1. Electrod
Anod
Anodul și catodul au funcții diferite și au cerințe diferite de material.
Împărțit în două categorii: solubile și insolubile. În celulele electrolitice pentru rafinarea cuprului, materialul anodic este cuprul blister solubil care trebuie rafinat. Se dizolvă în soluție în timpul electrolizei pentru a reumple cuprul care iese din soluție la catod. În celulele electrolitice utilizate pentru electroliza soluțiilor apoase (cum ar fi soluțiile de apă sărată), anozii sunt insolubili și practic nu se modifică în timpul procesului de electroliză, dar au adesea un efect catalitic asupra reacțiilor anodului efectuate pe suprafața electrodului. În industria chimică, anozii insolubili sunt utilizați cel mai mult.
Pe lângă îndeplinirea cerințelor de bază ale materialelor electrozilor generale (cum ar fi conductivitatea, rezistența activității catalitice, prelucrarea, sursa, prețul), materialele anodice trebuie să fie, de asemenea, insolubile și nepasivate în polarizare anodică puternică și anoliți la temperatură mai ridicată. , cu stabilitate ridicată. Grafitul a fost mult timp cel mai utilizat material anodic. Cu toate acestea, grafitul este poros, are o rezistență mecanică slabă și se oxidează ușor în dioxid de carbon. Este în mod constant corodat și dezlipit în timpul procesului de electroliză, determinând creșterea treptată a distanței dintre electrozi și creșterea tensiunii celulei. Atunci când este utilizat pentru electroliza soluției de apă sărată, suprapotenţialul de degajare a clorului pe electrodul de grafit este, de asemenea, mare.
Electrodul de oxid metalic format prin acoperirea cu oxid de ruteniu și oxid de titan pe o bază de titan propus de H. Beer în anii 1960 a fost o inovație majoră în materialele anodice. Dioxidul de ruteniu are o activitate catalitică bună pentru anumite reacții anodice, cum ar fi evoluția clorului și a oxigenului și poate funcționa la densitate mare de curent cu o tensiune relativ scăzută a celulei. Cea mai remarcabilă caracteristică este că are o stabilitate chimică bună și durata de viață a acestuia este mult mai lungă decât cea a anozilor de grafit. De exemplu, la electrolizoarele cu diafragmă utilizate în producția de clor-alcali, durata de viață a acestora poate ajunge la mai mult de 10 ani. Deoarece nu este ușor de corodat și este stabil dimensional, se numește anod stabil dimensional. Pentru a se adapta la diferite cerințe și utilizări, la acoperire pot fi adăugate și alte componente. De exemplu, adăugarea de staniu și iridiu poate crește suprapotențialul de oxigen și poate îmbunătăți selectivitatea anodului. Adăugarea de platină poate îmbunătăți stabilitatea electrodului. În prezent, anozii metalici acoperiți cu metale prețioase au fost promovați pe scară largă în industria chimică.
În electrolizoarele cu sare topită, deoarece temperatura de electroliză este mult mai mare decât cea a electrolizoarelor cu soluție apoasă, cerințele pentru materialele anodice sunt mai stricte. Pentru electroliza hidroxidului de sodiu topit, se utilizează în general oțel, nichel și aliajele acestora. Pentru electroliza clorurii topite se poate folosi numai grafit.
Catod
Când metalul sau aliajul este folosit ca catod, deoarece funcționează la un potențial relativ negativ, poate juca adesea un rol în protecția catodică și este mai puțin coroziv, astfel încât materialul catodic este mai ușor de selectat. Într-o celulă electrolitică apoasă, catodul produce în general o reacție de degajare a hidrogenului și are un suprapotenţial ridicat. Prin urmare, direcția principală de îmbunătățire a materialelor catodice este reducerea suprapotențialului de degajare a hidrogenului. Cu excepția cazului în care se utilizează acid sulfuric ca electrolit, plumbul sau grafitul trebuie folosit ca catod, oțelul cu conținut scăzut de carbon este un material catodic utilizat în mod obișnuit. Pentru a reduce consumul de energie, în prezent sunt utilizate diferite metode pentru prepararea catozilor cu suprafață specifică mare și activitate catalitică, cum ar fi catozii poroși placați cu nichel.
Pentru a îmbunătăți calitatea produsului, pot fi utilizate și materiale catodice speciale. De exemplu, în catodul de mercur utilizat pentru a electroliza soluția de apă sărată pentru a produce sodă caustică folosind metoda mercurului, supra-potențialul mare de degajare a hidrogenului din mercur este utilizat pentru a descărca ionii de sodiu pentru a genera amalgam de sodiu, care este apoi utilizat într-un mod special. echipament, amalgamul de sodiu este descompus cu apă pentru a prepara o soluție alcalină de înaltă puritate și concentrație ridicată. În plus, pentru a economisi energie electrică, un catod consumator de oxigen poate fi folosit și pentru a reduce oxigenul la catod pentru a înlocui reacția de degajare a hidrogenului. Conform calculelor teoretice, tensiunea celulei poate fi redusă cu 1,23 V.
2. Diafragma
Pentru a preveni amestecarea produselor catodice și anodice și pentru a evita eventualele reacții dăunătoare, în celulele electrolitice, diafragmele sunt utilizate practic pentru a separa camerele catodice și anodice. Diafragma trebuie să aibă o anumită porozitate pentru a permite ionilor să treacă fără ca moleculele sau bulele să treacă. Când curentul trece prin diafragmă, căderea de tensiune ohmică a diafragmei trebuie să fie scăzută. Aceste cerințe de performanță rămân practic neschimbate în timpul utilizării și necesită o bună stabilitate chimică și rezistență mecanică sub acțiunea electroliților din camerele catodice și anodice. La electrolizarea apei, electroliții din camerele catodice și anodice sunt aceiași. Diafragma celulei electrolitice trebuie doar să separe camerele catodice și anodice pentru a asigura puritatea hidrogenului și a oxigenului și pentru a preveni exploziile cauzate de amestecarea hidrogenului și oxigenului. O situație mai comună și mai complicată este aceea că compozițiile electrolitice din camerele catodice și anodice ale celulei electrolitice sunt diferite. În acest moment, diafragma trebuie, de asemenea, să prevină difuzia și interacțiunea reciprocă a produselor electrolitice în electroliții camerelor catodice și anodice. De exemplu, diafragma din celula electrolitică cu diafragmă în producția de clor-alcali poate crește rezistența ionilor de hidroxid din camera catodică la camera anodică.
Diafragmele sunt realizate din materiale inerte, cum ar fi diafragmele de azbest folosite de mult în industria clor-alcaline. Cu toate acestea, performanța separatoarelor de azbest este instabilă. Cand saramura contine impuritati de calciu si magneziu, precipitarea hidroxidului se genereaza usor in separator, reducand permeabilitatea. La temperaturi relativ ridicate și sub acțiunea electrolitului, pot apărea umflături și slăbiri. Scoate. În acest scop, rășina poate fi adăugată la azbest ca material de ranforsare sau poate fi realizată o membrană microporoasă cu rășină ca corp principal, ceea ce poate îmbunătăți foarte mult stabilitatea și rezistența mecanică. Membrana schimbătoare de cationi dezvoltată în producția de clor-alcali în ultimii ani este un nou tip de material membranar. Are selectivitate pentru penetrarea ionilor, ceea ce poate împiedica practic intrarea ionilor de clorură în camera catodică, astfel încât să se producă o soluție alcalină cu conținut extrem de scăzut de clorură de sodiu.