Электрод для электрохимических процессов и способ его изготовления

(5 Й) ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИИИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Изобретение относится к электродам для:электрохимических процес" " сов и технологии их изготовления,кон. кретно к электроду, скрепленному с ионообменной мембраной, выполняющей одновременно функцию ионообменной мембраны и катода или анода, например в электосинтезе органических соединений.Известен электрод для электрохимических процессов, содержащии токопроч10 водящую титановую основу (сплошной лист титана) с нанесенным на нее про-. межуточным пористым подслоем из по" рошка пассивирующегосяметаллЬ,на который нанесено активное покрытие.Пористый подслой изготавливают из металлическоно порошка различного гра" нулометрического состава, который наносят на металлическую основу прес 20 сованием с последующим спеканиеи при 800"1000 С и вакууме (1-5) 10 мм рт.ст. Известный электрод используют в качестве анода. Он характеризуется эффективным закреплением активного покрытия и развитой рабочей поверхностью 13Пористый подслой может быть нанесен на титановую основу известного электрода газопламенным или электроду" говым распылением пассивирующегося.- металла 1,2.1.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является электрод, содер" жащий пористое активное покрытие, на" несенную на пористую токопроводящую основу, и механически скрепленный с ионообменной мембраной, нанесенной на поверхность пористой основы,Известный электрод изготавливают следующим образом.Ионообменную мембрану, например типа "Нафион", механически закрепляют на поверхности токопроводящей ос" новы из пассивирующегося металла, а на токопроводящую основу наносят пористое активное покрытие, Крепление89971 мембраны на токопроводящей основе осуществляют предварительным натяжением 3,Недостатком известного электродаявляется повышенный расход электроэнергии, связанный с тем, что дажепри непосредственном контактировании электрода и ионообменной мембраной межэлектродное расстояние не может быть меньше толщины самой мембраны. Так например, при электролизераствора 3 М хлорида натрия с использованием известного электрода приплотности тока 0,3 А/см , концентра 2ции щелочи в католите 153 напряжениена ячейке составляет 1,0 В (активноепокрытие электрода - смесь окисловрутения в титане),Цель изобретения - снижение расхода электроэнергии,Указанная цель достигается тем,что в электроде для электрохимических процессов, содержащем пористуютокопроводящую основу и ионообменоности токопроводящей основы, противоположной рабочей поверхности электрода, поры токопроводящей основызаполнены ионообменным материалом. Предлагаемый электрод для электро- ЗО механических процессов может быть изготовлен путем закрепления мембраны на поверхности пористой токопроводящей основы, причем ионообменный материал в виде пленки накладывают на поверхность основы и вводят в поры под давлением 0,05-50 кгс/см приг температуре, на 5-50 ОС превышающей температуру размягчения ионообменного материала,Предлагаемый электрод для электро- химических процессов может быть из - готовлен путем закрепления мембраны на поверхности пористой токопроводящей основы, причем иЬнообменный материал вводят в виде суспензии в поры токопроводящей основы под давлением 0,05-1 кгс/см с последующей сушкой и нагревом до температуры,на 5-50 С превышающей температуру размягчения ионообменного материала.При различных вариантах мембрана электрода может быть выполнена из катионообменного или .анионообменного материала, а рабочая поверхность снабжена пористым активным покрытием из материала, катализирующего катодный или анодный процесс,ную мембрану, закрепленную на поверх- фф Давление 0,05-50 кгс/смобеспечивает введение ионообменного материала в поры токопроводящей основы. При более высоком давлении пористая основа разрушается.Температуру поддерживают в пределах на 5-50 С выше температуры размягчения ионообменного материала, что предотвращает возможность деструкции полимера и переход вещества в жидкое состояние, при котором ионообменное вещество может пропитать пористую основу на полную ее толщину и за счет этого экранизировать активное покрытие электрода. В случае, если электрод будет служить катодом, то пористую токопроводящую основу выполняют из материала, катализирующего катодный процесс, например железа, и с одной стороны основы вводят в поры суспензию ионообменного материала, а затем проводят термообработку при температуре, превышающей на 5-50"С температуру размягчения ионообменного материала. При возможной экранизации рабочей поверхности электрода ее механически защищают от наплывов ионообменного материала.В случае, если электрод будет служить анодом, то пористую основу выполняют из пассивирующегося металла, например титана, на эту основу заранее наносят с одной стороны активный слой, затем с противоположной сторо- ны накладывают лист ионообменного материала по объему, соответствующему объему свободных пор титановой основы, и вальцуют на обогреваемыхо вальцах при температуре, на 5-50 С выше температуры размягчения ионообменного материала, и давлении 0,05- 50 кгс/см . При такой обработке ионообменный материал в точности заполнит все поры токопроводящей основы элек-. трода и не экранирует активный слой.В случае, если электрод будет служить анодам или катодам, то активный слой может быть нанесен без термообработки при высокой температуре (не превышающей температуру перехода ионообменного материала в жидкое состояние), например гальваническим способом, то для такого электрода пригодны оба метода введения в поры основы ионообменного материала - как метод горячего вальцевания, так и метод профильтровывания суспензии5 899719 4ионообменного материала через порис- насосом, с помощью которого ссущесттую основу с последующей термообра- вляют интенсивную циркуляцию кэтолита (линейная скорость йе менее 0,2 м/с),Для изготовления пористой токопро- в катодную камеру электролизера заводящей основы, например из титана, з гружают 120 г (2,6 моль) свежепереиспользуют порошок титана с размером гнанного акрилонитрила, стабилизирозерен 30-80 мкм и прессуют в пресс- ванного 0,5 г паронитрозодиметиланиформе при комнатной температуре под лина, 250 мл 84-ного водного растводавлением 30-50 кгс/см. В зависимос- ра фосфата калия и 10 мл 5 Ф-ного вод"ти от давления прессования могут О ного раствора тетраэтиламмония. Анобыть получены заготовки с пористос- литом служит 10-ная серная кислотоная кислота.тью 30-504. После прессования заго- Электролиз ведут током 8 А в течетовку спекают в атмосфере инертного ние 2,5 ч, поддерживая температуругаза при 700-1000 С в течение 5- 20-25 ОС, В катодную камеру периоди 10 ч. На полученную заготовку нано чески добавляют концентрированныйсят активное пористое покрытие с од- раствор едкого калия.с таким расчечнои стороны одним из известных спо- том,цтобы поддерживать рН в гределахсобов, например, из растворов терми,0-9,0.Напряжение на электролизеречески разлагаемых соединений титана, 3,6 В. По оконцании электролизарутения, кобальта, марганца и др. с 20 из католита отбирает органицеспоследующей термообработкой, или га- кий слой, который разгоняют подзотермическими мето амиодами. На другую нормальным давлением на водяной банесторону основы накладывают лист ионо- и отгоняют при этом непрореагировавобменного материала и вальцуют в обо-. шую часть акрилонитрила и пропионитгреваемых вальцах под давлением 2 - 2% рила, а затем под вакуумом 10 мл.рт.ст.50 кгс/см при температуре, превыша- отбирают Фракцию кипящую при 16 ч о оФющеи на 5-50 С температуру размягце С, представляющую собой адипония ионообменного материала.Р .ала нитрил. Выход продукта по току равенПрактическое осуществление спосоущ ствление спосо. В аналогичных условиях при проба изготовления предлагаемого элек- зоЗо ведении процесса с использованиемтрода для электрохимицеских про есР еских процес- обычного фильтрпрессного электролиоов и использование этого элект о аа ие этого электрода зера с ионообменной мембраной напря-в различных процессах иллюст и ютллюстрируют жение на электролизере составляетследующие примеры,П р и и е р 1, Используют электрозлизер Фильтрпрессного типа, Анодная П р и м е р 2. Опыт ведут в томи катодная камеры разделены пластиной же электролизере, описанном в прииз пористого титана(пористость 404),в мере 1, но поры титановой пластиныпорах которой запрессована катионооб- заполняют анионообменной смолой ИАменная смола ИфСК,Для приготовления щ 40, а в качестве активного слоя наночтакои пластины на пористыйлист титана сят покрытие из двуокиси рутения. Католщиной 1,5 мм накладывают пленку тодом служит пластина из листовогоуказанного ионообменного материала слоя. В катодное пространство элеки вальцуют на обогреваемых вальцах тролизера загружают 132 г хлорпропиовпри температуре, на 50 С превышающейнитрила и 250 мл 1,153-ного водноготемпературу размягчения ионообменно- раствора едкого натра. Анолитам слуго материала, и давлении 50 кгс/см . жит 353-ная соляная кислота. ЭлектроПри этом ионообменный материал вхо- лиз ведут током в 10 А (катоднаядит в поры титановой пластины. Про- плотность тока 0,04 А/см) в течетивоположную сторону пластины покры ние 7 ч. Температуру поддерживаютовают активным слоем двуокиси свинца 20-25 С. В процессе электролиза напо известной методике. Приготовлен- аноде выделяется хлор с выходом поную пластину располагают в электро- току 983, Напряжение на электролизелизере так, чтобы слой двуокиси свин- ре 3,5 В. По окончании электролизаца находился в анодной камере, в ка- от католита отделяют тяжелое светлом5тоднои камере размещена графитовая желтое масло, которое растворяют впластина, которая служит катодом.Ка мл хлороформа, При этом отделяюттодная камера соединена со стеклян г гекса (О-цианэтилдиолова) в виным холодильником и центробежным де бесцветных пластинцатых кристаллов3 16 Формула изобретения ом служит 10-ный водный 1, Электрод для электрохимицеских аша. Электролиз ведут то- процессов, содержащий пористую токотечение 1 ч 10 мин при 26 проводящую основу и ионообменную жение на электролизере мембрану, закрепленную на поверхносатоде выделяется водород ти основы, противоположной рабочейтоку 993.По окончании элек- поверхности электрода, о т л и ц Л- нолита отделяют тяжелое ю щ и й с я тем, что, с целью сниое перегоняют под нормаль жения расхода электроэнергии, поры ем. Отбирают фракцилркипя- токопроводящей основы заполнены ионоале 150-151 С.Получают 7,3 г обменным материалом. с п = 1,5980.Выход под то. Способ изготовления электрода ле активирования пористо- по и. 1 путем закрепления мембраны о катода платиной, гальва- зд на поверхности пористой токопроводяжденной напряжение на щей основы, о т л и ч а ю щ и й с я ре в аналогичных условиях тем, что ионообменный материал в висоставляет 3,15 8. де пленки накладывают на поверхность ичных условиях с исполь- основы и вводят в поры под давлением льтропрессного электроли- ЭФ 0,05-50 кгс/см при температуре, на обменной мембраной напря-50 Спревышающей температуру разектролизере 4,8 В. мягчения ионообменного материала. е р ч. Опыт ведут в элек. Способ изготовления электрода ильтропрессного типа, по и. 1 путем закрепления мембраныатодные камеры которого 11 на поверхности пористой токопроводяластиной из пористого ти- щей основы, о т л и ч а ю щ и й с я тость 103) с запрессован- тем, что ионообменный материал в викатионообменной смолой де суспензии вводят в поры токопровоприготовления такой плас- дящей основы под давлением 0,05 титана с одной стороны 1 кгс/см с последующей сушкой и наензию указанного ионооб- гревом до температуры, на 5-50 С ериала в керосине под дав- превышающей температуру размягцения -1,0 кгс/си, затем пласти- лонообменного материала. и 80-90 С, после чего на- Источники информации, температуры превышающей156принятые во внимание при экспертизе температуру размягчения 1. Заявка ФРГ И 2035212, 12 Ь, 2, го материала. Йротивопо.ону покрывают активным 2. Авторское свидетельство СССР окиси рутения, Катодом по заявке Ир 2000416/23-26, тина из листового олова. кл. С 25 В 11/03, 1974. сс ведут в условиях элек Заявка Франции Н 2251637,Ипримеру 2. В процессе кл. С 25 В 13/08, 1975 (прототип). ВНИИПИ Заказ 12095/38 Тираж 686 Подписное Филиал ППП Патент", г, уятород, тл. Проектная, к с температурой плавления 103,5- 110,5 С. В аналогичных условиях с использованием злектролизера с ионообменной мембраной напряжение на электролизере составляет 5,0 В,П р и м е р 3. Опыт ведут в том же злектролизере, описанном в прииере 2, но в качестве разделительной перегородки используют пластину из пористого железа, поры которого заполняют катионообменной смолой ИК, Рабочая камера снабжена системой циркуляциианодная/. Анодом служит графитовая пластина. В анодное пространство загружают 30 мл аце- И тона, 75 г бромистого калия, 18 г поташа и 225 мл дистиллированной воды, Католитраствор потком 6,3 А в30 С, Напря3,3 В, На кс выходом потролиза из амасло,которным давленищую в интервбромоформаку Ь 54. Пос:го железногницески осаэлектролизеэлектролизаВ аналогзованием физера с ионажение на элП р и мтролизере фанодные и кразделены итана (порисной в нейИф-чСК. Длятины в порывводят суспменного матлением 0,05ну сушат пргревают дона 25-30 Сионообменноложную сторслоем из двслужит пласДалее процетролиза по электролиза выделяется хлор на аноде с выходом по току 973, напряжение на электролизере 3,6 В,Предлагаемый электрод для электрохимических процессов обеспечиваетснижение расхода электроэнергии на20-30 ь.Использование предлагаемого электрода для электрохимических процессов в технологии электрохимическихпроизводств обеспечит получение зкономического эффекта до 500 тыс. руб.в год,