Електрохімічне отримання гіпохлориту натрію в електролізерах із застосуванням електродів ОРТА
Теоретичні основи отримання гіпохлориту натрію електролізом
У процесі електролізу водних розчинів хлориду натрію в електролізерах для отримання гіпохлориту натрію на аноді відбувається розряд іонів Сl- з утворенням хлору, а на катоді в результаті відновлення води утворюються гідроксид-іони і водень. Процеси, що протікають при цьому, описуються наступними рівняннями:
Одночасно з цими процесами на аноді можуть відбуватися процеси розряду гідроксильних іонів або води:
При інтенсивному перемішуванні електроліту в зоні, прилеглій до електродів, електроліз розчину хлориду натрію можна проводити в умовах, при яких хлор, що виділяється буде розчинятися в електроліті і піддаватися гідролізу з утворенням малодисоційованих хлорнуватисту кислоти і соляної кислоти:
Утворені в результаті протікання електродної реакції іони ОН - реагують з кислотами, утворюючи іони гіпохлориту і хлориду:
Сумарне рівняння електрохімічного процесу можна представити у вигляді:
Деякі дослідники висловлюють припущення, що хлороксідние з'єднання, зокрема гіпохлорит натрію, можуть утворюватися також і за рахунок безпосереднього окислення іонів Cl - на аноді з утворенням іонів ClO -.
На вихід за струмом гіпохлориту натрію в процесі електролізу розчину NaCl роблять значний вплив побічні процеси, при цьому їх кількість збільшується з підвищенням концентрації NaClO в розчині електроліту. При збільшенні концентрації гіпохлориту, а також при підвищенні рН розчину електроліту починає інтенсифікувати процес електрохімічного окислення гіпохлориту натрію:
Одночасно в обсязі електроліту відбувається процес хімічного освіти хлоратов:
Побічні процеси, що протікають на аноді і в обсязі електроліту, вкрай небажані, так як крім зниження виходу за струмом гіпохлориту натрію в результаті їх протікання відбувається забруднення одержуваного розчину хлоратом натрію.
На катоді протікають процеси електрохімічного відновлення гіпохлориту натрію, і, в деякій мірі, хлората натрію:
Перемішування електроліту прискорює доставку іонів ClO - і ClO3 - до поверхні катода і знижує вихід продукту внаслідок катодного відновлення. Проте на практиці електроліз ведуть з перемішуванням електроліту, так як це сприяє більш повної взаємодії продуктів електродних реакцій з утворенням гіпохлориту натрію і виключає втрати хлору з електролізним газами.
Для усунення побічних процесів в процесі електролізу використовують нейтральні розчини хлориду натрію високої концентрації при можливо низькій температурі (зазвичай 20 - 25 ° С), обмежують концентрацію гіпохлориту натрію в електроліті і підтримують високу щільність струму. Проведення електролізу при високих концентраціях хлориду натрію сприяє зниженню потенціалу виділення хлору, скорочення втрат струму на виділення кисню і збільшення виходу по току гіпохлориту натрію. Крім цього підвищення концентрації хлориду натрію збільшує електропровідність електроліту і тим самим знижує напругу на електролізері. Однак, якщо враховувати всі показники, що впливають на економіку процесу, то виявляється, що підвищення концентрації NaCl в електроліті збільшує питому витрату хлориду натрію, так як знижується економічно виправдана ступінь перетворення хлориду в гіпохлорит. Зазвичай електролізу піддають розчини, які містять 50-100 г / л NaCl, а в деяких випадках і близько 20 г / л (морська вода).
При організації процесу отримання гіпохлориту натрію електролізом розчину хлориду натрію з періодичної схемою в електроліті можливе досягнення тільки строго певної концентрації NaClO. В іншому випадку, швидкості освіти і втрат гіпохлориту на катод відновлення, перетворення в хлорат і хімічне розкладання, стануть рівними. При цьому в міру подальшого збільшення концентрації гіпохлориту в розчині електроліту вихід його з току буде знижуватися і при деякій концентрації NaClO стане рівним нулю. В цьому випадку кінцевим продуктом електролізу буде хлорат натрію, а не гіпохлорит натрію.
Процес отримання гіпохлориту натрію електролізом розбавлених розчинів хлоридів характеризується жорсткими умовами експлуатації анодів з огляду на те, що на них, крім розряду іонів Cl -. відбувається також виділення кисню. Найбільш придатними для даного процесу анодами, є аноди ОРТА або ОІРТА.
У табл. 1 наведені результати випробувань платино-тітанновіх анодів (ПТА) і оксидно-рутенієвого титанових анодів (ОРТА) при електролізі 5% -го розчину KCl при температурі 25 ° С і різних значеннях потенціалу анода. Ці дані отримані при низьких концентраціях гіпохлориту натрію. При отриманні більш концентрованих розчинів вихід по струму знижується.
Таблиця 1: Залежність виходу по току гіпохлориту натрію від потенціалу ОРТА і ПТА