical production of chemical products: Textbook] / Pod red. prof. B. I. Bajrachniy, Kharkiv: «Publishing «Flag »», 2002. 254 p.

Kratajic N., Nakic V., Spasojevic M. Hypochlorite production II. Direct electrolysis in a cell divided by an anodic membrane // Jornal of Applied Electrochemistry. 1991. Vol. 21. № 7. P. 637–641.

Staser J. A., Gorensek M. B., Weidner J. W. Quantifying Individual Potential Contributions of the Hybrid Sulfur Electrolyzer. Journal of the Electrochemical Society, 2010, Vol. 6 (157), pp. 952–958.

Tulskiy G. Electrochemical synthesis of hydrogen with depolarization of the anodic process / G. Tulskiy, A. Tulskaya, L. Skatkov, V. Gomozov, S. Deribo // Electrochemical Energy Technology. De Gruyter, 2016. № 2. Р. 13–16.