專利名稱：電解槽及其電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電解槽及其電極，更具體地說，本發(fā)明涉及配備有溶液再循環(huán)裝置的電解槽。
為了生產(chǎn)氯氣和堿金屬氫氧化物水溶液之類的產(chǎn)品，全世界每年要電解大量的電解液，例如堿金屬氯化物(特別是氯化鈉)的水溶液。電解可以在包含有許多陽極和陰極的電解槽中進(jìn)行，每個(gè)陽極和與其相鄰的陰極之間用隔離物隔開，這些隔離物將電解槽分成許多個(gè)陽極室和陰極室。
電解槽可以是隔膜型的或者是離子交換膜型的。在隔膜型的電解槽中，設(shè)置在相鄰的陽極和陰極之間的隔離物是微孔性的，在使用過程中，電解液穿過隔膜從電解槽的陽極室到達(dá)陰極室。在離子交換膜型的電解槽中，隔離物基本上不能滲透水，在使用過程中，離子物質(zhì)穿過離子交換膜，在電解槽的陽極室和陰極室之間傳遞。
例如，在隔膜型的電解槽中電解堿金屬水溶液的場合，是將該溶液注入電解槽的陽極室中，電解所產(chǎn)生的氯氣由電解槽的陽極室排出，堿金屬氯化物溶液穿過隔膜，電解產(chǎn)生的氫和堿金屬氫氧化物則從陰極室排出，堿金屬氫氧化物是以堿金屬氯化物和堿金屬氫氧化物的水溶液的形式排出的。在離子交換膜型電解槽中電解堿金屬氯化物水溶液的場合，是將該溶液注入電解槽的陽極室中，電解產(chǎn)生的氯氣以及貧化的堿金屬氯化物溶液由陽極室排出，堿金屬離子穿過離子交換膜進(jìn)入電解槽的陰極室，可以將水或堿金屬氫氧化物稀溶液加入該陰極室中，堿金屬離子與水反應(yīng)生成的氫和堿金屬氫氧化物溶液由電解槽的陰極室排出。
電解也可以在壓濾型的電解槽中進(jìn)行，這種電解槽可以包含許多交替排列的陽極和陰極，例如50個(gè)陰極與50個(gè)陰極交替排列，當(dāng)然，這種電解槽也可以包含更多的陽極和陰極，譬如高達(dá)150個(gè)交替排列的陽極和陰極。
電解槽可以配備有一個(gè)通過其中而將電解液(例如堿金屬氯化物水溶液)注入電解槽陽極室的進(jìn)口總管和一個(gè)通過其中而將電解產(chǎn)物從陽極室排出的出口總管。電解槽還可以配備一個(gè)通過其中而將電解產(chǎn)物從電解槽的陰極室排出的出口總管以及任選地(例如在離子交換膜型電解槽的情況)配備一個(gè)通過其中而向陰極室注入液體(例如水或其它液體)的進(jìn)口總管。
電解槽可以裝備有用于使上述的液體再循環(huán)回到該電解槽的陽極室和/或陰極室的機(jī)構(gòu)。例如，在電解堿金屬氯化物水溶液時(shí)，當(dāng)將該溶液通過進(jìn)口總管注入電解槽陽極室并通過出口總管將氯和貧化的堿金屬氯化物水溶液從其中排出的離子交換膜型電解槽的情況下，電解槽可以裝置用于從陽極室排出已貧化的堿金屬氯化物水溶液并使該貧化溶液或其一部分循環(huán)回到電解槽陽極室加以重新利用的機(jī)構(gòu)。在進(jìn)行這一再循環(huán)之前，可以將氣態(tài)的氯從貧化的堿金屬氯化物溶液中分離出去，把該貧化的溶液混以堿金屬氯化物或者新配制的濃度比較高的堿金屬氯化物水溶液，然后再將所得溶液循環(huán)回陽極室。
堿金屬氯化物水溶液的再循環(huán)可使這一溶液得以重復(fù)利用，從而保證了堿金屬氯化物實(shí)現(xiàn)高的轉(zhuǎn)化率并避免在一次通過陽極室時(shí)轉(zhuǎn)化率過高，以致在電解槽陽極室內(nèi)的溶液中以及在電解槽的不同陽極室內(nèi)的溶液之間產(chǎn)生不能允許的濃度梯度，這種濃度梯度將導(dǎo)致電流效率降低。另外，由于從電解槽中排出的溶液溫度較高，因此進(jìn)料的新鮮溶液可以具有較低的溫度。實(shí)際上，不必對(duì)新鮮溶液進(jìn)行加熱。
電解槽還可以裝備與上面所述相類似的機(jī)構(gòu)，用以將堿金屬氯化物水溶液從陰極室中排出并把該溶液或其一部分再循環(huán)回到陰極室中。
電解槽可以裝備這樣一種再循環(huán)機(jī)構(gòu)，采用該機(jī)構(gòu)可使溶液在電解槽的陽極室或陰極室內(nèi)再循環(huán)，而不是從這些電極室中排出去，然后再循環(huán)回到這些電極室中。這種內(nèi)部再循環(huán)機(jī)構(gòu)特別有助于消除電解槽的陽極室或陰極室溶液內(nèi)的濃度梯度，從而提高了電解時(shí)的電流效率。
將溶液從陽極室或陰極室中排出并再循環(huán)回到這些電極室，可以通過設(shè)置在電解槽外的適當(dāng)管道系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。例如，可以將由電解槽的陽極室或陰極室出來的出口總管接出一個(gè)出口支管，從這些電極室排出的貧化的溶液中有一部分可以通過這一支管被送到一個(gè)進(jìn)口管，該進(jìn)口管又連接到電解槽的陽極室或陰極室的進(jìn)口總管上，通過它們還可以向電解槽的各個(gè)室中注入新的溶液。從電解槽的陽極室或陰極室排出的一部分溶液，可以通過該支管從電解槽中排出。
美國專利No.3856651中描述了一種電解槽，在其外部設(shè)置有管路系統(tǒng)，溶液通過該系統(tǒng)進(jìn)行再循環(huán)。這種再循環(huán)系統(tǒng)是依靠氣升作用來工作的，該專利中描述了一種雙極式電解槽，其頂部設(shè)置有一個(gè)容器，含有氯的氯化鈉水溶液由電解槽的陽極室被送往該容器，在該容器中將氯從溶液中分離出來，溶液由容器中排出并混以新配制的、濃度較高的氯化鈉溶液，然后通過設(shè)置在外部的管子送回到電解槽的陽極室中。
溶液的再循環(huán)也可以在電解槽的陽極室或陰極室內(nèi)完成。這種再循環(huán)可以借助于設(shè)置在電解槽的室內(nèi)的下導(dǎo)管來實(shí)現(xiàn)，例如借助于設(shè)置在電解槽電極室內(nèi)的一對(duì)電極板之間的下導(dǎo)管來實(shí)現(xiàn)。這種再循環(huán)也是依靠氣升作用而奏效的。
美國專利No.4557816中描述了一種具有內(nèi)部再循環(huán)的電解槽。這篇專利中描述了用以促進(jìn)電解液向下流動(dòng)的導(dǎo)管，該導(dǎo)管設(shè)在電極后面一定距離處，它包括一個(gè)水平部分和一個(gè)垂直部分，水平部分中靠近新電解液進(jìn)口處有一個(gè)下部開口，垂直部分與水平部分連通，并且在靠近貧化電解液出口處有一個(gè)上部開口。
本發(fā)明涉及在電解槽的陽極室或陰極室內(nèi)進(jìn)行溶液的再循環(huán)，目的是有助于消除溶液內(nèi)的濃度梯度以及可以以高的電流效率進(jìn)行電解。本發(fā)明特別涉及到再循環(huán)裝置，它的結(jié)構(gòu)非常簡單，便于安裝在電解槽中，特別適合用于壓濾型電解槽。在壓濾型電解槽中，陽極和陰極室一般很窄，因此很難(或者說很不方便)安裝由一些導(dǎo)管即管道系統(tǒng)構(gòu)成的再循環(huán)裝置。本發(fā)明還提供了一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即包含有電極的電解槽可以使用酸化了的鹽水進(jìn)行作業(yè)。
本發(fā)明提供了一種電極，它包括具有活性電極表面的第一極板;面對(duì)第一極板并與之隔開的第二極板;以及至少一個(gè)設(shè)置在第一極板與第二極板之間并與第一極板的活性電極表面和第二極板的對(duì)立表面間隔開的隔板。
本發(fā)明還提供了一種電解槽，它包含有至少一個(gè)陽極和至少一個(gè)陰極以及設(shè)置在各陽極與相鄰的陰極之間的隔離物，通過這些隔離物將電解槽分成單獨(dú)的陽極室和陰極室或者將其分成許多這樣的極室，在這電解槽中，陽極或陰極或者它們兩者含有本發(fā)明的電極。所述的隔離物可以是不能透過水的離子交換膜，或者是可以透過水的隔膜。
將本發(fā)明的電極安裝在電解槽內(nèi)時(shí)，借助于氣升作用實(shí)現(xiàn)了溶液在電解槽的電極室內(nèi)的再循環(huán)。這樣，當(dāng)?shù)谝粯O板的活性電極表面上放出氣體時(shí)，這些氣體就在第一極板與隔板之間的空隙上升到電極室的頂部并帶動(dòng)溶液與其一起運(yùn)動(dòng)，隨后，溶液穿過隔板與第二極板之間的空隙下降到電極室的底部，然后由于在活性電極表面上放出的氣體的氣升作用而再次上升。
本發(fā)明電極的結(jié)構(gòu)十分簡單，現(xiàn)有的電極只須向其中插入一個(gè)或多個(gè)隔板(可以是相當(dāng)薄的)就可以得到改造，它特別適合于在壓濾型電解槽中用作電極，在壓濾型電解槽中，電極和電極室是相當(dāng)窄的。很顯然，這種再循環(huán)裝置不是依賴于在電極內(nèi)使用管子或?qū)Ч堋?br> 隔板可以接觸具有活性電極表面的第一極板，但它至少應(yīng)與第一極板的活性表面部分間隔開，這一間隔提供了一個(gè)空間，在電解槽中氣體及由其帶動(dòng)的液體可以通過這個(gè)空間上升。
例如，第一極板的一面上有活性電極表面，隔板與第一極板的反面接觸，在該反面上沒有活性電極表面。
電極可以包括具有活性電極表面的第一極板和與第一極板電連接但沒有活性電極表面的第二極板。在這種實(shí)施方案中，可在第一極板和第二極板之間設(shè)置一塊隔板，它與第一極板的活性電極表面和第二極板的對(duì)立表面間隔開。
另一種供選擇的方案是，電極可以包括兩個(gè)彼此電連接并間隔開的極板，它們各自帶有活性的電極表面。這些活性電極表面朝向外側(cè)。在這種實(shí)施方案中，具有活性電極表面的極板之間可以設(shè)置兩個(gè)隔板，這兩個(gè)隔板與所述的表面間隔開，它們彼此之間也可以間隔開。當(dāng)將這種電極安裝在電解槽中時(shí)，活性電極表面上放出的氣體向上升，帶動(dòng)溶液與它一起升到電極室的頂部，隨后溶液通過兩個(gè)隔板之間的空隙下降到電極室的底部，從那里再一次被帶動(dòng)上升。
在電極中，各極板彼此是間隔開的?？梢圆捎萌魏芜m宜的隔離方式來使各極板間具有必要的間隔，例如可以在各極板之間設(shè)置經(jīng)過適當(dāng)成形的隔片。在上面所述的包含有兩個(gè)彼此間隔開的隔板的電極實(shí)施方案中，這一間隔可以借助在一個(gè)板或兩個(gè)板上的彼此間隔開并與另一板的表面接觸的凸起部分來實(shí)現(xiàn)。這些凸起部分不僅與對(duì)面的板接觸，而且可以采用任何適宜的方法焊到與其面對(duì)的板上，焊接的方法取決于構(gòu)成這些板的材料的性質(zhì)。
電極中的各個(gè)板，即第一極板和第二極板以及隔板，通常是彼此平行的，一般情況下它們大體上是平面的，或者至少處于一個(gè)平面中。
將電極安裝在正在運(yùn)行的電解槽內(nèi)時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)所要求的溶液再循環(huán)，必須這樣來將隔板設(shè)置于電極內(nèi)，即在電極內(nèi)在隔板的頂部上方形成一個(gè)空間，在隔板的底部下方也形成一個(gè)空間，溶液在再循環(huán)時(shí)可以穿過這些空間流動(dòng)。隔板的高度例如可以是電極的高度(或者隔板被設(shè)置于其中的電極的那部分)的至少50%，甚至至少90%。
隔板可以延伸基本上達(dá)到電極的兩頭，但不是非這樣不可。例如，隔板長度可以是具有活性電極表面的第一極板長度的至少10%，最好是至少50%。隔板的厚度可以有所不同，其數(shù)值取決于第一極板與第二極板之間的距離。舉例來說，隔板的厚度可以是第一極板與第二極板之間距離的至少10%。在上面所述的電極方案中，電極包含有兩個(gè)彼此電連接并間隔開的極板，它們各自帶有活性電極表面，在這些具有活性電極表面的極板之間設(shè)置了兩個(gè)隔板，在這種實(shí)施方案中，隔板的厚度總計(jì)例如可以是具有活性電極表面的極板之間距離的至少10%。
隔板可以具有基本上密實(shí)的結(jié)構(gòu)，以阻止溶液橫向穿過電極流動(dòng)。但它也可以這樣構(gòu)成，即可以允許溶液有一定程度的橫向流動(dòng)。
構(gòu)成隔板的材料取決于需要在電解槽中電解的溶液。當(dāng)然，隔板應(yīng)能抵抗被電解的溶液和電解產(chǎn)物的化學(xué)腐蝕。隔板可以是金屬材料，也可以是有機(jī)塑料材料。例如，如果電極是安裝在電解堿金屬氯化物水溶液以制造氯氣和堿金屬氫氧化物水溶液的電解槽內(nèi)，那么可以使用由含氟的有機(jī)聚合物材料(如聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟乙烯共聚物、或氟化的乙烯-丙烯共聚物)制成的隔板。如果已經(jīng)知道了要電解的溶液的性質(zhì)，那就可以很容易地選定其它的適宜的結(jié)構(gòu)材料。例如，隔板可以由成膜的金屬或合金(如鈦或鈦合金)制成，它可以帶有電催化活性材料的涂層，例如鉑族金屬或其氧化物。
電極本身-即沒有隔板時(shí)的電極-可以具有許多種不同的結(jié)構(gòu)。例如，具有活性電極表面的第一極板可以是網(wǎng)格形式，可以是編織的或非編織的網(wǎng);或者也可以是許多細(xì)長元件(例如板條)的形式，這些細(xì)長元件彼此間隔開并處在一個(gè)平面內(nèi)，它們一般是彼此平行的。細(xì)長元件的端部可以連接到一個(gè)支承元件例如框架形式的支承元件上。
電極的第一極板或一些極板可以是凹形的，即它們可以處在一個(gè)與支承元件平面基本上平行的平面內(nèi)但偏離出支承元件的平面。
構(gòu)成電極的材料的性質(zhì)取決于它是用來作為陽極還是作為陰極以及要電解的溶液的性質(zhì)。例如，需要電解的溶液是堿金屬氯化物水溶液時(shí)，適合用來作為陽極的材料是成膜的金屬或合金，如鈦、鉭、鋯、鈮或鉿，適合用來作為陰極的材料是鋼或鎳。
電極上的活性電極表面可以由第一極板的至少一部分表面上的適宜的電催化活性涂層來構(gòu)成。
可應(yīng)用于陽極和/或陰極表面上的適宜的電催化活性涂層包括就陽極而言，是鉑族金屬的氧化物，最好是它與成膜金屬的氧化物的混合物，特別是以固溶體形式的混合物;就陰極而言，是鉑族金屬。這些涂層及其涂敷方法是本專業(yè)領(lǐng)域中人們所熟知的，無須作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
電解槽可以是單極式電解槽或雙極式電解槽。在單極式電解槽中，隔離物可以設(shè)置在各陽極和與之相鄰的陰極之間。電解槽也可以是雙極式電解槽，它包含有許多帶有陽極表面和陰極表面的電極。在雙極式電解槽中，隔離物可以設(shè)置在一個(gè)電極的陽極表面和與之相鄰的電極的陰極表面之間。
電解槽可以包含一個(gè)進(jìn)口總管，通過它將溶液注入電解槽的陽極室中;一個(gè)出口總管，通過它從電解槽的陽極室中排出電解產(chǎn)物;一個(gè)進(jìn)口總管，通過它將溶液注入電解槽的陰極室中;以及一個(gè)出口總管，通過它從電解槽的陰極室中排出電解產(chǎn)物。
這些總管可以由電極板(例如其框架部分)上的一些開孔構(gòu)成，這些開孔與在電解槽的密封墊片上同樣設(shè)置的開孔一起形成了起到總管作用的縱向布置的室，如同歐洲專利80287中的實(shí)施例所描述的那樣。
電解槽最好是壓濾型的，優(yōu)選的這種類型的電解槽包含有許多陽極和陰極以及由不導(dǎo)電材料制成的密封墊片。
如果電解槽中的隔離物是可以透過水的隔膜，那么它可以由多孔的有機(jī)聚合物材料制成。理想的有機(jī)聚合物材料是含氟的聚合物，因?yàn)檫@類材料在例如氯-堿電解槽內(nèi)的腐蝕環(huán)境中一般比較穩(wěn)定。適用的含氯的聚合物材料例如有聚氯三氟乙烯、氟化的乙烯-丙烯共聚物以及聚六氟丙烯。最理想的含氟聚合物材料是聚四氟乙烯，因?yàn)樗诼?堿電解槽的腐蝕環(huán)境中具有極好的穩(wěn)定性。
這些可透過水的隔膜材料是現(xiàn)有技術(shù)中已知的。
優(yōu)先選擇用作能在電解槽的陽極室和陰極室之間傳遞離子物質(zhì)的離子交換膜的隔離物材料是那些對(duì)陽離子具有永久選擇性的材料。這類離子交換材料是現(xiàn)有技術(shù)中已知的，它們可以是含氟的聚合物材料，最好是含有陰離子基團(tuán)(例如羧基、磺酸基或磷酸基)的全氟聚合物。
下面參照附圖進(jìn)一步闡述本發(fā)明，這些附圖只是通過實(shí)施例來說明本發(fā)明的某些方面。
在附圖中

圖1是本發(fā)明的電極的正視圖;
圖2是沿圖1中沿A-A線的橫截面的縮小比例的側(cè)視圖;
圖3是本發(fā)明的電極一部分的平面圖;
圖4是在包含有本發(fā)明的電極的電解槽中使用的密封墊片的等角圖;
圖5是電解槽的一部分的分解的等角圖，在該視圖中，為了簡化起見，沒有將隔板畫在電極內(nèi)應(yīng)有的位置上。
參看圖1-圖3，電極1包含有一個(gè)框架部分2，它限定了一個(gè)中心開孔3，許多垂直排列的葉片4跨越該中心開孔3，這些葉片與框架2的上部和下部連接，它們與框架2的平面平行并偏移出該平面。這些葉片設(shè)置在框架2的兩側(cè)，在框架2一側(cè)的葉片4正對(duì)著框架2另一側(cè)的兩個(gè)相鄰葉片5之間的間隔。
電極1帶有伸出的部分6，其上面可以固定適當(dāng)?shù)碾娊宇^。若電極1用來作為陽極，則伸出的部分6一般設(shè)置在框架2的下部邊緣;若電極1用來作為陰極，則伸出的部分6一般設(shè)置在框架2的上部邊緣處。在框架2上，在中心孔3的一側(cè)設(shè)有一對(duì)開孔7和8，中心孔3的另一側(cè)也設(shè)置有一對(duì)開孔9和10。當(dāng)將電極安裝在電解槽中時(shí)，這些開孔構(gòu)成了一些沿電解槽縱向布置的室的一部分，通過這些室，可以將溶液(例如電解液)注入電解槽的陽極室和陰極室并從電解槽的陽極室和陰極室中排出電解產(chǎn)物。電極的金屬是依據(jù)它是用來作為陽極還是陰極及電解槽中使用的電解液的性質(zhì)來進(jìn)行選擇。在電解堿金屬氯化物水溶液的情況下，如果是用來作為陽極，那么電極由鈦制成比較適宜，如果是用來作為陰極，那么由鎳制成比較適宜。
電極的葉片4和5一般帶有中凸的表面11和中凹的表面12。用來作為陽極時(shí)，葉片的中凸的表面11帶有電催化活性材料的涂層。
電極1還包含有兩個(gè)板13和14，它們設(shè)置在電極的中心開孔3內(nèi)并處在電極的葉片4和5之間。板13和14彼此平行，借助于在一個(gè)板13上并與另一個(gè)板14的表面接觸并壓焊到該表面上的突起部分15將板13和14彼此分開。板13和14基本上延伸到電極1的中心開孔3的整個(gè)寬度。但是，極13和14是這樣設(shè)置的，即板的頂部與框架2的上部之間留有一個(gè)空間，及在板在底部和框架2的下部之間也留有一個(gè)空間。板13和14分別與葉片4和5的中凹的背面接觸，這樣一來，這些板就與電極葉片的活性電極表面(中凸表面)間隔開來。
在圖1-3所示的實(shí)施方案中，各葉片4合在一起構(gòu)成了本發(fā)明的第一極板，板14構(gòu)成第二極板，板13構(gòu)成隔板，它與第一極板的活性電極表面及第二極板的對(duì)立表面間隔開。另一種可供選擇的方案是，各葉片5合在一起構(gòu)成了本發(fā)明電極的第一極板，板13構(gòu)成第二極板，板14構(gòu)成隔板，它與第一極板的活性電極表面及第二極板的對(duì)立表面隔離開。
在一個(gè)特定的實(shí)施例中，電極被用在一個(gè)電解堿金屬氯化物水溶液的電解槽中，板13和14由氟化的乙烯-丙烯共聚物制成。
參看圖4，密封墊片16由一個(gè)框架17構(gòu)成，它限定了一個(gè)中心開孔18?？蚣?7上，在中心開孔18的一側(cè)設(shè)置有一對(duì)開孔19，20，在中心開孔18的另一側(cè)設(shè)置有一對(duì)開孔21，22。將這密封墊片安裝在電解槽內(nèi)時(shí)，這些開孔就構(gòu)成了一些沿電解槽的長度方向排列的室的一部分，通過這些室可以將溶液(例如電解液)注入電解槽的陽極室和陰極室并從電解槽的陽極室和陰極室排出電解產(chǎn)物。開孔19，22還帶有固定的框形部件23，24，它們沿著開孔的周邊設(shè)置并從密封墊片的平面向外突出，在組裝成電解槽時(shí)這些框形部件分別與金屬電極的開孔7，10相配合。在電解槽中，這些固定的框形部件23，24在由電極上的開孔7，8，9，10部分地構(gòu)成的沿電解槽縱向布置的各室之間提供了電絕緣。固定的框形部件23，24與密封墊片16形成整體結(jié)構(gòu)，它可以通過將適當(dāng)?shù)碾娊^緣墊塑性聚合物材料模壓而制成。在電解槽包含有圖4所示類型的密封墊片的情況下，它還可以包含類似的密封墊片，在該墊片中，環(huán)繞開孔21，20設(shè)置有固定的框形部件23，24。
圖5示出了本發(fā)明的電解槽的一部分，它包括陰極25、密封墊片26、陽離子交換膜27、密封墊片28、陽極29、密封墊片30、陽離子交換膜31以及密封墊片32。陰極25包含許多在陰極兩側(cè)設(shè)置的垂直排列的葉片33，4個(gè)開孔34，35，36，37以及用于電連接的突出部分38。為了簡化起見，從電極中刪云了隔板。密封墊片26包含有一個(gè)中心開孔39和另外4個(gè)開孔40，41，42，還有一個(gè)未示出)以及2個(gè)從密封墊片表面向外突出的固定的框形部件43，44。密封墊片28是平面的密封墊片，它包含一個(gè)中心開孔45、另外4個(gè)開孔46，47，48，另外一個(gè)未示出)以及2個(gè)在密封墊片壁上的導(dǎo)槽49，50，這兩個(gè)導(dǎo)槽分別構(gòu)成了中心開孔45與開孔46，48之間的通道。陰極29的結(jié)構(gòu)與陰極25類似，不同之處在于，用于電連接的伸出部分設(shè)在陽極的下部邊緣(圖中未示出)。密封墊片30的結(jié)構(gòu)與密封墊片26相似，不同的地方是，從密封墊片30的表面向外突出的固定的框形部件(51，另一個(gè)未示出)被設(shè)置在孔(52，另一個(gè)未示出)的周邊，而在密封墊片26上環(huán)繞其周邊設(shè)置了框形部件的開孔則處在與上述不同的位置上。密封墊片32與密封墊片28的結(jié)構(gòu)相似，不同之處在于密封墊片32壁上的凹槽(53，還有一個(gè)未示出)構(gòu)成了中心開孔54與開孔(55，另一個(gè)未示出)之間的通道，而密封墊片28上與中心孔45連通的開孔的位置與上述的開孔位置不同。
在電解槽中，密封墊片28和30與陽極29一起形成了電解槽的陽極室，該陽極室以陽離子交換膜27，31為界。同樣地，陰極25、密封墊片26以及靠近陰極25設(shè)置的密封墊片32(圖中未示出)形成了電解槽的陰極室，該陰極室也是以2個(gè)陽離子交換膜為界。在組裝好的電解槽中，通過設(shè)置在各離子交換膜兩側(cè)的密封墊片將陽離子交換膜保持在應(yīng)有的位置上。為了清晰起見，圖5的實(shí)施方案中沒有示出電解槽的端板，也沒有示出緊固裝置(例如螺栓)，當(dāng)然，端板也是電解槽的一部分，而緊固裝置則是用來將電極和密封墊片緊固在一起使之成為無泄漏的密封組合件。前已述及，電解槽包含有許多陽極和陰極。此外，電解槽還包含有一些總管(圖中示示出)，由這些總管可以將電解液供入由陰極25上的開孔37構(gòu)成其一部分的、沿電解槽縱向布置的室中。同樣地，電解槽還包含有另一些總管(圖中未示出)，由這些總管可將液體(例如水)供入由陰極25上的開孔36構(gòu)成其一部分的、沿電解槽縱向布置的室中，再通過密封墊片32壁上的導(dǎo)槽(圖中未示出)送到電解槽的陰極室，由電解槽的陰極室經(jīng)過密封墊片32壁上的導(dǎo)槽53，再經(jīng)過陰極25的開孔35構(gòu)成其一部分的、沿電解槽縱向布置的室將電解產(chǎn)物排出。
在電解槽工作過程中，電解液被供入電解槽的陽極室，液體被供入電解槽的陰極室，電解產(chǎn)物由電解槽的陽極室和陰極室排出。
每個(gè)陽極和陰極都包含有一對(duì)和圖1-3所示的彼此間隔開的隔板。在電解槽工作過程中，由于氣升作用使得電解液在隔板13與葉片4的活性電極表面之間的空隙以及在隔板14與葉片5的活性電極表面之間的空隙上升。隨后，電解液在隔板13與14之間的空隙中由陰極室的頂部向運(yùn)動(dòng)。這樣，在電極室中形成電解液的連續(xù)循環(huán)流動(dòng)，導(dǎo)致了電解液的充分有效混合。
下面參照實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
實(shí)施例1在如圖1-5所示的電解槽中電解氯化鈉水溶液(200g/l)，在該電解槽中，陽極29配備有由氟化的乙烯-丙烯共聚合物制成的隔板13和14，陽離子交換膜27和31為全氟磺酸型，陽極29的葉片涂有RuO2和TiO2的固溶體。電解液溫度為87℃，電解在3KA/m2的陽極電流密度下進(jìn)行。
在電解過程中，產(chǎn)生32%(W/W)氫氧化鈉水溶液，電流效率是94.5%。
在對(duì)比試驗(yàn)中，電解是在未裝有隔板13和14的電解槽中進(jìn)行的，產(chǎn)生32%(W/W)氫氧化鈉水溶液，電流效率為93%。
實(shí)施例2重復(fù)實(shí)施例1的工藝過程，不過，除了陽極29外，陰極25也裝備了隔板13和14。
在電解過程中，產(chǎn)生32%(W/W)氫氧化鈉水溶液，電流效率為95.5%。
權(quán)利要求
1.一種電極，它包括帶有活性電極表面的第一極板和面對(duì)第一極板并與之間隔開的第二極板以及設(shè)置在第一極板和第二極板之間的至少一個(gè)隔板，所述的隔板與第一極板的活性電極表面和第二極板的對(duì)立表面間隔開。
2.權(quán)利要求1所述的電極，其中，第一極板的一面上有活性電極表面，隔板與第一極板的背面接觸。
3.權(quán)利要求1所述的電極，其中，兩個(gè)第一極板彼此電連接并間隔開，各自帶有面向外的活性電極表面，在所述的兩個(gè)第一極板之間設(shè)置了兩個(gè)隔板，它們與所述的表面間隔開，彼此之間也間隔開。
4.權(quán)利要求3所述的電極，其中，至少一個(gè)隔板上形成了一些彼此間隔開并與另一隔板表面接觸的突出部分。
5.權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的電極，其中，隔板是由含氟的有機(jī)氟聚合物材料制成。
6.權(quán)利要求1所述的電極，其中，活性電極表面是由電催化活性的涂層構(gòu)成。
7.權(quán)利要求6所述的電極，其中，就陽極而言，其上面的電催化活性的涂層是鉑族金屬和成膜金屬的氧化物混合物。
8.權(quán)利要求6所述的電極，其中，就陰極而言，其上面的電催化活性的涂層是鉑族金屬。
9.一種電解槽，它包括至少一個(gè)陽極和至少一個(gè)陰極以及設(shè)置在各陽極和相鄰的陰極之間的隔板，通過隔板將電解槽分成單獨(dú)的陽極室和陰極室，或者分成許多個(gè)這種室，在這些室中，陽極或陰極或者它們兩者含有權(quán)利要求1所述的電極。
10.權(quán)利要求9所述的電解槽，其特征是，它是壓濾型電解槽。
11.權(quán)利要求10所述的電解槽，其特征是，它包括許多陽極和陰極以及由不導(dǎo)電材料制成的密封墊片。
12.權(quán)利要求9所述的電解槽，其中，隔離物是可以透過水的隔膜，它是由含氯的聚合物制成的。
13.權(quán)利要求9所述的電解槽，其中，隔離物是離子交換膜，它由含離子基團(tuán)的全氟聚合物材料制成。
14.權(quán)利要求1所述的電極的制造方法，包括向現(xiàn)有的電極中插入一個(gè)或多個(gè)隔板的步驟。
15.用于電解堿金屬氯化物水溶液的方法，包括在權(quán)利要求9所述電解槽中電解該水溶液的步驟。
全文摘要
一種電極，包括具有活性電極表面的第一極板和面對(duì)第一極板并與之間隔開的第二極板以及至少一個(gè)隔板，隔板設(shè)置在第一極板與第二極板之間，并與第一極板的活性電極表面和第二極板的對(duì)立表面間隔開。本發(fā)明還涉及一種包含有上述電極的電解槽以及該電解槽用來電解堿金屬氯化物水溶液的應(yīng)用。
文檔編號(hào)C25B9/08GK1090341SQ93120548
公開日1994年8月3日 申請日期1993年11月20日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月20日
發(fā)明者R·A·伍爾豪斯, B·K·雷維爾 申請人:帝國化學(xué)工業(yè)公司