Способ изготовления электрода для электролитического получения пероксида водорода

 

Использование: предлагаемое изобретение может быть использовано в любом производстве, где применяются относительно разбавленные (до 10%) растворы пероксида водорода - в текстильной, целлюлозно-бумажной промышленности и др. Сущность изобретения: электрод для электролитического получения пероксида водорода путем катодного восстановления кислорода изготавливают, нанося активную массу, состоящую из углеродного материала (65 - 90 мас.%), фторопласта (10 - 35 мас.%) и ацетона, на твердый пористый носитель, имеющий внутренний канал для подачи газа. Такой электрод обеспечивает выход по току пероксида водорода в щелочных растворах до 85 - 87%. 2 з. п. ф-лы. 2 ил., 1 табл.

Предполагаемое изобретение относится к области электролитического получения перекисных соединений. Оно может быть использовано в любом производстве, где применяются относительно разбавленные растворы пероксида водорода в текстильной, целлюлозно-бумажной промышленности и др.

Известен способ изготовления электрода для электролитического получения пероксида водорода путем катодного восстановления кислорода [1] Активную массу в этом случае изготавливают следующим образом. Смешивают водную суспензию углеродного материала с тефлоновой дисперсией (≈ 5 мас.), отфильтровывают, промывают и высушивают осадок, который затем распыляют и прессуют под давлением в пластину толщиной 0,6 0,8 мм. С одной стороны пластины прикрепляется никелевая сетка (токоподвод), с другой пористая тефлоновая фольга. Электрод закрепляется с помощью специального держателя, выполняющего одновременно функцию газовой камеры, в которую подается кислород. К недостаткам данной конструкции следует отнести низкую механическую прочность углеродсодержащей части электрода, сложную систему герметизации газовой камеры, большой расход дорогостоящего металла никеля.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ изготовления электрода для производства пероксида водорода [2] Указанный способ заключается в следующем. Активированный уголь отжигают в вакууме при температуре 1000 1250^oC в течение 2 4 часов, охлаждение проводят также в вакууме. Затем из активированного угля (2 10 г), гидрофобного вещества парафина (0,1 -1 г) и связующей добавки каучука (0,2 1 г) готовят смесь, в которую добавляют органический растворитель ксилол или толуол. Полученную таким образом пасту наносят на сетку, изготовленную из высоколегированной стали или никеля, и высушивают на воздухе. Изготовленная описанным способом рабочая часть электрода является элементом устройства, изображенного на рис. 1. Такой электрод обеспечивает выход по току пероксида водорода при плотности тока 10 А/дм² и температуре 14^oC 81,5% К недостаткам способа следует отнести энергоемкость изготовления и сложность состава активной массы, использование в конструкции дорогостоящего никеля и высоколегированной стали, необходимость электрической изоляции газовой камеры от рабочей части электрода, сложность герметизации газовой камеры, а также особенности конструкции, не позволяющие существенно повышать скорость накопления пероксида водорода в электролизере.

Результатом использования предполагаемого изобретения является исключение дорогостоящих металлов (никеля, высоколегированной стали) из конструкции электрода, упрощение способа изготовления при сохранении уровня эффективности работы электрода. Это достигается тем, что в способе изготовления электрода для электролитического получения пероксида водорода, включающем приготовление активной массы путем смешивания углеродного и гидрофобного материалов в присутствии органического растворителя и нанесение полученной пасты на твердый носитель, соединяемый с газовой камерой, активную массу готовят, смешивая углеродный материал и фторопласт в присутствии ацетона при соотношении компонентов: углеродный материал 65 90 мас. фторопласт 10 35 мас. и наносят ее на твердый пористый носитель, имеющий внутренний канал для подачи газа (рис. 2).

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что фторопласт используют одновременно в качестве гидрофобного и связующего вещества, а приготовление активной массы проводят, смешивая углеродный материал и фторопласт в присутствии ацетона. Активную массу наносят на твердый пористый носитель (керамический, алюминиевый и др.), имеющий внутренний канал для подачи газа и выполняющий роль газовой камеры.

Таким образом, заявляемый способ изготовления электрода для электролитического получения пероксида водорода соответствует критерию "Новизна".

Для осуществления заявляемого технического решения использовали технический углерод П 803 (ГОСТ 7885-86) с удельной поверхностью 14 м²/г и фторопласт-42 марки "B", ацетон марки "ч". В качестве пористого носителя использовали трубки, изготовленные из керамики и алюминиевого порошка в заводских условиях.

Пример 1. В 50 мл ацетона растворяют 0,9 г фторопласта, в полученный раствор вводят 2,7 г технического углерода, тщательно перемешивают, наносят полученную углеродсодержащую пасту на пористый керамический (корундовый) носитель, имеющий внутренний канал для подачи газа. Растворитель удаляют путем его испарения при комнатной температуре на воздухе. Полученная паста содержит 25 мас. фторопласта и 75 мас. технического углерода (в сухом веществе).

Пример 2. В 50 мл ацетона растворяют 1,25 г фторопласта, в полученный раствор вводят 2,35 г технического углерода, тщательно перемешивают и наносят полученную массу на пористый носитель из алюминия, имеющий внутренний канал для подачи газа. Растворитель удаляют путем его испарения при комнатной температуре на воздухе. Полученная паста содержит 35 мас. фторопласта и 65 мас. технического углерода (в сухом веществе).

Активную массу с другим соотношением углеродного и гидрофобного материалов готовили аналогично, данные приведены в таблице.

Изготовленные в соответствии с рис. 2 и примерами 1 5 электроды испытывали в электролизере диафрагменного типа с целью определения эффективности его работы. В качестве основного критерия эффективности использовали величину выхода по току пероксида водорода. Выход по току пероксида водорода параметр, который очень чувствителен к воздействию различных факторов природе и концентрации электролита, его температуре, а также к природе материала электрода.

Для получения сопоставимых с прототипом данных электролитическое получение пероксида водорода путем катодного восстановления кислорода проводили в 4 н. растворе гидроксида калия при температуре 14^oC и плотности тока 10 А/дм². Результаты испытаний приведены в таблице.

Из представленных в таблице данных видно, что во всем заявляемом интервале состава активной массы выход по току пероксида водорода сопоставим с величиной выхода по току, полученной для прототипа, или несколько выше. За пределами заявляемого интервала наблюдается либо значительное повышение энергоемкости процесса вследствие существенного повышения сопротивления электрода при слишком высоком содержании диэлектрика (фторопласта) в его составе (пример 4). При недостаточном содержании связующего механическая прочность активного слоя неудовлетворительна, в процессе работы электрода происходит разрушение поверхностного слоя (пример 5).

Очевидно, что электрод, изготовленный по заявляемому способу, обеспечивает достаточно высокие значения выхода по току пероксида водорода. При этом в нем не используется дорогостоящий металл никель или высоколегированная сталь, минимальна сложность изготовления электрода.

К преимуществам заявляемого способа изготовления электрода для электролитического получения пероксида водорода путем катодного восстановления кислорода следует отнести также низкие энергозатраты при изготовлении электрода, высокую адгезию активной массы к основе-носителю, невысокие требования к основе-носителю и возможность изготовления электрода любых требуемых габаритов и форм.

Формула изобретения

1. Способ изготовления электрода для электролитического получения пероксида водорода, включающий приготовление активной массы путем смешивания углеродного и гидрофобного материалов в присутствии органического растворителя и нанесение полученной массы на твердый носитель с газовой камерой с последующим высушиванием на воздухе, отличающийся тем, что в качестве углеродного материала используют технический углерод, в качестве гидрофобного материала фторопласт, а в качестве органического растворителя ацетон, перед смешиванием фторопласт растворяют в ацетоне и в полученный раствор вводят технический углерод, полученную массу наносят на носитель, изготовленный пористым с внутренним каналом для подачи газа, используемым в качестве газовой камеры.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что технический углерод и фторопласт смешивают в соотношении (65-90):(10-35) мас. на сухое вещество.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве пористого носителя используют керамические или алюминиевые трубки, изготовленные из порошка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3