Новая электрокаталитическая композиция для катода с кислородной деполяризацией
Предложена электролитическая композиция для катода с кислородной деполяризацией, который предназначен для установки в мембранные электролизеры для разложения водного раствора соляной кислоты. При этом катод находится в непосредственном контакте с мембраной и способен предотвращать выделение водорода и его смешивание с кислородом даже при максимальной плотности тока. Соляная кислота может быть технического качества с концентрацией не более 15%, при этом рабочая температура должна быть не более 60°С. Композиция для катода содержит сульфид родия и металл платиновой группы, нанесенные в форме смеси в одном слое или, в альтернативном варианте, нанесенные раздельно в виде двух разных слоев. Техническим результатом является усовершенствование технологии электролиза технической соляной кислоты. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 3 табл., 2 ил.
Настоящее изобретение касается новой электрокаталитической композиции для катода с кислородной деполяризацией.
Соляная кислота является побочным продуктом многих важных промышленных процессов, в том числе столь актуальных, как синтез винилхлорида, который полимеризуют до поливинилхлорида (сокращенно называемого ПВХ), и синтез изоцианатов, которые реагируют с различными видами гликолей с образованием полиуретанов, широко применяемых для изготовления пенопластов и высококачественных красок. Поскольку в предстоящие годы ожидается постоянный рост объемов производства как ПВХ, так и полиуретанов, то несложно прогнозировать, что рынок не сможет потреблять возрастающие количества соляной кислоты, попутно производимой при этом (из наиболее важных областей применения соляной кислоты целесообразно упомянуть травление плит и труб в металлургии, а также при бурении нефтяных скважин). Для решения этих проблем, обостряющихся из-за возрастающей сложности транспортировки, некоторые производства изоцианатов передают побочную кислоту на соседние винилхлоридные производства, оборудованные установками оксихлорирования, способными превращать смесь кислоты, этилена и кислорода в дихлорэтан, который, в свою очередь, превращают в винилхлорид. Однако это решение далеко не удовлетворительно, поскольку ставит изоцианатное производство в зависимость от винилхлоридного производства (с одновременными простоями на плановое и внеплановое техническое обслуживание и ремонт и одинаковыми выработками в зависимости от спроса рынка ПВХ, цикличность которого не обязательно совпадает с цикличностью спроса на полиуретаны). В контексте вышесказанного возрастает интерес к технологии электролиза соляной кислоты с последующим рециклом хлора, ранее известной в варианте процесса «Хехст-Байер-Уде», который применяется на некоторых промышленных производствах. Удельные энергозатраты составляют 1500 кВт·ч/т хлора при плотности тока 4 кА/м2 и в любом случае считаются слишком высокими для того, чтобы вызвать экономический интерес к этой технологии, особенно с учетом капиталовложений. Капиталовложения действительно велики, так как материалом для изготовления электролизера служат пластины из графита или графитового композиционного материала с полимерным связующим материалом.
Для снижения энергозатрат предложено (компанией General Electric) заменить катод, на котором по технологии «Хехст-Байер-Уде» выделяется водород, катодом, потребляющим кислород, далее называемым катодом с кислородной деполяризацией. Преимущество от такой замены заключается в снижении напряжения электролизера, что дает сокращение энергозатрат до уровня 1000-1100 кВт·ч/т хлора, т.е. до значения, дающего возможность для широкого промышленного применения. Другое препятствие, а именно большие капиталовложения, обусловленные необходимостью применения материалов на основе графита, можно считать преодоленным в конструкции электролизера с деполяризуемым катодом, который можно целиком монтировать из титана или титанового сплава, как предлагается в патенте США № 5770035.
Катод с кислородной деполяризацией в наиболее эффективном варианте осуществления изобретения формируют из пористой подложки из углерода или углеродного волокна, например, TGH Toray или PWB-3 Zoltek, на одну поверхность которой нанесен слой смеси гидрофобного угольного порошка, например ацетиленовой сажи, и инертного полимерного связующего материала типа политетрафторэтилена (тефлона). Затем на этот слой наносят следующий слой, состоящий из смеси каталитического порошка и инертного связующего материала типа тефлона или иономерного полимера, например Nafion®, промышленно выпускаемого и продаваемого компанией «DuPont De Nemours Co.». Каталитический порошок, в свою очередь, состоит из частиц катализатора или, еще лучше, из катализатора, диспергированного и находящегося на носителе в виде углеродных частиц типа Vulcan XC-72. Самыми известными и активными катализаторами реакции восстановления кислорода являются металлы платиновой группы, в частности сама платина, которая широко применяется на практике для изготовления кислородных катодов топливных элементов.
Однако, когда деполяризуемые катоды, содержащие известные катализаторы, устанавливают в электролизеры для разложения соляной кислоты технического качества, т.е. неизбежно содержащей примеси, которые растворяются в процессе производства, то сталкиваются с такими двумя сложными проблемами, как коррозия платины или эквивалентного ей металла во время остановов производства и постепенная потеря активности катализатора из-за абсорбции примесей на поверхности каталитических частиц.
Первую проблему, связанную с коррозией, можно решить заменой кислорода азотом на время остановов и пропусканием защитного тока через электролизеры, но эти меры, очевидно, усложняют эксплуатацию производства и не приветствуются операторами. Более того, также очевидно, что при аварийном останове вышеописанные меры применить невозможно, и разрушение катализатора неизбежно.
Обе проблемы решаются в принципе с помощью катализатора нового типа, описанного в патенте США № 6149782. Этот катализатор, состоящий из вероятно нестехиометрического соединения родия с серой (RhSx), далее по тексту именуемого для простоты сульфидом родия, получен в соответствии с описанием примера 1 в патенте США № 6149782 посредством осаждения из раствора, содержащего растворимое соединение родия, сероводородом на угольном порошке типа Vulcan XC-72 с последующей термообработкой. Полученный таким способом сульфид родия по своей природе устойчив к коррозии во время плановых или аварийных остановов и поэтому не нуждается в применении вышеописанных процедур (замена кислорода азотом и пропускание защитных токов). Более того, сульфид родия сохраняет свою каталитическую активность неизменной даже в присутствии примесей, обычно содержащихся в технической кислоте, т.е. обладает весьма полезными свойствами, обусловленными, вероятно, особой электронной структурой катализатора и результирующей пониженной энергией адсорбции примесей, которая позволяет поддерживать активные центры катализа по существу доступными для протекания реакции восстановления кислорода.
Однако, если электролизеры для разложения соляной кислоты приходится эксплуатировать при плотностях тока выше 3 кА/м2, например при 4-6 кА/м2, что требуется для сокращения капиталовложений, то в этом случае замечено образование водорода, который смешивается с подаваемым кислородом. В частности, было замечено, что количество водорода возрастает с возрастанием плотности тока, что заставляет ограничивать режим эксплуатации электролизных установок сравнительно умеренными плотностями тока, чтобы избежать достижения пределов взрываемости концентрацией водорода в кислороде.
На основании вышеизложенного можно заключить, что хотя проблемы коррозии и потери каталитической активности катализатора в присутствии примесей по существу решены благодаря применению сульфида родия в качестве катализатора для деполяризуемых катодов, необходимы дополнительные усовершенствования для решения проблемы образования водорода с тем, чтобы можно было применять высокие плотности тока в электролизных установках и, соответственно, сократить капиталовложения.
Целью настоящего изобретения является усовершенствование технологии электролиза технической соляной кислоты, и, в частности, изобретение позволяет решить проблему образования водорода, который неблагоприятно сказывается на известных по существующим технологиям катодах с кислородной деполяризацией. Этот результат достигается посредством использования катодов с кислородной деполяризацией, содержащих сульфид родия и металл платиновой группы, предпочтительно саму платину, в качестве катализатора. Платину можно однородно смешать в каталитическом слое с сульфидом родия или же нанести в виде дополнительного слоя, расположенного между гидрофобным слоем и каталитическим слоем, или, в более частом случае, в виде дополнительного слоя, расположенного на поверхности деполяризуемого катода, противоположной поверхности, на которой находится сульфид родия.
На фиг. 1 представлены зависимости между потенциалом и плотностью тока на катоде с кислородной деполяризацией, который находится в контакте, соответственно, с 0,5 М раствором серной кислоты или 1 М раствором соляной кислоты при 50°C.
На фиг. 2 показаны в сравнении кривые поляризации, полученные в сравнимых условиях для двух электролизеров, оборудованных катодом с кислородной деполяризацией на основе сульфида родия самого по себе и с добавкой 5% платины.
В частности, кривая под номером (1) на фиг. 1 изображает кривую поляризации платинового (Pt) катода в намеренно заданном динамическом режиме в 0,5 М растворе серной кислоты, а кривая (2) является кривой поляризации того же катода также в намеренно заданном динамическом режиме в 1 М растворе соляной кислоты.
На фиг. 2 показаны зависимости между напряжением электролизера и плотностью тока в двух аналогичных электролизерах, которые снабжены деполяризуемыми катодами, содержащими (3) сульфид родия и (4) сульфид родия +5% платины, соответственно, и в которые подают соляную кислоту в контролируемой концентрации на уровне ниже 15% (12-14%) при 50°C и чистый кислород при давлении 1 атм.
Приведенные ниже экспериментальные данные намеренно получены с электролизером (содержащим ионообменную мембрану, конкретно мембрану Nafion® 324) такого типа, который описан в уже упомянутом патенте США № 5770035.
Когда такой электролизер для разложения технической соляной кислоты, который снабжен содержащим сульфид родия катодом с кислородной деполяризацией и в который подается чистый кислород при давлении 1 атм, работает при больших плотностях тока, ориентировочно выше 3 кА/м2, то в нем образуется заметное количество водорода, который смешивается с кислородом. Водород появляется, когда напряжения электролизера ориентировочно выше 1,45 В, и его количество возрастает с повышением плотности тока, как ясно подтверждают данные таблицы 1.
| Таблица 1 Техническая HCl, 12-14%, 60°C | ||
| Плотность тока, (кА/м2) | Напряжение электролизера, (В) | Содержание H2, массовых миллионных долей (м.д.) |
| 3 | 1,22 | 0 |
| 4 | 1,35 | 0 |
| 5 | 1,48 | 100 |
| 5,5 | 1,56 | 400 |
| 6 | 1,62 | 1000 |
Приведенные в таблице 1 данные получены для электролизера, в котором катод с кислородной деполяризацией, содержащий 30% сульфида родия на активированном угле Vulcan XC-72 и приготовленный в соответствии с описанием примера 1 патента США № 6149782 так, чтобы общее содержание родия в пересчете на чистый металл составляло 1 мг/см2, находится в контакте с ионообменной мембраной Nafion® 324, а анод состоит из растянутой титановой сетки, покрытой электрокаталитической пленкой диоксида рутения, и находится на расстоянии 2 мм от самой мембраны. В электролизер подают соляную кислоту, концентрацию которой поддерживают на уровне ниже 15% (12-14%) при 60°C.
Вероятно, такое поведение обусловлено отрицательным влиянием хлоридов на кинетику восстановления кислорода, как показано на фиг. 1. На этой фигуре показана зависимость между потенциалом и плотностью тока для катода из платиновой фольги, погруженного в первом случае в 0,5 М раствор серной кислоты, а во втором случае в 1 М раствор соляной кислоты при 55°C и давлении продуваемого чистого кислорода в 1 атм. Приведенные на фигуре значения тока имеют отрицательный знак в соответствии с общепринятым правилом присвоения этого знака катодным токам. Несложно заметить, что замена сульфат-ионов на хлорид-ионы при неизменном рабочем режиме (общая кислотность, температура и давление) существенно подавляет кинетику восстановления кислорода, т.е. фактически при одинаковых значениях плотности тока перенапряжение существенно выше, и, в частности, потенциалы показывают ощутимое смещение в сторону катода. В частности, при большой плотности тока потенциалы восстановления кислорода падают до выделения водорода (приблизительно ≤0,B относительно нормального водородного электрода). При одинаковых уровнях плотности тока в серной кислоте кинетика восстановления кислорода намного более эффективна, а соответствующие потенциалы остаются в пределах, точно находящихся над областью выделения водорода. Представленные на фиг. 1 данные получены в лабораторном электролизере с тремя электродами, т.е. соответственно рабочим электродом (в данном случае платиновым листом), электродом сравнения и противоэлектродом, причем, как известно специалистам в данной области техники, электролизер такого типа позволяет непосредственно определить электрохимический потенциал рабочего электрода в зависимости от плотности тока, а не только суммарное напряжение электролизера, которое является единственной поддающейся измерению величиной для электролизеров, описанных в патенте США № 5770035.
Показанные на фиг. 1 свойства по существу воспроизводятся, когда платиновый лист заменяют графитовой пластиной с покрытием из смеси сульфида родия и тефлона, спеченной при 350°C по методике, которая описана в примере 3 патента США № 6149782. Сульфид родия подготавливают в соответствии с описанием примера 1 того же патента, в частности, с окончательной термообработкой при 630°C в атмосфере инертного газа.
Авторы настоящего изобретения установили, что катод с кислородной деполяризацией, в котором катализатор, включенный в состав электрокаталитического слоя, одновременно состоит из сульфида родия, описанного в патенте США № 6149782, и металла платиновой группы, способен в процессе работы сводить к минимуму выделение водорода и смешение его с кислородом даже при высоких значениях плотности тока, например при 4-6 кА/м2, если он установлен в электролизер, работающий с технической соляной кислотой. В частности, использованным металлом платиновой группы является сама платина. Сульфид родия рекомендуется применять в форме наночастиц со средним размером 10-100 нм, находящихся на носителе в количестве 30 мас.% от массы носителя, функцию которого выполняет активированный уголь, например, материал Vulcan XC-72; платина также предпочтительным образом находится на носителе из активированного угля, при этом ее частицы могут иметь средний размер, равный указанному для сульфида родия, или, предпочтительно, превышать его (200-500 нм) для оптимизации соотношения между каталитической активностью и химической стабильностью. Общую загрузку (содержание) родия в пересчете на металл и платины можно выдерживать на уровне около 1 мг/см2. Однако общая загрузка может быть намного меньше, но при этом значения ниже 0,5 мг/см2 не особенно рекомендуются из-за снижения каталитической активности, приводящей к росту напряжений электролизера (увеличению расхода электроэнергии), а значения свыше 1 мг/см2 не могут представлять реального промышленного интереса, так как незначительный выигрыш в напряжении электролизера не в состоянии компенсировать повышение затрат на благородные металлы.
В первом варианте осуществления изобретения сульфид родия и платину, находящиеся на носителе из активированного угля, приготавливают отдельно, а затем механически смешивают. Затем полученную таким образом смесь в сочетании с подходящим инертным полимерным связующим материалом типа тефлона или материала Nafion® наносят в виде каталитического слоя на катод с кислородной деполяризацией.
В таблице 2 приведена информация о концентрации водорода в кислороде, полученная при использовании электролизера для разложения технической соляной кислоты с концентрацией 12-14 мас.% и катодом с кислородной деполяризацией, содержащим в каталитическом слое 30% сульфида родия на носителе из активированного угля Vulcan XC-72, при общем содержании 1 мг/см2 родия в пересчете на чистый металл и платины, которая содержится в количестве 30% от массы носителя на все том же носителе Vulcan XC-72 в пропорции 1-5-10-20% от массы загрузки родия. Электролизер работал при температуре 55°C с контролируемой подачей чистого кислорода под давлением 1 атм, обеспечивающей 20% избыток по отношению к стехиометрическому количеству, которое требуется при каждой плотности тока.
Кроме того, изобретатели заметили, что деполяризуемые катоды, содержащие сульфид родия и платину в качестве катализаторов, сохраняют способность предотвращать выделение водорода в кислород независимо от качества кислоты, подаваемой в электролизер, т.е. при разложении чистой (RP grade, т.е. реакционно-чистой) кислоты или технической кислоты, содержащей неорганические примеси типа ионов металлов или такие органические примеси, как, например, хлористые соединения с разной молекулярной массой соответственно типу установки, с которой поступает кислота. Установлено также, что присутствие платины в каталитическом слое не оказывает существенного влияния на эффективность деполяризуемых катодов и, следовательно, электролизеров, в которые они установлены, по меньшей мере в пределах изученных процентных содержаний платины (1-20% от содержания родия), что подтверждают графические данные, представленные на фиг. 2.
| Таблица 2 Техническая HCl, 12-14%, 60°C Деполяризуемый катод, содержащий смесь катализаторов RhSx и Pt | ||||||||
| 1% Pt | 5% Pt | 10% Pt | 20% Pt | |||||
| Плотность тока (кА/м2) | Напряжение электролизера (В) | Конц. H2 (м.д.) | Напряжение электролизера (В) | Конц. H2 (м.д.) | Напряжение электролизера (В) | Конц. H2 (м.д.) | Напряжение электролизера (В) | Конц. H2 (м.д.) |
| 5 | 1,46 | 100 | 1,47 | 80 | 1,46 | 50 | 1,45 | 50 |
| 5,5 | 1,55 | 380-400 | 1,56 | 200 | 1,56 | 100 | 1,55 | 100 |
| 6 | 1,60 | 1000-1200 | 1,60 | 600 | 1,60 | 200-400 | 1,59 | 200-400 |
Кроме того, установлено, что конструкция катода по второму альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения обладает эквивалентной эффективностью. Согласно данному второму варианту осуществления платину на носителе из активированного угля не смешивают с родием, применяемым также на носителе из активированного угля согласно ранее приведенному описанию, а, наоборот, используют в сочетании с инертным полимерным связующим материалом для формирования промежуточного слоя между гидрофобным слоем и каталитическим слоем. Слой на основе одной платины можно также нанести на поверхность катода, противоположную поверхности, на которую нанесен каталитический слой, содержащий сульфид родия («внешний слой»).
Катод с кислородной деполяризацией, который содержит сульфид родия и платину, нанесенные в виде двух отдельных слоев в соответствии с вышеизложенным, обладает такой же способностью предотвращать выделение водорода в кислород, как и деполяризуемый катод, который содержит смешанные сульфид родия и платину, нанесенные в виде одного слоя (см. таблицу 2), и такими же электрохимическими свойствами (см. фиг. 2). Наиболее предпочтительным вариантом композиции, но не ограничивающим рамки настоящего изобретения является композиция, которая предусматривает содержание сульфида родия в каталитическом слое в контакте с ионообменной мембраной в количестве, эквивалентном 1 мг/см2 в пересчете на металлический родий, и содержание платины в промежуточном слое или внешнем слое в количестве, эквивалентном 0,2 мг/см2.
Изобретатели установили также, что остановы даже без принятия таких специальных защитных мер, как замена кислорода азотом и пропускание защитных токов, практически не приводят к повреждению катода с кислородной деполяризацией, содержащего сульфид родия и платину, независимо от примененной структуры, т.е. независимо от того, применяется ли однослойная структура со смешанными сульфидом родия и платиной или двухслойная структура с сульфидом родия и платиной в раздельных слоях.
Такое свойство действительно весьма удивительно, особенно принимая во внимание быструю потерю каталитической активности катодов с кислородной деполяризацией на основе одной только платины в результате остановов электролизеров, о чем известно из вышеупомянутой технической литературы. Такую потерю каталитической активности катализатора объясняют растворением платиновых частиц, находящихся в непосредственном контакте с ионообменной мембраной и образующих необходимые активные центры, на которых осуществляется основная часть реакции восстановления кислорода.
В частности, установлено, что деполяризуемые катоды в соответствии с настоящим изобретением могут быть подвержены «удалению» (потере путем растворения) платины во время первых 3-5 остановов электролизеров, в которые установлены эти катоды, если они являются однослойными по своему типу и содержат сульфид родия и платину в виде смеси.
Платина практически прекращает удаляться во время последующих остановов. В любом случае, как уже утверждалось, совершенно не изменяется способность предотвращать выделение водорода в кислород. Напротив, катоды в соответствии с настоящим изобретением, выполненные согласно альтернативному варианту осуществления изобретения с двумя слоями, содержащими раздельно сульфид родия и платину (платину в промежуточном или внешнем слое, а сульфид родия в каталитическом слое), не склонны к удалению. Данные, относящиеся к удалению платины, приведены в таблице 3 для трех катодов с кислородной деполяризацией, из которых один является катодом обычного типа, содержащим одну только платину, а два других представляют, соответственно, первый пример осуществления изобретения с одним слоем, содержащим смесь сульфида родия и платины, и второй пример осуществления изобретения c двумя слоями, содержащими сульфид родия в одном слое, а платину в другом слое, в частности платину в промежуточном слое. Три катода были установлены в электролизер, соответствующий по типу описанному в патенте США № 5770035, в который подают чистый кислород под давлением 1 атм и техническую соляную кислоту с концентрацией 12-14% при 60°С.
| Таблица 3 Техническая HCl, 12-14%, 60°C Катод с кислородной деполяризацией, содержащий RhSx и Pt в качестве катализаторов в смеси или в виде отдельных слоев. Удаление Pt (процентные потери при каждом останове относительно исходного количества) | ||||
| Остановы | Обычная Pt | Rh и Pt в смеси (Rh и Pt в форме частиц одинакового диаметра: 10-100 нм) | Rh и Pt в смеси (Pt в форме частиц большего диаметра: 200-500 нм) | Rh и Pt в двух отдельных слоях (Pt в форме частиц большего диаметра: 200-500 нм) |
| 1 | 30 | 25 | 15 | 1-5 |
| 2 | 10-20 | 10 | 5-10 | <1 |
| 3 | 10-20 | 10 | 5-10 | <1 |
Без ограничения рамок настоящего изобретения можно предположить, что в катоде с кислородной деполяризацией, выполненном по первому варианту осуществления настоящего изобретения, а именно в катоде, содержащем смесь сульфида родия и платины в одном слое, диффузия хлора и соляной кислоты из анодной камеры сквозь ионообменную мембрану во время остановов, производимых без специальных мер предосторожности, вызывает коррозию частиц платины, находящихся в контакте с мембраной и локализованных в непосредственной близости от нее, но не действуют на платину, содержащуюся в сердцевине (глубине) слоя.
Каталитическая активность не снижается, так как она по существу обеспечивается не подверженными коррозии частицами сульфида родия, находящимися в непосредственном контакте с мембраной. Напротив, в случае обычных катодов, содержащих одну платину, коррозия частиц, находящихся в контакте с мембраной, ведет к ликвидации каталитически активных центров, на которых происходит восстановление кислорода, с результирующим резким снижением каталитической активности (повышением напряжения электролизера). В любом случае эффективность изобретения дополнительно повышается, если частицы платины, смешанные с сульфидом родия, имеют существенно больший средний размер (порядка сотен, а не десятков нанометров). При этом активность платины снижается незначительно, а ее сопротивление растворению заметно возрастает.
Если катоды в соответствии с настоящим изобретением выполнены по второму варианту осуществления, т.е. с сульфидом родия и платиной в двух отдельных слоях и, в частности, с платиной, содержащейся в промежуточном слое или во внешнем слое, то результат аналогичен тому, который получают при выполнении катодов по первому варианту осуществления изобретения после воздействия на них определенного числа остановов (платина остается только на определенном расстоянии от мембраны). При таком распределении платины (присутствие платины только в промежуточном слое или внешнем слое) хлор и соляная кислота, диффундирующие сквозь мембрану, разбавляются в массе катализатора и уже не в состоянии оказывать значительное коррозионное действие.
Без намерения связать настоящее изобретение с какой-либо конкретной теорией можно предположить, что характерное действие платины по предотвращению выделения водорода в кислород можно объяснить способностью водорода, присутствующего вместе с кислородом в порах катодной структуры, где он неизбежно выделяется при повышенных плотностях тока (см. фиг. 1), легко адсорбироваться на металле, диссоциируя с образованием адсорбированного атомарного водорода, который, в отличие от молекулярного водорода, обладает высокой химической активностью к кислороду.
Другими словами, платина, действующая как катализатор реакции водород-кислородной рекомбинации, приводящей к образованию воды, фактически блокирует диффундирующий в поры водород и тем самым предотвращает его выделение в кислород. Этот механизм, несомненно, подтверждается эффективностью, проявляемой другими металлами платиновой группы, в частности иридием и палладием (также известными активными катализаторами реакции взаимодействия водорода с кислородом), когда их добавляют к сульфиду родия в соответствии с двумя вышеописанными вариантами осуществления изобретения.
1. Катод с кислородной деполяризацией для мембранных электролизеров разложения соляной кислоты, содержащий инертную проводящую подложку и набор катализаторов, отличающийся тем, что набор катализаторов включает в себя сульфид родия и по меньшей мере один металл платиновой группы.
2. Катод по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере один гидрофобный слой, расположенный между подложкой и набором катализаторов.
3. Катод по п.1, отличающийся тем, что сульфид родия и по меньшей мере один металл платиновой группы находятся на носителе из активированного угля.
4. Катод по п.2, отличающийся тем, что сульфид родия и по меньшей мере один металл платиновой группы находятся на носителе из активированного угля.
5. Катод по любому из вышеприведенных пунктов, отличающийся тем, что сульфид родия и по меньшей мере один металл платиновой группы смешаны в каталитическом слое.
6. Катод по п.1 или 3, отличающийся тем, что сульфид родия и по меньшей мере один металл платиновой группы содержатся в отдельных каталитических слоях и при этом каталитический слой, содержащий по меньшей мере один металл платиновой группы, расположен между каталитическим слоем, содержащим сульфид родия, и подложкой.
7. Катод по п.1 или 3, отличающийся тем, что сульфид родия и по меньшей мере один металл платиновой группы содержатся в отдельных каталитических слоях, нанесенных на противоположные поверхности подложки.
8. Катод по п.2 или 4, отличающийся тем, что сульфид родия и по меньшей мере один металл платиновой группы содержатся в отдельных каталитических слоях и при этом каталитический слой, содержащий по меньшей мере один металл платиновой группы, расположен между каталитическим слоем, содержащим сульфид родия, и гидрофобным слоем.
9. Катод по п.7, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере один гидрофобный слой, расположенный между подложкой и каталитическим слоем, содержащим сульфид родия.
10. Катод по любому из вышеприведенных пунктов, отличающийся тем, что по меньшей мере один из каталитических слоев содержит инертный полимерный связующий материал.
11. Катод по любому из вышеприведенных пунктов, отличающийся тем, что по меньшей мере один металл платиновой группы выбран из группы, включающей в себя платину, иридий и палладий.
12. Катод по любому из вышеприведенных пунктов, отличающийся тем, что частицы сульфида родия имеют средний размер в пределах 10-100 нм.
13. Катод по любому из вышеприведенных пунктов, отличающийся тем, что частицы по меньшей мере одного металла платиновой группы имеют средний размер в пределах 200-500 нм.
14. Катод по любому из вышеприведенных пунктов, отличающийся тем, что загрузка сульфида родия в пересчете на металл составляет в пределах 0,5-1 мг/см2.
15. Катод по любому из вышеприведенных пунктов, отличающийся тем, что по меньшей мере один металл платиновой группы содержится в количестве, находящемся в пределах 1-20 мас.% от загрузки сульфида родия.
16. Электролизер для разложения соляной кислоты, разделенный по меньшей мере одной ионообменной мембраной на по меньшей мере одну катодную камеру и по меньшей мере одну анодную камеру, при этом упомянутая по меньшей мере одна анодная камера содержит соединения для подачи водного раствора соляной кислоты и отвода остаточной кислоты и получаемого хлора, а упомянутая по меньшей мере одна катодная камера содержит соединения для подачи кислорода или кислородсодержащего газа и отвода остаточного кислорода и реакционной воды, отличающийся тем, что по меньшей мере одна катодная камера содержит по меньшей мере один катод по любому из пп.1-15.
17. Способ разложения соляной кислоты электролизом, включающий подачу водного раствора соляной кислоты в анодную камеру, а кислорода или кислородсодержащего газа - в катодную камеру, пропускание электрического тока и отвод остаточной кислоты и хлора из анодной камеры, а остаточного кислорода и воды - из катодной камеры, отличающийся тем, что разложение осуществляют в электролизере по п.16.
18. Способ по п.17, отличающийся тем, что плотность электрического тока находится в пределах 3-6 кА/м2.
19. Способ по п.17 или 18, отличающийся тем, что соляная кислота является технической соляной кислотой, содержащей примеси.
20. Способ по любому из пп.17-19, отличающийся тем, что соляная кислота имеет концентрацию, не превышающую 15%.
21. Способ по любому из пп.17-20, отличающийся тем, что рабочая температура электролиза не превышает 60°С.
22. Способ по любому из пп.17-21, отличающийся тем, что остаточный кислород, отводимый из катодной камеры, по существу, не содержит водорода.
