Анод для электрохимических процессов

 

АНОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, содержапщй титановзпо основу с нанесенной на нее активной маесой , включакнцей окисдш кобальта и циркония, отличающийся тем, что, с целью увеличения стойкости анода и снижения , энергозатрат при применении его в процессах органического электросинтеза и очистки сточных вод, активная масса дополнительно содержит окись никеля при следующем соотношении компонентов, мас,%: Окись никеля . 10-20 Окись .кобальта 46-56 Окись циркония Остальное

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3 1) С 25 В 11/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3303623/23-26 (22) 12. 06. 81 (46) 07. 07. 84. Бюл. В 25 (72) Л.И.Кришталик, А.М.Морозов, P.È.Nîñòêîâà, В.С.Вилинская, Н.M.Êëþõèíà и Г.А.Тедорадзе (71) Институт электрохимии АН СССР (53) 621.3.035.2(088.8) (56) 1. Калинин М., Стендер В. Жур- нал прикладкой химии, 19, 1045, (1946 r.).

2. Патент США В 3977958, кл. 204-390. 1978 (прототип). (54) (57) АНОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ, содержащий титановую основу с нанесенной на нее активной мас- сой, включающей окислы кобальта и циркония, отличающийся\ тем, что, с целью увеличения стойкости анода и снижения, энергозатрат при применении его в процессах органического электросинтеза и очистки сточных вод, активная масса дополнительно содержит окись никеля при следующем соотношении компонентов, мас.т:

Окись никеля 10-20

Окись, кобальта 46-56

Окись циркония Остальное

1101477

Изобретение относится к промьпилен ному электролизу, в частности к про- цессам органического электросинтеза и очистки сточных вод.

Известен способ электрохимического получения этиленхлоргндрина, являющегося ценным органическим растворителем и исходным продуктом для синтеза некоторых полимеров в электролиэере с графитовым анодом f1) . 10

Недостатками использования графитового анода в этих процессах являются высокое напряжение на электролизе, достигающее 15-20 В, что приводит к разрушению графитовых анодов и быст- 15 рому их износу в случае синтеза, например, этиленхлоргидрина и хлорекса. При использовании графитовых анодов в процессах очистки сточных вод наблюдается также относительно низ- 20 кая скорость окисления формальдегида на них, приводящая к непроизводительным затратам электроэнергии.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату 25 является анод для электрохимических процессов с покрытием из смеси окислов неблагородных металлов» СО О и

ZrO2 обладающий существенными преимуществамн перед графитовым анодом, на- З0 пример, более высокой электрохимичес. кой активностью, стойкостью, прочностью и т.д. Как показали проведенные испытания, в процессах органичес. кого электросинтеза и очистки сточных вод известный электрод обладает сравнительно высоким потенциалом и невысокой стойкостью (2) .

Целью изобретения является увеличение стойкости анода и снижение энергозатрат при применении ого в процессах органического электросинтеэа и очистки сточных вод.

Поставленная цель достигается применением в указанных процессах анода, содержащего титановую основу с нанесенной на нее активной массой из смеси окислов кобальта, никеля и циркония, при следующем соотношении компонентов, мас.X:

Окись никеля . 10-20

Окись кобальта 46-56

Окись циркония Остальное

Введение в состав активного покрытия окиси никеля в количестве

10-20 мас.Ж позволяет снизить перенапряжение выделения активного хлора, который является промежуточным окис-, лительным агентом, что приводит к уменьшению напряжения на электроли-! зере. Проведение процесса прн низком напряжении, т.е. в более мягких условиях, повышает стойкость анода и уменьшает побочные процессы, такие как осмоление и выделение кислорода, что, в свою очередь, приводит к су-. щественному увеличению выхода целево-: го продукта в синтезе.

Анод изготавливают следующим образом.

Титановую пластину подвергают пескоструйной обработке, обезжиривают, наносят раствор состава, г/л:

Кобальт азотнокислый 182

Цирконий азотнокислый 36,2

Никель азотнокислый 65,9

Анод затем сушат и прокаливают при 420 С в течение 15 мин.

Операцию нанесения раствора, сушки и прокаливания повторяют 6-12 раз до нанесения на титановую основу окисного покрытия в количестве около 10 г/м . При этом содержание окиси никеля в покрытии составляет

10 мас.Ж, Ег0234 мас.Х, Со 0456 мас.X.

С целью определения пределов вводимой добавки .окиси никеля в предлагаемом аноде исследуют ряд окисных покрытий с содержанием окиси никеля 5-30 мас.X. Аноды испытывают в условиях, синтеза хлорекса, в котором Hs-за высокого напряжения на электролизере условия работы анода являются более тяжелыми.

При большом содержании окиси никеля (свяше 20 мас.Ж) анод при сохранении высокой электрохимической активности становится менее стойким.

При содержании окиси никеля 30 мас.Ж за 200 ч работы при плотности то— ка 0,01 А/см напряжение на ячейке повышается с 6,5 до 7,5 В, а при малом содержании окиси никеля (менее

10 мас.й) повышается начальное напряжение на электролизере. При содержании окиси никеля 5 мас.Ж напряжение на электролизере составляет 7,2 В по сравнению с 6,5 В при содержании окиси никеля, равном 10-20 мас.X.

Таким образом, оптимальное содержание окиси никеля в окисном покрытии из смеси Со30 и ЕгО2составляет 10—

20 мас.X.

Пример 1. Анод, состоящий из окислов кобальта и циркония с содержанием окиси никеля 10 мас.7 ис= Составитель Т.Барабаш

Техред С.Легеза Корректор И.Эрдейи. Редактор Н.Егорова

Заказ 4728/15 Тираж 633 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР . по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4

3 11014 пытывают в процессе синтеза этиленхлоргидрина в 1,5 М растворе NaCR при 20 С, плотности тока О,I А/см .с подачей этилена в анодное пространство со скоростью 15 л/ч. Напряжение на .электролизере составляет

5,8 В и остается постоянным в течение 200 ч испытаний. Выход целевого продукта по току при этом равен

90-92Х. 10

Таким образом, введение в состав окисного прокрытия NiO в количестве

10 мас.Х позволяет увеличить выход по току на 2-7Х снизить напряжение на электролизере на 0,7 В и увеличить стойкость предлагаемого анода по сравнению с известным.

Пример 2. Анод из окислов кобальта и циркония с содержанием окиси никеля 20 мас.Х испытывают в процессе эле*тросинтеза хлорекса в 1,5 И растворе NaCX в присутствии

15Х этииенхлоргидрина, температуре

20 С, плотности тока 0,1 А/см и по- даче этилена с скоростью 7 л/ч.

Выход хлорекса по току составляет

55Х. При этом напряжение на электролизере равно 6,5 В и не превышает

6,7 В за 200 ч непрерывной работы.

Таким образом, предлагаемый анод по сравнению с известным обеспечивает значительное снижение напряжения на электролизере: на ЗОХ, что способствует. стабильности работы анода so времени и приводит к увели77 4 чению стойкости активного покрытия.

При этом выход целевого продукта увеличивается.

Пример 3. Анод состава, описанного в примерах 1-2, испытывают в процессе очистки сточных вод от формальдегида при 20 С, плотности то. ка 0,05 А/см . Скорость окисления формальдегида составляет 8-10 А-ч на 1 г формальдегида, что в 2 раза выше, чем при использовании металлоокисного известного анода, и в

5-. 5,5 раз вышее, чем при использовании графитового анода. Металлоокисный анод, содержащий 10-20 мас.X NiO, устойчиво работает в течение 3 мес. при этом напряжение на электролизере не превышает 2,5 В .

Таким образом, применение анода, состоящего из металлической подложки с нанесенным на нее слоем активного окисного покрытия на основе СО 04 и ЕгО и окиси никеля в количестве 10-20 мас.X позволяет снизить напряжение электролиза, увеличивает стойкость активного окисного покрытия, обладает заметной электрокаталитической и электрохимической активностью. Это позволяет использовать его .для целого ряца электрохимических процессов, в частности процессов электросинтеза хлорекса, этиленхлоргидрина и очистки сточных вод, на-, пример, от формальдегида в производстве основания Арнольда.