Каталитическое или электрокаталитическое получение диоксида хлора

Изобретение относится к электродному элементу, состоящему из цельного электрода, содержащего два отдельных каталитических компонента, размещенных в единственной отдельно стоящей детали, содержащему: подложку из вентильного металла; первый каталитический компонент, нанесенный на упомянутую подложку, причем упомянутый первый каталитический компонент пригоден для выделения кислорода из водного раствора при анодной поляризации; второй каталитический компонент, пригодный для образования диоксида хлора из раствора хлората в кислой среде; причем упомянутые первый и второй каталитические компоненты электрически изолированы друг от друга. Изобретение относится также к электролитической ячейке, содержащей такой электродный элемент, и способу получения диоксида хлора на каталитическом компоненте электрохимической ячейки, содержащей такой электродный элемент. Использование предлагаемого изобретения позволяет исключить поступление кислоты в процесс извне. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 пр., 1 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к производству диоксида хлора (ClO2) и, в частности, к подходящему электродному элементу и к каталитическому способу получения диоксида хлора.

Предпосылки изобретения

Исторически ClO2 получали в промышленности по реакции в водном растворе между хлоратом металла, таким как хлорат натрия (NaClO3), и относительно сильной кислотой, такой как серная, фосфорная или соляная кислота.

Обычно в процессах получения ClO2 используется сырье, содержащее хлорат щелочного металла, обычно NaClO3, а также галогенидную соль щелочного металла или другие восстановители. Натрийхлоратное сырье для такого способа получения ClO2 типично получают электролизом солевого раствора хлорида натрия любым хорошо известным способом. Когда в качестве восстановителя используются хлориды, смесь соляного раствора и хлората подают напрямую в один или более реакторов, где сырье контактирует с желаемой кислотой и вступает в реакцию с образованием ClO2. Из-за необходимой высокой кислотности, например, 5-10н кислоты, в сочетании с потребностью в восстановителе, мелкомасштабное производство ClO2 из NaClO3 не практикуется. Примеры способов получения ClO2 путем электрохимического или каталитического восстановления хлората натрия в сильной кислоте приводятся, например, в патентах US4501824, US426263, US4381290 и US4362707. Эти известные из уровня техники сведения позволяют обойтись без необходимости в отдельном восстановителе, но все еще требуют химического поступления кислоты в процесс.

Сущность изобретения

Различные аспекты изобретения изложены в приложенной формуле изобретения.

По одному аспекту изобретение относится к электродному элементу, содержащему подложку из вентильного металла; первый каталитический компонент, нанесенный на упомянутую подложку, причем упомянутый первый каталитический компонент пригоден для выделения кислорода из водного раствора при анодной поляризации; второй каталитический компонент, пригодный для образования диоксида хлора из раствора хлората в кислой среде; причем упомянутые первый и второй каталитические компоненты электрически изолированы друг от друга.

Благодаря упомянутой выше конструкции, анодное выделение кислорода с последующим образованием протонов вызывает снижение локального pH раствора у поверхности второго каталитического компонента. Другими словами, электрохимическая анодная реакция дает концентрацию кислоты, подходящую для осуществления каталитического восстановления хлората до диоксида хлора без необходимости какого-либо добавления кислоты извне. Следовательно, электродный элемент по изобретению подходит для получения диоксида хлора, исходя только из воды и раствора хлората, таким образом позволяя исключить обращение с сильными неорганическими кислотами, такими как серная кислота.

При этом под электродным элементом здесь понимается цельный электрод, содержащий два отдельных каталитических компонента, расположенных в единственной отдельно стоящей детали, причем эти два каталитических компонента либо разнесены друг от друга посредством подходящей изолирующей прокладки, либо находятся в плотном контакте, но электрически изолированы друг от друга.

В одном варианте осуществления второй каталитический компонент электродного элемента нанесен на керамический носитель. Керамический носитель может, например, быть в виде дискретной керамической среды, такой как седловидные насадки для дистилляционных колонн.

В другом варианте осуществления второй каталитический компонент электродного элемента нанесен на металлический носитель.

Этот второй каталитический компонент может быть необязательно поляризован до более низкого потенциала, чтобы усилить образование диоксида хлора.

В одном варианте осуществления второй каталитический компонент электродного элемента соединен с источником питания.

В одном варианте осуществления первый каталитический компонент электродного элемента содержит оксиды благородных металлов.

В одном варианте осуществления в электродном элементе по изобретению второй каталитический компонент является смесью оксидов благородных металлов, выбранных из группы, состоящей из оксида рутения, оксида иридия, оксида палладия, оксида родия и оксида платины. Необязательно, второй каталитический компонент содержит также оксид вентильного металла.

В одном варианте осуществления второй каталитический компонент электродного элемента выполнен в виде керамических или металлических листа или сетки или пористого материала.

По другому аспекту изобретение относится к электролитической ячейке, содержащей по меньшей мере один описанный выше электродный элемент.

В одном варианте осуществления электролитическая ячейка оборудована электродными элементами, расположенными как массив нанесенных на подложки первых каталитических компонентов и вторых каталитических компонентов, вставленных друг в друга (переслоенных), причем первые и вторые каталитические компоненты взаимно изолированы.

По еще одному аспекту изобретение относится к способу получения диоксида хлора на каталитическом компоненте, включающему этапы:

- обеспечение электрохимической ячейки, содержащей по меньшей мере один катод и по меньшей мере один электродный элемент по п. 1 формулы в качестве анода;

- подача в упомянутую ячейку водного сырья, содержащего раствор хлората;

- подвергание электролизу упомянутого сырья пропусканием электрического тока между катодом и анодом с образованием тем самым кислорода и кислотности на поверхности упомянутого первого каталитического компонента и поступлением кислотности в окрестности поверхности упомянутого второго каталитического слоя;

- отделение и извлечение диоксида хлора, образованного на каталитическом слое.

Предпочтительно, раствор подвергают электролизу при температуре от 40°C до 90°C.

Следующие примеры приводятся, чтобы продемонстрировать конкретные варианты осуществления изобретения, практическая осуществимость которых в заявленном диапазоне значений была в целом подтверждена. Специалисты в данной области должны понимать, что составы и методы, раскрытые в нижеследующих примерах, представляют собой те составы и методы, которые обнаружены авторами изобретения как хорошо функционирующие при практическом применении изобретения; однако специалисты должны также понимать с учетом настоящего описания, что в раскрытые частные варианты осуществления можно внести много изменений и все-таки получить сходный или близкий результат, не выходя за объем изобретения.

Пример

Приготовили электрохимическую ячейку, содержавшую в качестве анода снабженный покрытием титановый стержень диаметром 0,5 см. Покрытие анода состояло из 10 г/м2 смешанных оксидов иридия и тантала в мольном отношении 2:1. Снабженную покрытием просечно-вытяжную титановую сетку, служащую носителем для второго каталитического компонента (компонента катализатора), оборачивали вокруг указанного стержня с расположенной между ними прокладкой, чтобы обеспечить электроизоляцию. Покрытие титановой сетки состояло из 10 г/м2 RuO2/RhO2 в мольном отношении 1:2. В качестве сырья-электролита подавали 2М раствор NaClO3. Реакцию осуществляли при температуре 61°C и плотности анодного тока 50 мА/см2.

Испытание проводили в течение 5 часов. Пробу отбирали каждый час и определяли ее характеристики в спектрофотометре УФ и видимой областей спектра (Hach DR 5000). На фигуре показано повышение концентрации диоксида хлора как функция времени.

Предшествующее описание не должно рассматриваться как ограничивающее изобретение, которое может применяться в соответствии с другими вариантами осуществления без выхода за его рамки и объем охраны которого определяется только прилагаемой формулой изобретения.

Во всем описании и формуле данной заявки термины «содержать», «включать» и такие их варианты, как «содержащий», «включающий» и «содержит», не предназначены исключать наличие других элементов, компонентов или дополнительных этапов способа.

Обсуждение документов, актов, материалов, устройств, изделий и т.д. включено в данное описание исключительно в целях обеспечения контекста для настоящего изобретения. Не предполагается и не представлено, что какой-либо или все эти объекты составляют часть основополагающего уровня техники или были общеизвестными сведениями в области, имеющей отношение к настоящему изобретению, до даты приоритета каждого пункта формулы изобретения данной заявки.

1. Электродный элемент, состоящий из цельного электрода, содержащего два отдельных каталитических компонента, размещенных в единственной отдельно стоящей детали, содержащий:

- подложку из вентильного металла;

- первый каталитический компонент, нанесенный на упомянутую подложку, причем упомянутый первый каталитический компонент пригоден для выделения кислорода из водного раствора при анодной поляризации;

- второй каталитический компонент, пригодный для образования диоксида хлора из раствора хлората в кислой среде;

причем упомянутые первый и второй каталитические компоненты электрически изолированы друг от друга.

2. Электродный элемент по п. 1, причем упомянутый второй каталитический компонент нанесен на керамический носитель.

3. Электродный элемент по п. 1, причем упомянутый второй каталитический компонент нанесен на металлический носитель.

4. Электродный элемент по п. 1, причем упомянутый первый каталитический компонент содержит оксиды благородных металлов.

5. Электродный элемент по п. 1, причем упомянутый второй каталитический компонент является смесью оксидов благородных металлов, выбранных из группы, состоящей из оксида рутения, оксида иридия, оксида палладия, оксида родия и оксида платины, необязательно содержащей оксид вентильного металла.

6. Электродный элемент по п. 1, причем упомянутый второй каталитический компонент выполнен в виде листа, сетки или пористого материала.

7. Электролитическая ячейка, содержащая по меньшей мере один электродный элемент, охарактеризованный в п. 1.

8. Электролитическая ячейка по п. 7, в которой электродные элементы расположены как массив нанесенных на подложки первых каталитических компонентов и вторых каталитических компонентов, вставленных друг в друга и изолированных друг от друга.

9. Электролитическая ячейка, содержащая по меньшей мере один охарактеризованный в п. 3 электродный элемент и источник питания, причем упомянутый второй каталитический компонент соединен с упомянутым источником питания.

10. Способ получения диоксида хлора на каталитическом компоненте, включающий этапы:

- обеспечение электрохимической ячейки, содержащей по меньшей мере один катод и по меньшей мере один охарактеризованный в п. 1 электродный элемент в качестве анода;

- заполнение упомянутой ячейки водным сырьем, содержащим раствор хлората;

- подвергание электролизу упомянутого сырья пропусканием электрического тока между катодом и анодом с образованием тем самым кислорода и кислотности на поверхности упомянутого первого каталитического компонента и, тем самым, кислотности в тесном контакте с поверхностью упомянутого второго каталитического слоя;

- отделение и извлечение диоксида хлора, образовавшегося на упомянутом втором каталитическом слое.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу электроокисления ионов церия (III), включающему обработку исходного раствора, содержащего ионы церия (III), в электролизере с установленными в нем анодом и катодом, разделенными пористой наноструктурированной керамической диафрагмой на анодную и катодную камеры, каждая из которых имеет ввод и вывод, при этом ввод и вывод каждой камеры снабжены циркуляционными контурами, подачу исходного раствора в анодную камеру электролизера, подачу вспомогательного электролита в катодную и проведение электролиза при поддержании необходимых температуры и давления.
Настоящее изобретение относится к способу электрохимического окисления спиртов, включающему приготовление реакционной смеси, состоящей из окисляемого спирта, воды, органического растворителя, в качестве которого используется хлористый метилен, йодида калия, нитроксильного радикала ряда 2,2,6,6-тетраметилпиперидин с добавкой пиридина, после чего проводят электролиз при температуре 25-30о С и заканчивают его после пропускания 2 F электричества.

Изобретение относится к устройству получения обогащенной водородом воды и обогащенной кислородом воды. Устройство содержит диэлектрический корпус с отверстием для входа воды и вентилями для выхода обогащенной водородом воды и обогащенной кислородом воды.

Изобретение относится к электрохимическому способу получения микрокристаллического порошка кремния, включающему электролиз расплава, содержащего хлорид, фторид и фторсиликат калия, диоксид кремния.

Изобретение относится к способу электролиза с электролизной ячейкой, проводимого в диапазоне температур от 300°С до 1500°С. Способ включает: подвод реактанта к электролизной ячейке, причем на катоде электролизной ячейки образуется газообразный продукт (Н2, СО), а на аноде электролизной ячейки кислород (О2), по меньшей мере, частичный вывод кислорода (О2) посредством, по меньшей мере, одного подводимого к электролизной ячейке первого промывающего агента, причем, по меньшей мере, первый промывающий агент инертен по отношению к кислороду (О2), по меньшей мере, частичное разделение смеси промывающего агента и кислорода (60-О2) в разделительном устройстве на составные части - кислород (О2) и по крайней мере первый промывающий агент, рециркуляцию путем повторного подвода отделенного, по меньшей мере, первого промывающего агента в электролизную ячейку и выведение из процесса отделенного кислорода (О2).

Группа изобретений относится к способу формирования твердооксидных топливных элементов с металлической опорой. Способ формирования твердооксидного топливного элемента с металлической опорой включает нанесение на металлическую подложку из фольги слоя зеленого анода, содержащего оксид никеля и оксид церия, легированный редкоземельным элементом; предварительный обжиг слоя анода в условиях невосстановительной среды для формирования композитного материала; обжиг композитного материала в восстановительной среде для формирования спеченного металлокерамического материала; обеспечение электролита и обеспечение катода.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Трехкамерная электролитическая ячейка используется для производства окисляющих дезинфицирующих растворов.

Изобретение относится к компоненту алюминиевого электролизера, содержащему от 0,01 до менее чем 0,5 вес.% добавок металлов, причем добавки металлов выбраны из группы, состоящей из Cr, Mn, Mo, Pt, Pd, Fe, Ni, Co и W и их комбинаций; остальным являются TiB2 и неизбежные примеси, причем неизбежные примеси составляют менее 2 вес.% компонента; при этом компонент имеет плотность от по меньшей мере 85% до не более чем 99% от его теоретической плотности.

Изобретение относится к электронике и нанотехнологии и может быть использовано в 2D-печати. Сначала получают графеновые частицы электрохимическим расслоением графита, характеризующегося массой чешуек около 10 мг, в жидкой фазе с использованием в качестве электролита водного 0,00005-0,05 М раствора (NH4)2S2O8, в течение 10 мин и менее, при напряжении не более 15 В и подаче на графитовый электрод положительного напряжения.
Изобретение относится к способу изготовления неокисляющих частиц. Способ содержит сильный окислитель, классифицируемый как PG I согласно стандартному методу исследования руководства ООН по испытаниям и критериям, пятое исправленное издание, подраздел 34.4.1, и по меньшей мере один дополнительный ингредиент.

Изобретение относится к технологии полупроводниковых материалов и может быть использовано в производстве поликристаллического кремния. Способ включает получение хлористого водорода из хлора и водорода; получение трихлорсилана в реакторе кипящего слоя металлургического кремния с катализатором с использованием синтезированного хлористого водорода и оборотного хлористого водорода из системы конденсации после водородного восстановления трихлорсилана с образованием парогазовой смеси 1, содержащей хлорсиланы и водород; конденсацию хлорсиланов из парогазовой смеси 1 с получением конденсата 1 и с отделением водорода; ректификационное разделение хлорсиланов из конденсата 1 и их очистку; переработку тетрахлорида кремния в трихлорсилан; водородное восстановление очищенного трихлорсилана в реакторах осаждения с получением поликристаллического кремния и парогазовой смеси 2, содержащей хлорсиланы, водород и хлористый водород; конденсацию хлорсиланов из парогазовой смеси 2 с получением конденсата 2 и с отделением водорода и хлористого водорода; ректификационное разделение хлорсиланов из конденсата 2 и их очистку; переработку кремнийсодержащих отходов с получением диоксида кремния и раствора хлорида натрия, при этом для получения хлора используют электролиз раствора хлорида натрия, полученного при переработке кремнийсодержащих отходов, с одновременным получением водорода, который направляют на получение хлористого водорода, и раствора гидроксида натрия, который направляют в систему переработки отходов; для получения хлористого водорода используют неосушенные хлор и водород из системы электролиза хлора и дополнительный водород из водородной станции, причем процесс синтеза хлористого водорода ведут с одновременной абсорбцией его водой и дальнейшим выделением газообразного хлористого водорода на колонне отгонки - стриппинга, с одновременным получением соляной кислоты, которую направляют в систему переработки отходов; прямой синтез трихлорсилана и переработку тетрахлорида кремния в трихлорсилан ведут совместно в реакторе, в который, кроме металлургического кремния с катализатором и хлористого водорода, подают водород, выделенный из парогазовой смеси 1, часть водорода, выделенного из парогазовой смеси 2, водород из водородной станции, очищенный после ректификационного разделения конденсата 1 тетрахлорид кремния и основную часть тетрахлорида кремния после ректификационного разделения конденсата 2; в процессе водородного восстановления кремния в реактор подают трихлорсилан, очищенный после ректификационного разделения хлорсиланов из конденсата 1, трихлорсилан, очищенный после ректификационного разделения хлорсиланов из конденсата 2, и оборотный водород из системы конденсации 2, при этом температурный градиент в пространстве от зоны охлаждения стенки реактора до нагревателей снижают до 250-300°С за счет введения композиционных тепловых экранов; дихлорсилан после ректификационного разделения конденсата 1 и ректификационного разделения конденсата 2 выводят в систему конверсии дихлорсилана в трихлорсилан, из которой трихлорсилан затем возвращают на ректификационное разделение хлорсиланов из конденсата 1 и их очистку. Техническим результатом изобретения является повышение производительности предприятия по производству ГЖК в 1,3-1,5 раза без существенного изменения капитальных и эксплуатационных затрат по сравнению с единичной (базовой) мощностью, а также реализация полностью замкнутого цикла по хлору со снижением количества отходов (побочной товарной продукции) в 2-2,5 раза. В результате использования данного технического решения происходит снижение себестоимости поликристаллического кремния в 1,2-1,4 раза. 1 пр., 1 ил.

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении композитов, электрохимических и электрофизических устройств. В электролите, содержащем источник углерода, размещают электроды. В качестве анода используют электропроводные материалы, такие как железо, алюминий, титан, молибден, медь, нержавеющая сталь. Также в качестве анода можно использовать неэлектропроводный материал, снабженный покрытием из электропроводного материала, такого как железо, алюминий, титан, молибден, медь, нержавеющая сталь. В качестве электролита используют водные растворы солей, содержащих анионы НСО3, Н3С2О2, СО3, по отдельности либо в виде смеси. В качестве солей, содержащих анионы НСО3 и/или СО3, можно использовать водорастворимые соли натрия и/или калия или их смесь, а в качестве солей, содержащих анионы Н3С2О2 - водорастворимые соли K, Na, Ва, Cu, Mg, Cr, Fe++, Fe+++, Ni, Mn, Zn, Ag, Sn, Co либо их смеси. Через электролит пропускают постоянный или импульсный электрический ток. Получают графен, графеновые пленки и покрытия на подложке в промышленном масштабе без использования высоких температур, защитных атмосфер и дорогостоящих солей. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к электродному элементу, состоящему из цельного электрода, содержащего два отдельных каталитических компонента, размещенных в единственной отдельно стоящей детали, содержащему: подложку из вентильного металла; первый каталитический компонент, нанесенный на упомянутую подложку, причем упомянутый первый каталитический компонент пригоден для выделения кислорода из водного раствора при анодной поляризации; второй каталитический компонент, пригодный для образования диоксида хлора из раствора хлората в кислой среде; причем упомянутые первый и второй каталитические компоненты электрически изолированы друг от друга. Изобретение относится также к электролитической ячейке, содержащей такой электродный элемент, и способу получения диоксида хлора на каталитическом компоненте электрохимической ячейки, содержащей такой электродный элемент. Использование предлагаемого изобретения позволяет исключить поступление кислоты в процесс извне. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 пр., 1 ил.

Наверх