Способ получения кислорода

Союз СоветскикСоциалистическикРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23)Приоритет Опубликовано 230981. Бюллетень35 оо делам нзобретеннй н открытнйДата опубликования описания 250981 ГД.А. Ткаленко, В.Д, Присяжный, С.В. Сажйн, Н.А.Чмиленко,С.М. Иванова и А,В. Никитченкбг Институт общей и неорганической химии АН украинской ССР1(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КИСЛОРОДА Изобретение относится к области основной химической технологии, в частности к получению кислорода путем электролиза. 5Известен способ получения кислорода путем электролиза раствора щелочив диафрагменном электролизере 11.Недостатком способа является егонеэкономичность, так как для получения кислорода требуется большое электрическое напряжение, которое необходимо прикладывать к одной ячейкеэлектролизера и, следовательнобольшой удельный расход Энергии на 1 м 15кислорода,Цель изобретения - снижение энергозатрат.Данная цель достигается получением кислорода путем электролиза раствора щелочи, помещенного в одну изкамер диафрагменного электролизера,причем электролиэ ведут в присутствии раствора кислоты, концентрацией.4-20 моль/л, помещенной в другую камеру диафрагменного электролизера.На чертеже представлен электролизер для получения кислорода предлагаемым способом.Получение кислорода ведут в электролизере, содержащем корпус 1, выполненный из щелочь- и кислотоустойчивого материала, например пластмассы (фторопласта) или нержавеющей стали. Внутреннее пространство разделено ионопроводящей диафрагмой 2. Одна часть устройства заполнена раствором 3 гидроокиси щелочного металла, вторая - раствором 4 азотной кислоты.ФВ раствор 3 погружен электрод 5 из электропроводящего и устойчивого в щелочных растворах материала. В раствор 4 погружен электрод 6 из электропроводящего материала, устойчивого в азотной кислоте. Внешняя электрическая цепь устройства включает амперметр А и переменное сопротивление (полезная нагрузка).5 0 15 20 Электрод б может быть выполнен, например, из платины, графита или стеклоуглерода, электрод 5 - иэ платины,никеля или стали,Ионнопроводящая диафрагма можетбыть изготовлена из ионообменной смолы, например сульфированного фторуглер ода,Для кратковременной работы (несколько часов) в качестве диафрагмыможет быть использован целлофан. Концентрация азотной кислоты в растворедолжна быть в пределах 4-20 моль/л,поскольку при концентрациях ниже4 моль/л и выше 20 моль/л скорость катодного восстановления НМО практи 3чески неприемлнма.При работе между электродами 5и 6, находящимися соответственно врастворах щелочи и НИО, устанавливается разность потенциалов около0,8 В, причем электрод 6, находящийся в азотной кислоте, имеет болееположительный потенциал. При замыкании электродов на внешнюю полезнуюнагрузку по внешней цепи протекаетток, обусловленный процессом катодного восстановления азотной кислотына электроде 6 по суммарной реакцииЙННО +1 2 е + 12 Н+- 4 НО + 8 НО (1)и процессом анодного выделения кислорода на электроде 5 по реакции120 Н -ф 6 Н 0 +30 +12 е (2)Таким образом, предлагаемое электрохимическое устройство совмещает всебе Функции реактора для полученияжслорода и химического источника тока и поэтому может быть названо реактором-генератором. Конечным продуктомкатодного процесса является окисьазота,Предлагаемый способ осуществляетсяследующим образом.Корпус устройства состоит из двуходинаковых, выполненных из Фторопласта частей, между которыми зажимаетсяионопроводящая диафрагма. Каждая изчастей корпуса вместе с диафрагмойобразовывает пространство, заполняемое водным раствором электролита. Одно из пространств заполняется 8 Мраствором гидроокиси калия, второе -12 М раствором азотной кислоты.В раствор гидроокиси калия погружают никелевую пластинку с рабочей2чповерхностью 6 см , в раствор азотноикислоты - графитовый стержень с рабочей поверхностью 5 см . В качестве ионопроводящей диафрагмы исполь 25 30 35 45 50 55 зуют в первом случае ионообменную мембрану МК, во втором - гидратцеллюлозную пленку 9100, обычно применяемую, например, в серебряно-цинковых аккумуляторах, В обоихслучаях контактирующая с электролитом часть диафрагмы имеет поверхность 6 см 1 (с одной стороны), объем используемых электролитов - по 50 см.Между никелевым и графитовым электродами катодным вольтметром измеряют разность потенциалов. Она равна 0,85 В, причем в испытуемой электрохимической ячейке никелевый электрод имеет отрицательный заряд, а графитовый - положительный. Величина ЭДС,равная 0,85 В согласуется с тем, что никелевый электрод имеет потенциал, близкий к кислородному электроду, а графитовый - к потенциалу катодного восстановления азотной кислоты. Действительно, стандартный потенциал кислородного электрода в щелочном растворе имеет значение +0,401 В относительно нормального водородного электрода, а стандартный потенциал инертного, например, платинового или графитового электрода, составляет +1,25 В относительно того же,электрода сравнения, а разность между ними и составляет приблизительно 0,85 В.При погружении полученного источника тока (нагрузку осуществляют при помощи потенциостата П) в случае использования диафрагмы МКполучают следующие характеристики,оНапряжение, В Ток мА0,6 210,4 550,3 800,2 104К. 3. 160(поверхность обоих электродов 5 см ).Анализ полученных анодных и катодных поляризационных кривых с учетом приведенных характеристик показал, что эти характеристики ограничивают - ся, главным образом,омическим сопротивлением диафрагмы. Характеристики.не изменились существенно при работе устройства в течение 24 ч, В течение этого времени не. наблюдалось разрушения-электродов и диафрагмы.Таким образом, при работе предлагаемого устройства, одновременно с кислородом генерируется электрическая энергия.865982 Расчет себестоимости кислорода, получаемого по известному и предлагаемому способам показал, что стоимость 1 м кислорода в последнем случае на 44 коп, дешевле, 5 формула изобретения Источники информации,1 О принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США У 3652431,кл. 204-129, опублик. 1972.Составитель О. Зоб Техред А. Ач Егора едакт аз 8010/ ственног бретениЖ, Р ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная Фили Способ получения кислорода путем электролиза раствора щелочи, помещенного в одну из камер диафрагменного Тираж 70ВНИИПИ Госуд по делам и13035, Москва электролизера, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что, с целью снижения энергозатрат, электролиз ведут в присутствии раствора азотной кислоты, концентрацией 4-20 моль/л, помещенной в другую камеру диафрагменнЬго электролизера. Корректор У. Пономаренко Подписноеомитета СССРоткрытийкая наб д.