Способ получения кислорода

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ()865982 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 040180 (21) 2863399/23-26 (51)М. Кл. с присоелинением заявки М

С 25 В 1/!О

Гоеударстеснный комнтет (23) Приоритет

Опубликовано 230981. Бюллетень № 35 оо делам нзобретеннй н открытнй (53) УДК 621..317.729 (088.8) Дата опубликования описания 250981

ГД.А. Ткаленко, В.Д. Присяжный, С. В. Сажин, Н. А.Чмиленко, С.M. Иванова и А.В. Никитченкб ...1

4: ... 1 ю

Институт общей и неорганической химии АН украинской ССР

1 (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КИСЛОРОДА

Изобретение относится к области основной химической технологии, в частности к получению кислорода путем электролиза.

Известен способ получения кислорода путем электролиза раствора щелочи в диафрагменном электролизере (1 ).

Недостатком способа является его неэкономичность, так как для получения кислорода требуется большое электрическое напряжение, которое необходимо прикладывать к одной ячейке электролизера и, следовательно,,большой удельный расход энергии íà 1 м 15 кислорода.

Цель изобретения — снижение энергозатрат.

Данная цель достигается получением кислорода путем электролиза раствора щелочи, помещенного в одну из камер диафрагменного электролизера, причем электролиэ ведут в присутствии раствора кислоты, концентрацией.4-20 моль/л, помещенной в другую камеру диафрагменного электролизера.

На чертеже представлен электролизер для получения кислорода предлагаемым способом.

Получение кислорода ведут в электролизере, содержащем корпус 1, выполненный из щелочь- и кислотоустойчивого материала, например пластмассы (фторопласта) или нержавеющей стали. Внутреннее пространство разделено ионопроводящей диафрагмой 2. Одна часть устройства заполнена раствором 3 гидроокиси щелочного металла, вторая — раствором 4 азотной кислоты.

Ф

В раствор 3 погружен электрод 5 из электропроводящего и устойчивого в щелочных растворах материала. В раствор 4 погружен электрод 6 из электропроводящего материала, устойчивого в азотной кислоте. Внешняя электрическая цепь устройства включает амперметр А и переменное сопротивление (полезная нагрузка).

86 598 "

Электрод б может быть вынос нен, например, из платины, графита или стеклоуглерода, электрод. 5 — иэ платины, никеля или стали.

Ионнопроводящая диафрагма может быть изготовлена из ионообменной смолы, например сульфированного фторуглер ода, Для кратковременной работы (несколько часов) в качестве диафрагмы может быть использован целлофан. Концентрация азотной кислоты в растворе должна быть в пределах 4-20 моль/л, поскольку при концентрациях ниже

4 моль/л и выше 20 моль/л скорость ка тодного восстановления HNO практи3 чески неприемлнма.

При работе между электродами 5 и 6, находящимися соответственно в растворах щелочи и HNO> устанавливается разность потенциалов около

0,8 В, причем электрод 6, находящийся в азотной кислоте, имеет более положительный потенциал. При замыкании электродов на внешнюю полезную нагрузку по внешней цепи протекает ток, обусловленный процессом катодного восстановления -азотной кислоты на электроде 6 по суммарной реакции

I1HN0>+12e+12H+- 4NO+8H<0 (1) и процессом анодного выделения кислорода на электроде 5 по реакции l2OH - 6Н 0+30 +12е (2)

Таким образом, предлагаемое электрохимическое устройство совмещает в себе функции реактора для получения жслорода и химического источника тока и поэтому может быть названо реактором-генератором. Конечным продуктом катодного процесса является окись азота.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Корпус устройства состоит из двух одинаковых, выполненных из фторопласта частей, между которыми зажимается ионопровадящая диафрагма. Каждая из частей корпуса вместе с диафрагмой образовывает пространство, заполняемое водным раствором электролита. Одно из пространств заполняется SM раствором гидроокиси калия, второе—

12М раствором азотной кислоты.

В раствор гидроокиси калия погружают никелевую пластинку с рабочей поверхностью 6 см, в раствор азотной кислоты — графитовый стержень с рабочей поверхностью 5 см . В качестве ионопроводящей диафрагмы исполь25

55 зуют в первом случае ионообменную мембрану МК-40, во втором — гидратцеллюлозную пленку 9100, обычно применяемую, например, в серебряно-цинковых аккумуляторах. В обоих случаях контактирующая с электролитом часть диафрагмы имеет поверхность 6 см (с одной стороны), объем используемых электролитов — по 50 см .

Между никелевым и графитовым элект— родами катодным вольтметром измеряют разность потенциалов. Она равна 0,85 В, причем в испытуемой электрохимической ячейке никелевый электрод имеет отрицательный заряд, а графитовый — положительный. Величина ЭДС,равная 0,85 В согласуется с тем, что никелевый электрод имеет потенциал, близкий к кислородному электроду, а графитовый— к потенциалу катодного восстановления азотной кислоты.

Действительно, стандартный потенциал кислородного электрода в щелочном растворе имеет значение +0,401 В относительно нормального водородного электрода, а стандартный потенциал инертного, например, платинового или графитового электрода, составляет

+1,25 В относительно того же .электрода сравнения, а разность между ними и составляет приблизительно

0,85 В.

При погружении полученного источника тока (нагрузку осуществляют при помощи потенциостата П-5827) в случае использования диафрагмы МК-40 получают следующие характеристики. .о

Напряжение, В Ток мА

0,6 21

0,4 55

0,3 80

0,2 104

К. 3. 160 (поверхность обоих электродов 5 см ).

Анализ полученных анодных и катодных поляризационных кривых с учетом приведенных характеристик показал, что эти характеристики ограничивают— ся, главным образом, омическим сопротивлением диафрагмы. Характеристики.не изменились существенно при работе устройства в течение 24 ч. В течение этого времени не. наблюдалось разрушения-электродов и диафрагмы.

Таким образом, при работе предлагаемого устройства, одновременно с кислородом генерируется электрическая энергия.

865982

Расчет себестоимости кислорода, получаемого по известному и предлагаемому способам показал, что стоиMocTb 1 м кислорода в последнем случае на 44 коп, дешевле. 5

Формула изобретения

Источники информации, 10 принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Р 3652431, кл. 204-129, опублик. 1972.

Составитель О. Зобнин Редактор Н. Егорова Техред А. Ач Корректор У. Пономаренко

Заказ 8010/42

Тираж 707 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Способ получения кислорода путем электролиза раствора щелочи, помещенного в одну из камер диафрагменного электролизера, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью снижения энергозатрат, электролиз ведут в присутствии раствора азотной кислоты, концентрацией 4-20 моль/л, помещенной в другую камеру диафрагменнЬго электролизера.