RU2379380C2 - High-efficiency anode coating for producing hypochlorite - Google Patents
High-efficiency anode coating for producing hypochlorite Download PDFInfo
- Publication number
- RU2379380C2 RU2379380C2 RU2007132164/15A RU2007132164A RU2379380C2 RU 2379380 C2 RU2379380 C2 RU 2379380C2 RU 2007132164/15 A RU2007132164/15 A RU 2007132164/15A RU 2007132164 A RU2007132164 A RU 2007132164A RU 2379380 C2 RU2379380 C2 RU 2379380C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxide
- coating
- metal
- oxides
- anode
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
Abstract
Description
Предпосылки создания изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION
1. Область техники, к которой относится изобретение1. The technical field to which the invention relates.
Изобретение направлено на электролитный электрод и смешанное металлооксидное покрытие на нем для образования гипохлорита.The invention is directed to an electrolyte electrode and a mixed metal oxide coating on it to form hypochlorite.
2. Описание предшествующего уровня техники2. Description of the Related Art
Применение смешанных металлооксидных покрытий для образования гипохлорита при электролизе солевых растворов широко известно в данной области. Однако обычно при производстве гипохлорита путем электролиза солевого раствора (рассола) концентрация имеющегося хлора в гипохлоритном продукте может быть настолько низкой, что составляет 1 массовый процент (мас.%) или менее. Кроме того, выход по току и сроки службы электрода уменьшаются в том случае, когда подаваемые солевые растворы являются менее концентрированными (то есть 10-30 г/л), а требуемые концентрации гипохлорита превышают 8 г/л.The use of mixed metal oxide coatings for the formation of hypochlorite in the electrolysis of saline solutions is widely known in the art. However, usually in the production of hypochlorite by electrolysis of a saline solution (brine), the concentration of available chlorine in the hypochlorite product can be so low that it is 1 mass percent (wt.%) Or less. In addition, the current efficiency and electrode life are reduced when the supplied salt solutions are less concentrated (i.e. 10-30 g / l) and the required hypochlorite concentrations exceed 8 g / l.
Для получения высококонцентрированных растворов гипохлорита натрия без отрицательного воздействия на выход по току и срок службы электрода были предложены различные решения. Например, в патенте США 4495048 рассматривают электролитическую ячейку фильтр-прессного типа, в которой гипохлорит натрия получают при уменьшенном напряжении ячейки и с повышенным выходом по току. Анод в такой электролитической ячейке состоит из титановой подложки, имеющей покрытие из тройной смеси от 3 до 42% по массе оксида платины, от 3 до 34% по массе оксида палладия, 42% по массе диоксида рутения и 20-40% по массе оксида титана.Various solutions have been proposed to obtain highly concentrated solutions of sodium hypochlorite without adversely affecting current efficiency and electrode life. For example, US Pat. No. 4,495,048 discloses a filter-press type electrolytic cell in which sodium hypochlorite is produced at a reduced cell voltage and with increased current efficiency. The anode in such an electrolytic cell consists of a titanium substrate having a ternary mixture coating of 3 to 42% by weight of platinum oxide, 3 to 34% by weight of palladium oxide, 42% by weight of ruthenium dioxide and 20-40% by weight of titanium oxide .
По патенту США 4517068 электрод, специально разработанный для получения хлора и гипохлорита, содержит электрокатализатор, состоящий из 22-44 мол.% оксида рутения, 0,2-22 мол.% оксида палладия и 44-77,8 мол.% оксида титана. Электрокатализатор может образовывать покрытие на подложке из вентильного металла и может быть покрыт сверху пористым слоем оксида титана или тантала.According to US Pat. No. 4,571,068, an electrode specifically designed to produce chlorine and hypochlorite contains an electrocatalyst consisting of 22-44 mol% of ruthenium oxide, 0.2-22 mol% of palladium oxide and 44-77.8 mol% of titanium oxide. The electrocatalyst can form a coating on a valve metal substrate and can be coated on top with a porous layer of titanium oxide or tantalum.
Способ эффективного производства гипохлорита с использованием анода, имеющего покрытие из оксида палладия в количестве от 10 до 45 мас.%, оксида рутения в количестве от 15 от 45 мас.%, диоксида титана в количестве от 10 до 40 мас.% и платины в количестве от 10 до 20 мас.%, а также оксида по меньшей мере одного металла, выбранного из кобальта, лантана, церия или иттрия, в количестве от 2 до 10 мас.%, описывается в патенте США 5622613.A method for the efficient production of hypochlorite using an anode having a coating of palladium oxide in an amount of 10 to 45 wt.%, Ruthenium oxide in an amount of 15 to 45 wt.%, Titanium dioxide in an amount of 10 to 40 wt.% And platinum in an amount from 10 to 20 wt.%, as well as oxide of at least one metal selected from cobalt, lanthanum, cerium or yttrium, in an amount of from 2 to 10 wt.%, is described in US patent 5622613.
Было бы желательно создать электрод с нанесенным на него электрокаталитическим покрытием, которое способно обеспечить увеличенные сроки службы электрода и эффективности работы в электролитических средах, используемых для образования гипохлорита из подаваемых растворов NaCl или KCl в концентрации 15-30 граммов на литр (г/л), и в тех случаях, когда требуемые концентрации гипохлорита превышают 8 г/л. Более того, было бы желательно создать такой электрод с пониженными затратами по сравнению с композициями на основе платины.It would be desirable to create an electrode with an electrocatalytic coating deposited on it, which can provide increased electrode life and work efficiency in electrolytic media used to form hypochlorite from the supplied NaCl or KCl solutions at a concentration of 15-30 grams per liter (g / l), and in cases where the required concentration of hypochlorite exceeds 8 g / l. Moreover, it would be desirable to create such an electrode with reduced costs compared to platinum based compositions.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
В настоящее время найдено электродное покрытие, которое обеспечивает улучшенные сроки службы при сохранении высокихAn electrode coating has been found that provides improved durability while maintaining high
эффективностей в электролитических растворах для образования гипохлорита. Это покрытие представляет собой смешанное металлооксидное покрытие, состоящее из комбинаций оксидов палладия, иридия, рутения и титана.efficiencies in electrolytic solutions for the formation of hypochlorite. This coating is a mixed metal oxide coating consisting of combinations of palladium, iridium, ruthenium and titanium oxides.
В одном варианте воплощения изобретение направлено на электрод для применения при электролизе водного раствора электролита для получения гипохлорита, содержащий электродную основу из вентильного металла и электрокаталитическое (электрохимически активное) покрытие на указанной электродной основе из вентильного металла, причем это покрытие содержит смешанное металлооксидное покрытие из оксидов металлов платиновой группы и оксида вентильного металла, при этом смешанное металлооксидное покрытие состоит по существу из оксидов металлов платиновой группы рутения, палладия и иридия и оксида вентильного металла титана, где (а) молярное отношение указанного оксида вентильного металла титана к указанным оксидам металлов платиновой группы в расчете на металлы составляет от примерно 90:10 до примерно 40:60; (b) молярное отношение указанного рутения к указанному иридию составляет от примерно 90:10 до примерно 50:50; и (с) молярное отношение указанного оксида палладия к оксидам рутения плюс иридия в расчете на металлы составляет от примерно 5:95 до примерно 40:60, исходя из 100 молярных процентов этих металлов, присутствующих в этом покрытии.In one embodiment, the invention is directed to an electrode for use in the electrolysis of an aqueous electrolyte solution to produce hypochlorite, comprising an electrode base of a valve metal and an electrocatalytic (electrochemically active) coating of said electrode base of a valve metal, the coating comprising a mixed metal oxide coating of metal oxides a platinum group and a valve metal oxide, wherein the mixed metal oxide coating consists essentially of metal oxides a platinum group ruthenium, palladium, and iridium and titanium oxide of the valve metal, wherein (a) the molar ratio of said titanium oxide of the valve metal to said platinum group metal oxides based on the metals is from about 90:10 to about 40:60; (b) the molar ratio of said ruthenium to said iridium is from about 90:10 to about 50:50; and (c) the molar ratio of said palladium oxide to ruthenium oxides plus iridium based on metals is from about 5:95 to about 40:60, based on 100 molar percent of these metals present in this coating.
При этом такой электрод работает при высоком выходе по току с получением концентраций гипохлорита по меньшей мере 8 граммов на литр (г/л).Moreover, such an electrode operates at a high current efficiency to obtain hypochlorite concentrations of at least 8 grams per liter (g / l).
В другом варианте воплощения изобретение направлено на способ электролиза водного раствора электролита в электролитической ячейке, оборудованной по меньшей мере одним анодом с электрокаталитическим покрытием по первому варианту воплощения изобретения, включающий в себя стадии: обеспечение неразделенной (бездиафрагменной) электролитической ячейки, размещение в этой ячейке содержащего хлорид электролита, обеспечение указанного анода в этой ячейке в контакте с электролитом, подачу электрического тока на анод и получение гипохлорита в концентрациях по меньшей мере 8 г/л посредством окисления указанного хлорида на указанном аноде.In another embodiment, the invention is directed to a method for electrolyzing an aqueous solution of an electrolyte in an electrolytic cell equipped with at least one electrocatalytic coated anode according to the first embodiment of the invention, comprising the steps of: providing an undivided (diaphragmless) electrolytic cell, placing chloride containing in this cell electrolyte, providing the specified anode in this cell in contact with the electrolyte, applying an electric current to the anode and obtaining hypochlorite concentrations of at least 8 g / l by oxidising said chloride at said anode.
Описание изобретенияDescription of the invention
Согласно настоящему изобретению предложен электрод с электрокаталитическим покрытием, обладающий высоким выходом по току при высоких концентрациях гипохлорита, например>8 г/л, и имеющий низкий электродный потенциал и улучшенные сроки службы. В одном варианте воплощения, в зависимости от концентрации гипохлорита, выход по току будет составлять от примерно 90% до примерно 100% в пределах концентрации гипохлорита от 16 до 0 г/л. Электрод, имеющий описанное здесь электрокаталитическое покрытие, фактически всегда будет функционировать в качестве анода. Таким образом, слово "анод" часто используют в данном описании со ссылкой на электрод, но это сделано просто для удобства изложения и не должно рассматриваться в качестве ограничения изобретения.According to the present invention, there is provided an electrode with an electrocatalytic coating having a high current efficiency at high concentrations of hypochlorite, for example> 8 g / l, and having a low electrode potential and improved service life. In one embodiment, depending on the concentration of hypochlorite, the current output will be from about 90% to about 100% within the concentration of hypochlorite from 16 to 0 g / L. An electrode having an electrocatalytic coating described herein will in fact always function as an anode. Thus, the word "anode" is often used in this description with reference to the electrode, but this is done simply for convenience of presentation and should not be construed as limiting the invention.
Электрод, использованный в настоящем изобретении, содержит электрокаталитически активную пленку на проводящей основе. Проводящая основа может представлять собой металл, такой как никель или марганец, или лист из любого пленкообразующего металла, такого как титан, тантал, цирконий, ниобий, вольфрам и кремний, а также сплавы, содержащие один или более из этих металлов, причем титан является предпочтительным по соображениям стоимости. Под «пленкообразующим металлом» подразумевают металл или сплав, который облает таким свойством, что, когда его подключают в качестве анода в электролите, в котором этот анод с покрытием должен впоследствии работать, на нем быстро образуется пассивирующая оксидная пленка, которая защищает нижележащий металл от коррозии под действием электролита, т.е. такие металлы и сплавы, которые часто называют «вентильными металлами», а также сплавы, содержащие вентильный металл (например, Ti-Ni, Ti-Co, Ti-Fe и Ti-Cu), но которые в тех же самых условиях образуют непассивирующие анодные поверхностные оксидные пленки. В качестве электродной основы могут быть использованы пластины, прутки, трубки, проволоки или вязаные проволоки и растянутые сетки из титана или других пленкообразующих металлов. Также может быть использована оболочка из титана или другого пленкообразующего металла на проводящей сердцевине. Также возможна обработка поверхности пористого спеченного титана разбавленными красящими растворами аналогичным образом.The electrode used in the present invention contains an electrocatalytically active film on a conductive basis. The conductive base may be a metal, such as nickel or manganese, or a sheet of any film-forming metal, such as titanium, tantalum, zirconium, niobium, tungsten and silicon, as well as alloys containing one or more of these metals, with titanium being preferred for cost reasons. By “film-forming metal” is meant a metal or alloy which has such a property that when it is connected as an anode in an electrolyte in which this coated anode is to subsequently operate, a passivating oxide film is quickly formed on it, which protects the underlying metal from corrosion under the action of an electrolyte, i.e. such metals and alloys, which are often called "valve metals", as well as alloys containing a valve metal (for example, Ti-Ni, Ti-Co, Ti-Fe and Ti-Cu), but which under the same conditions form non-passivating anode surface oxide films. As the electrode base can be used plates, rods, tubes, wires or knitted wires and stretched mesh of titanium or other film-forming metals. A shell of titanium or another film-forming metal on a conductive core may also be used. It is also possible to treat the surface of porous sintered titanium with diluted coloring solutions in a similar manner.
Особый интерес благодаря своей высокой прочности, коррозионной стойкости и доступности вызывает титан. В дополнение к обычно доступным элементарным металлам как таковым, подходящие металлы подложки включают в себя металлические сплавы и интерметаллические смеси, а также керамику и металлокерамику, такую, которая содержит один или более вентильных металлов. Например, титан может быть легирован никелем, кобальтом, железом, марганцем или медью. Более конкретно, титан марки 5 может включать в себя вплоть до 6,75 массового процента алюминия и 4,5 массового процента ванадия, марки 6 - вплоть до 6 процентов алюминия и 3 процентов олова, марки 7 - вплоть до 0,25 массового процента палладия, марки 10 - от 10 до 13 массовых процентов плюс от 4,5 до 7,5 массового процента циркония и так далее.Of particular interest due to its high strength, corrosion resistance and availability is titanium. In addition to the commonly available elemental metals as such, suitable substrate metals include metal alloys and intermetallic mixtures, as well as ceramics and cermets, such as those containing one or more valve metals. For example, titanium can be alloyed with nickel, cobalt, iron, manganese, or copper. More specifically, grade 5 titanium may include up to 6.75 weight percent aluminum and 4.5 weight percent vanadium,
Под применением элементарных металлов наиболее часто на практике понимаются металлы в их обычно доступном состоянии, т.е. имеющие незначительные количества примесей. Так, в случае представляющего особый интерес металла, т.е. титана, доступны различные марки этого металла, включая те, в которых другие компоненты могут быть сплавами или сплавами плюс примесями. Марки титана более конкретно описаны в стандартных спецификациях по титану, детализированных в ASTM B 265-79.The use of elemental metals most often in practice means metals in their usually accessible state, i.e. having minor amounts of impurities. So, in the case of metal of particular interest, i.e. titanium, various grades of this metal are available, including those in which other components may be alloys or alloys plus impurities. Grades of titanium are more specifically described in standard titanium specifications detailed in ASTM B 265-79.
Поскольку титан является металлом, представляющим особый интерес, то для удобства далее часто будут ссылаться на титан, когда дается ссылка на металл электродной основы.Since titanium is a metal of particular interest, for convenience, reference will often be made to titanium when reference is made to a metal of an electrode base.
Независимо от выбранного металла и формы электродной основы, перед нанесением на нее состава покрытия электродная основа предпочтительно имеет очищенную поверхность. Она может быть получена любой из обработок, используемых для достижения чистой металлической поверхности, включая механическую очистку. Также могут быть успешно использованы обычные процедуры очистки с обезжириванием, либо химические, либо электролитические, или другая операция по химической очистке. В том случае, когда подготовка основы включает отжиг, и металл представляет собой титан марки 1, титан может быть отожжен при температуре по меньшей мере примерно 450°C в течение времени по меньшей мере примерно 15 минут, но наиболее часто предпочтительна более повышенная температура отжига, например, от 600°C до 875°C.Regardless of the metal chosen and the shape of the electrode base, before applying the coating composition to it, the electrode base preferably has a cleaned surface. It can be obtained by any of the treatments used to achieve a clean metal surface, including mechanical cleaning. Conventional degreasing cleaning procedures, either chemical or electrolytic, or another chemical cleaning operation, can also be successfully used. In the case where the base preparation includes annealing and the metal is grade 1 titanium, the titanium can be annealed at a temperature of at least about 450 ° C. for at least about 15 minutes, but a higher annealing temperature is most often preferred. e.g. 600 ° C to 875 ° C.
Для большинства применений предпочтительно получение основы с шероховатостью поверхности. Этого можно достичь такими приемами, которые могут включать межзеренное травление металла, нанесение плазменным напылением, причем такое нанесение напылением может происходить из частиц вентильного металла или керамических оксидных частиц, или их обоих, травление и дробеструйную обработку металлической поверхности острой дробью, необязательно с последующей обработкой поверхности для удаления вкрапленной дроби и/или очисткой поверхности, или их комбинациями. В некоторых случаях основу можно просто очистить, и это даст очень гладкую поверхность подложки. Альтернативно, пленкообразующая проводящая основа может иметь предварительно нанесенную поверхностную пленку из оксида пленкообразующего металла, который во время нанесения активного покрытия может подвергаться агрессивному воздействию какого-либо агента в растворе для нанесения покрытия (например, HCl) и преобразоваться в виде части общей поверхностной пленки.For most applications, it is preferable to obtain a base with a surface roughness. This can be achieved by such methods, which may include intergranular etching of the metal, applying by plasma spraying, and such spraying may occur from valve metal particles or ceramic oxide particles, or both, etching and shot peening of the metal surface with a sharp shot, optionally followed by surface treatment for removing disseminated shots and / or surface cleaning, or combinations thereof. In some cases, the substrate can simply be cleaned and this will give a very smooth surface to the substrate. Alternatively, the film-forming conductive substrate may have a pre-deposited film-forming metal oxide surface film which, during the application of the active coating, may be aggressively exposed to any agent in the coating solution (e.g., HCl) and be transformed as part of a common surface film.
Травление будет проводиться достаточно активным травильным раствором для образования шероховатости поверхности и/или морфологии поверхности, включая возможное агрессивное воздействие на границы зерен. Типичными травильными растворами являются растворы кислот. Они могут быть представлены хлористоводородной, серной, перхлорной, азотной, щавелевой, винной и фосфорной кислотой, а также их смесями, например царской водкой. Другие травители, которые могут быть использованы, включают едкие травители, такие как растворы гидрооксида калия/пероксида водорода, или расплав гидрооксида калия с нитратом калия. После травления протравленная поверхность металла может быть затем подвергнута стадиям промывки и сушки. Подходящая подготовка поверхности протравливанием была более полно обсуждена в патенте США №5167788, причем указанный патент включен сюда посредством ссылки.The etching will be carried out with a sufficiently active etching solution for the formation of surface roughness and / or surface morphology, including possible aggressive effects on grain boundaries. Typical etching solutions are acid solutions. They can be represented by hydrochloric, sulfuric, perchloric, nitric, oxalic, tartaric and phosphoric acid, as well as their mixtures, such as aqua regia. Other etchants that can be used include caustic etchants such as potassium hydroxide / hydrogen peroxide solutions, or molten potassium hydroxide with potassium nitrate. After etching, the etched metal surface can then be subjected to washing and drying steps. Suitable etching surface preparation has been more fully discussed in US Pat. No. 5,167,788, which patent is hereby incorporated by reference.
При плазменном напылении для придания достаточной шероховатости металлической поверхности материал будет наноситься в форме частиц, таких как капельки расплавленного металла. При этом плазменном напылении, таком, которое применялось бы для напыления металла, металл плавится и распыляется в потоке плазмы, генерируемой нагреванием электрической дугой до высоких температур в инертном газе, таком как аргон или азот, необязательно содержащем незначительное количество водорода. При использование в данном описании термина «плазменное напыление» следует понимать, что, хотя плазменное напыление является предпочтительным, подразумевают, что этот термин включает в общем термическое напыление, такое как магнитогидродинамическое напыление, газопламенное напыление и электродуговое напыление, так что напыление может просто называться «напылением в жидкой фазе» или «термическим напылением».In plasma spraying, in order to give a sufficient roughness to the metal surface, the material will be applied in the form of particles, such as droplets of molten metal. With this plasma spraying, such as would be used to spray metal, the metal melts and sprays in a plasma stream generated by heating an electric arc to high temperatures in an inert gas such as argon or nitrogen, optionally containing a small amount of hydrogen. When used in this description, the term "plasma spraying" it should be understood that, although plasma spraying is preferred, it is understood that this term includes in general thermal spraying, such as magnetohydrodynamic spraying, gas flame spraying and electric arc spraying, so that the spraying can simply be called " spraying in the liquid phase "or" thermal spraying. "
Используемый материал в виде частиц может быть вентильным металлом или его оксидами, например оксидом титана, оксидом тантала и оксидом ниобия. Также рассматриваются для напыления в жидкой фазе титанаты, шпинели, магнетит, оксид олова, оксид свинца, оксид марганца и перовскиты. Также рассматривается, что напыляемый оксид может быть допирован различными добавками, включая допанты в ионной форме, такие как ниобий или олово или индий.The particulate material used may be a valve metal or its oxides, for example titanium oxide, tantalum oxide and niobium oxide. Titanates, spinels, magnetite, tin oxide, lead oxide, manganese oxide and perovskites are also considered for spraying in the liquid phase. It is also contemplated that the sprayed oxide may be doped with various additives, including dopants in ionic form, such as niobium or tin or indium.
Также рассматривается, что такое нанесение плазменным распылением может быть использовано в комбинации с травлением металлической поверхности подложки. Или же электродная основа может быть сначала подготовлена посредством дробеструйной обработки, как обсуждалось выше, за которой может следовать или не следовать травление.It is also contemplated that such a plasma spray application can be used in combination with etching a metal surface of a substrate. Alternatively, the electrode substrate may be first prepared by shot peening, as discussed above, which may or may not be followed by etching.
Также было установлено, что подходящим образом шероховатая металлическая поверхность может быть получена специальной дробеструйной обработкой острой дробью, необязательно сопровождаемой удалением с поверхности вкрапленной дроби. Дробь, которая обычно будет содержать угловатые частицы, будет оставлять насечки на поверхности металла, в противоположность наклепу поверхности. Пригодная для такой цели дробь может представлять собой песок, оксид алюминия, сталь и карбид кремния. Травление или другая обработка, такая как водоструйная обработка, после дробеструйной обработки может быть использована для удаления вкрапленной дроби и/или очистки поверхности.It has also been found that a suitably roughened metal surface can be obtained by special shot blasting with a sharp shot, optionally accompanied by the removal of disseminated shot from the surface. The fraction, which will usually contain angular particles, will leave notches on the surface of the metal, as opposed to hardening the surface. Suitable shots for this purpose can be sand, alumina, steel and silicon carbide. Pickling or other treatment, such as water-jet treatment, after shot-blasting, can be used to remove disseminated shots and / or to clean the surface.
Из изложенного выше будет понятно, что затем поверхность можно подвергнуть различным операциям, обеспечивающим предварительную обработку перед покрытием, например вышеописанному плазменному напылению покрытия из оксида вентильного металла. Также могут быть полезны другие предварительные обработки. Например, рассматривается, чтобы поверхность подвергалась обработке гидрированием или азотированием. Перед покрытием электрохимически активным материалом предполагалось создать оксидный слой нагреванием подложки на воздухе или анодным окислением подложки, как описано в патенте США 3234110. Также были сделаны различные предложения, в которых внешний слой электрохимически активного материала осаждают на подслой, который прежде всего служит в качестве защитного и проводящего промежуточного звена. Различные нижележащие слои на основе оксида олова раскрыты в патентах США №4272354, 3882002 и 3950240. Также рассматривается, что поверхность может быть подготовлена, как в случае с антипассивирующим слоем.From the foregoing, it will be understood that the surface can then be subjected to various operations that provide pre-treatment before coating, for example, the above-described plasma spraying of a valve metal oxide coating. Other pretreatments may also be useful. For example, it is contemplated that a surface is subjected to a hydrogenation or nitriding treatment. Before coating with an electrochemically active material, it was proposed to create an oxide layer by heating the substrate in air or by anodic oxidation of the substrate, as described in US Pat. No. 3,234,110. Various proposals have also been made in which the outer layer of the electrochemically active material is deposited on a sublayer, which primarily serves as a protective and conductive intermediate. Various underlying tin oxide-based layers are disclosed in US Pat. Nos. 4,272,354, 3,882,002 and 3,950,240. It is also contemplated that a surface can be prepared, as is the case with the anti-passivation layer.
После подготовки поверхности, которая могла бы включать создание слоя предварительной обработки, как описано выше, на элемент-подложку наносят слой электрохимически активного покрытия. В качестве типичных представителей электрохимически активных покрытий, которые часто применяют, рассматриваются те, которые выбраны из активных оксидных покрытий, таких как оксиды металлов платиновой группы, магнетит, феррит, кобальтовая шпинель, или смешанных металлооксидных покрытий. Они могут быть на водной основе, например, в виде водных растворов, или на основе растворителя, например, используя спиртовой растворитель. Однако было установлено, что предпочтительными для электрода по настоящему изобретению составами растворов покрытия обычно являются такие, которые состоят из смешанного металлооксидного покрытия из оксидов металлов платиновой группы и оксида вентильного металла.After preparing the surface, which could include creating a pre-treatment layer, as described above, an electrochemically active coating layer is applied to the substrate element. Typical representatives of electrochemically active coatings that are often used are those selected from active oxide coatings, such as platinum group metal oxides, magnetite, ferrite, cobalt spinel, or mixed metal oxide coatings. They can be water based, for example, in the form of aqueous solutions, or solvent based, for example, using an alcohol solvent. However, it has been found that coating solution compositions preferred for the electrode of the present invention are usually those consisting of a mixed metal oxide coating of platinum group metal oxides and valve metal oxide.
Оксиды металлов платиновой группы по настоящему изобретению предпочтительно включают в себя RuCl3, PdCl2, IrCl3 и соляную кислоту, все в спиртовом растворе, в комбинации с оксидом вентильного металла. Следует понимать, что RuCl3, PdCl2, IrCl3 могут быть использованы в такой форме, как RuCl3×H2O, PdCl2×H2O и IrCl3×H2O. Для удобства такие формы будут в общем упоминаться далее просто как RuCl3, PdCl2 и IrCl3. Обычно эти соли металлов будут растворены в спирте, таком как либо изопропанол, либо бутанол, причем оба с небольшими добавками хлористоводородной кислоты или без нее, при этом предпочтительным является н-бутанол. Следует понимать, что эти компоненты присутствуют в конечном покрытии в основном в виде своих оксидов, а ссылка на металлы дается для удобства, особенно когда указаны количественные соотношения.The platinum group metal oxides of the present invention preferably include RuCl 3 , PdCl 2 , IrCl 3, and hydrochloric acid, all in an alcohol solution, in combination with valve metal oxide. It should be understood that RuCl 3 , PdCl 2 , IrCl 3 can be used in such a form as RuCl 3 × H 2 O, PdCl 2 × H 2 O and IrCl 3 × H 2 O. For convenience, such forms will be generally referred to below just like RuCl 3 , PdCl 2 and IrCl 3 . Typically, these metal salts will be dissolved in an alcohol, such as either isopropanol or butanol, both with or without minor additions of hydrochloric acid, with n-butanol being preferred. It should be understood that these components are present in the final coating mainly in the form of their oxides, and reference to metals is given for convenience, especially when quantitative ratios are indicated.
Компонент вентильного металла будет присутствовать в составе покрытия с целью дальнейшей стабилизации покрытия и/или изменения эффективности анода. Могут быть использованы различные вентильные металлы, включая титан, тантал, ниобий, цирконий, гафний, ванадий, молибден и вольфрам, при этом предпочтительным является титан. Компонент вентильного металла может быть образован из алкоголята вентильного металла в спиртовом растворителе, в присутствии или без присутствия кислоты. Такие алкоголяты вентильного металла, которые рассмотрены для использования в настоящем изобретении, включает метилаты, этилаты, изопропилаты и бутилаты. Могут быть использованы, например, этилат титана, пропилат титана, бутилат титана, этилат тантала, изопропилат тантала или бутилат тантала, при этом предпочтительным является бутилат титана.The valve metal component will be present in the coating composition in order to further stabilize the coating and / or change the efficiency of the anode. Various valve metals can be used, including titanium, tantalum, niobium, zirconium, hafnium, vanadium, molybdenum and tungsten, with titanium being preferred. The valve metal component can be formed from valve metal alcoholate in an alcohol solvent, with or without the presence of acid. Such valve metal alcoholates that are contemplated for use in the present invention include methylates, ethylates, isopropylates and butylates. For example, titanium ethylate, titanium propylate, titanium butylate, tantalum ethylate, tantalum isopropylate or tantalum butylate can be used, with titanium butylate being preferred.
Смешанное металлооксидное покрытие по настоящему изобретению будет иметь молярное отношение оксида титана к оксидам металлов платиновой группы в расчете на металлы от примерно 90:10 до примерно 40:60, молярное отношение рутения к иридию от примерно 90:10 до примерно 50:50 и молярное отношение оксида палладия к оксидам рутения плюс иридия в расчете на металлы, т.е. Pd:(Ru+Ir), от примерно 5:95 до примерно 40:60. Особенно предпочтительный состав смешанного металлооксидного покрытия по настоящему изобретению будет иметь молярное отношение оксида титана к оксидам благородных металлов платиновой группы примерно 70:30 в расчете на металлы и указанное молярное отношение Pd:(Ru+Ir) примерно 20:80.The mixed metal oxide coating of the present invention will have a molar ratio of titanium oxide to metal oxides of the platinum group based on metals from about 90:10 to about 40:60, a molar ratio of ruthenium to iridium from about 90:10 to about 50:50, and a molar ratio palladium oxide to ruthenium oxides plus iridium based on metals, i.e. Pd: (Ru + Ir), from about 5:95 to about 40:60. A particularly preferred composition of the mixed metal oxide coating of the present invention will have a molar ratio of titanium oxide to noble oxides of the platinum group of about 70:30 based on metals and said molar ratio of Pd: (Ru + Ir) of about 20:80.
Слои смешанного металлооксидного покрытия, используемые в данном описании, будут наноситься любыми из тех средств, которые являются пригодными для нанесения жидкого покровного состава на металлическую подложку. Такие методы включают технологии вращения с погружением и отекания после погружения, нанесение кистью, нанесение покрытия валиком и нанесение напылением, такое как электростатическое напыление. Кроме того, могут быть использованы нанесение напылением и комбинированные технологии, например стекание после погружения с нанесением напылением. При вышеупомянутых покровных составах для обеспечения электрохимически активного покрытия наиболее удобной может оказаться операция нанесения покрытия роликом.The mixed metal oxide coating layers used herein will be applied by any of those agents that are suitable for applying a liquid coating composition to a metal substrate. Such methods include immersion and swelling techniques after immersion, brushing, roller coating and spraying, such as electrostatic spraying. In addition, spray coating and combined technologies can be used, such as dripping after immersion with spray coating. With the aforementioned coating compositions for providing an electrochemically active coating, a roller coating operation may be most convenient.
Независимо от метода нанесения покрытия, обычно процедуру покрытия повторяют для обеспечения однородного, обладающего более повышенной массой покрытия, чем достигнутое только за одно покрытие. Вместе с тем, количество нанесенного покрытия будет достаточным для того, чтобы обеспечить в диапазоне от примерно 0,05 г/м2 (грамм на квадратный метр) до примерно 6 г/м2, а предпочтительно - от примерно 1 г/м2 до примерно 4 г/м2, по содержанию рутения в виде металла на каждую сторону электродной основы.Regardless of the coating method, usually the coating procedure is repeated to provide a uniform coating having a higher coating weight than that achieved in just one coating. However, the amount of coating applied will be sufficient to provide in the range of from about 0.05 g / m 2 (grams per square meter) to about 6 g / m 2 , and preferably from about 1 g / m 2 to about 4 g / m 2 , according to the content of ruthenium in the form of a metal on each side of the electrode base.
После нанесения покрытия нанесенный состав будет нагреваться для получения результирующего смешанного металлооксидного покрытия посредством термического разложения предшественников, содержащихся в составе покрытия. Это дает смешанное оксидное покрытие, содержащее смешанные оксиды в молярных отношениях, в расчете на металлы в этих оксидах, как рассмотрено выше. Такое нагревание для термического разложения будет проводиться при температуре от примерно 450°C до примерно 550°C в течение времени от примерно 3 минут до примерно 15 минут на один слой покрытия. Более типично, нанесенное покрытие будет нагреваться до более высокой температуры, вплоть до примерно 490-525°C в течение времени не более чем примерно 20 минут на один слой покрытия. Подходящие условия могут включать нагревание на воздухе или в кислороде. Обычно, используемая методика нагревания может быть любой из тех, которые могут быть использованы для отверждения покрытия на металлической подложке. Таким образом, может быть использована сушильная печь для обработки покрытия, включая конвейерные печи. Кроме того, могут быть полезны инфракрасные технологии отверждения. После такого нагревания и перед нанесением дополнительного покрытия там, где будет применяться дополнительное нанесение состава покрытия, нагретой подложке с покрытием обычно будет предоставлена возможность охладиться до, по меньшей мере, по существу температуры окружающей среды. В частности, после того, как закончены все нанесения состава покрытия, может быть использована последующая термообработка. Типичные условия последующей термообработки покрытий могут включать температуры от примерно 450°C до примерно 550°C. Интервалы времени термообработки могут варьироваться от примерно 1 часа и вплоть до столь больших длительностей, как примерно 6 часов.After coating, the applied composition will be heated to obtain the resulting mixed metal oxide coating by thermal decomposition of the precursors contained in the coating composition. This gives a mixed oxide coating containing mixed oxides in molar ratios, based on the metals in these oxides, as discussed above. Such thermal decomposition heating will be carried out at a temperature of from about 450 ° C to about 550 ° C for a time of from about 3 minutes to about 15 minutes per coating layer. More typically, the applied coating will be heated to a higher temperature, up to about 490-525 ° C. over a period of no more than about 20 minutes per coating layer. Suitable conditions may include heating in air or in oxygen. Typically, the heating technique used may be any of those that can be used to cure the coating on a metal substrate. Thus, a drying oven for coating treatment, including conveyor ovens, can be used. In addition, infrared curing techniques may be useful. After such heating and before applying the additional coating, where additional application of the coating composition will be applied, the heated coated substrate will usually be allowed to cool to at least substantially ambient temperature. In particular, after all application of the coating composition has been completed, subsequent heat treatment may be used. Typical conditions for subsequent heat treatment of coatings may include temperatures from about 450 ° C to about 550 ° C. Heat treatment time intervals can vary from about 1 hour to as long as about 6 hours.
Приведенные ниже примеры, если для них не указано иначе, что они являются сравнительными примерами, в целом демонстрируют получение гипохлорита с высокой концентрацией при повышенных эффективностях с помощью анода, содержащего покрытие по настоящему изобретению.The following examples, unless otherwise indicated to them as comparative examples, generally demonstrate the production of high concentration hypochlorite at increased efficiencies using an anode containing a coating of the present invention.
Пример 1Example 1
Плоскую титановую пластину из нелегированного титана марки 1 с измеренными толщиной приблизительно 0,15 см и размерами приблизительно 10 × 15 см подвергли дробеструйной обработке с использованием оксида алюминия для получения шероховатой поверхности. Затем образец протравили в растворе 18-20%-ной соляной кислоты в течение 25 минут при 90-95°C.A flat titanium plate of unalloyed grade 1 titanium with a measured thickness of approximately 0.15 cm and dimensions of approximately 10 × 15 cm was subjected to bead blasting using alumina to obtain a rough surface. Then the sample was etched in a solution of 18-20% hydrochloric acid for 25 minutes at 90-95 ° C.
Составы покрытия, указанные в таблице 1, наносили на отдельные образцы с измеренными размерами 10 см × 15 см × 0,15 см из титана марки 1, которые были подготовлены посредством дробеструйной обработки 54-й дробью оксида алюминия. Для достижения концентраций, приведенных в таблице, растворы покрытия A-D получали растворением достаточного количества металлов в виде хлоридных солей в растворе н-бутанола и 4,2 объем.% концентрированной HCl. Были использованы соединения RuCl3, IrCl3 и PdCl2 (все гидратированные) и титанат ортобутилтитана. После перемешивания с целью растворения всех этих солей, растворы были нанесены на отдельные образцы подготовленных титановых пластин. Покрытия наносили послойно посредством нанесения кистью, при этом каждый слой покрытия наносили отдельно и давали ему возможность подсыхать при 110°C в течение 3 минут, с последующим нагреванием на воздухе до 500°C в течение 6 минут. Всего наносили 5 слоев покрытия на каждый образец. Образцы A-D получены в соответствии с настоящим изобретением. Образец E рассматривают в качестве сравнительного примера.The coating compositions shown in table 1 were applied to individual samples with measured dimensions of 10 cm × 15 cm × 0.15 cm of grade 1 titanium, which were prepared by shot blasting with the 54th alumina shot. To achieve the concentrations shown in the table, AD coating solutions were prepared by dissolving a sufficient amount of metals in the form of chloride salts in a solution of n-butanol and 4.2 vol.% Concentrated HCl. The compounds RuCl 3 , IrCl 3 and PdCl 2 (all hydrated) and orthobutyl titanium titanate were used. After mixing to dissolve all of these salts, the solutions were applied to individual samples of prepared titanium plates. The coatings were applied layer by layer by brushing, each coating layer being applied separately and allowed to dry at 110 ° C for 3 minutes, followed by heating in air to 500 ° C for 6 minutes. A total of 5 coating layers were applied to each sample. Samples AD obtained in accordance with the present invention. Sample E is considered as a comparative example.
Эффективность образцов по выходу гипохлорита измеряли в химическом стакане посредством погружения площадки 26 см2 в раствор из 28 г/л NaCl с 1 г/л Na2Cr2O7 и приложения анодного тока 4,86 ампер (0,186 A/см2). Использовали титановый катод, расположенный от анода на расстоянии 3 мм. Образец доставали каждые 8 минут и титровали для определения гипохлорита. Выходы по току при получении гипохлорита, в зависимости от концентраций гипохлорита, построены в виде графика на фиг.1 и приведены в таблице II.The efficiency of samples on the yield of hypochlorite was measured in a beaker by immersing a 26 cm 2 pad in a solution of 28 g / l NaCl with 1 g / l Na 2 Cr 2 O 7 and applying an anode current of 4.86 amperes (0.186 A / cm 2 ). A titanium cathode located at a distance of 3 mm from the anode was used. A sample was taken every 8 minutes and titrated to determine hypochlorite. The current outputs upon receipt of hypochlorite, depending on the concentration of hypochlorite, are plotted in figure 1 and are shown in table II.
Серию образцов A-E затем эксплуатировали в качестве анодов в ускоренном испытании на анод выделения кислорода при плотности тока 10 кА/м2 в электрохимической ячейке, содержащей 150 г/л H2SO4 при 65°C. Данные о напряжении ячейки в зависимости от времени снимали каждые 30 минут, и за срок службы брали точку перегиба, в которой напряжение начинало быстро увеличиваться. Результаты суммированы на фиг.2 и в таблице II, при этом данные нормализованы по количеству металла платиновой группы. Нормализация была осуществлена путем измерения счетов интенсивности пиков рентгеновской флюоресценции для металлов, используя спектрометр Jordan Valley EX-300 с Rh-й трубкой и 0,15-миллиметровым Sn-м фильтром. Приложенное напряжение составляло 40 кВ (киловольт), а ток составлял 25 мкА. Измеренными пиками были Ru K-альфа, Pd K-альфа и Ir L-бета. Общие счеты для Ru, Pd и/или Ir использовали для нормализации сроков службы.A series of AE samples were then exploited as anodes in an accelerated test for an anode of oxygen evolution at a current density of 10 kA / m 2 in an electrochemical cell containing 150 g / l H 2 SO 4 at 65 ° C. Data on the cell voltage, depending on the time, was taken every 30 minutes, and for the service life we took the inflection point, at which the voltage began to increase rapidly. The results are summarized in figure 2 and in table II, while the data are normalized by the amount of metal of the platinum group. Normalization was carried out by measuring the X-ray fluorescence peak intensity accounts for metals using a Jordan Valley EX-300 spectrometer with an Rh tube and a 0.15 mm Sn filter. The applied voltage was 40 kV (kilovolt), and the current was 25 μA. The measured peaks were Ru K-alpha, Pd K-alpha and Ir L-beta. Common scores for Ru, Pd, and / or Ir were used to normalize the service lives.
Таким образом, из приведенных в таблице II результатов очевидно, что образцы, приготовленные согласно настоящему изобретению, имеют существенно повышенные выходы по току по сравнению со сравнительным примером, обеспечивая при этом повышенный или соответствующий срок службы, о чем свидетельствует увеличенный период времени до того момента, как происходит значительное повышение напряжения (>1 В).Thus, from the results shown in table II, it is obvious that the samples prepared according to the present invention have significantly increased current outputs compared with the comparative example, while providing an increased or corresponding service life, as evidenced by the extended period of time until how a significant increase in voltage (> 1 V) occurs.
Хотя в соответствии с патентным законом были изложены наилучший способ и предпочтительные варианты осуществления изобретения, объем изобретения ограничен не ими, а объемом прилагаемой формулы изобретения.Although the best method and preferred embodiments of the invention have been set forth in accordance with patent law, the scope of the invention is not limited by them, but by the scope of the attached claims.
Claims (14)
обеспечение неразделенной электролитической ячейки;
размещение в указанной ячейке содержащего хлорид электролита;
обеспечение указанного анода в указанной ячейке в контакте с указанным электролитом;
подачу электрического тока на указанный анод; и
получение гипохлорита в концентрациях, по меньшей мере, 8 г/л посредством окисления указанного хлорида на указанном аноде.11. The method of electrolysis of an aqueous solution of an electrolyte in an electrolytic cell equipped with at least one anode according to any one of claims 1 to 8, which includes the following stages:
providing an undivided electrolytic cell;
placement in the specified cell containing chloride electrolyte;
providing said anode in said cell in contact with said electrolyte;
supplying electric current to said anode; and
obtaining hypochlorite in concentrations of at least 8 g / l by oxidizing said chloride at said anode.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007132164/15A RU2379380C2 (en) | 2005-01-27 | 2005-01-27 | High-efficiency anode coating for producing hypochlorite |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007132164/15A RU2379380C2 (en) | 2005-01-27 | 2005-01-27 | High-efficiency anode coating for producing hypochlorite |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007132164A RU2007132164A (en) | 2009-03-10 |
RU2379380C2 true RU2379380C2 (en) | 2010-01-20 |
Family
ID=40528023
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007132164/15A RU2379380C2 (en) | 2005-01-27 | 2005-01-27 | High-efficiency anode coating for producing hypochlorite |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2379380C2 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2456379C1 (en) * | 2011-06-07 | 2012-07-20 | Александр Алексеевич Делекторский | Manufacturing method of multipurpose corrosion-proof electrode |
RU2504051C1 (en) * | 2012-11-15 | 2014-01-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" | Electrocatalyst carrier for low-temperature alcohol fuel elements |
RU2507640C1 (en) * | 2012-07-02 | 2014-02-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики РАН (ИПХФ РАН) | Catalytic electrode for alcohol fuel elements |
RU2712545C2 (en) * | 2014-10-27 | 2020-01-29 | Индустрие Де Нора С.П.А. | Electrode for electrochlorination processes and method for production thereof |
RU2789597C2 (en) * | 2018-12-03 | 2023-02-06 | Индустрие Де Нора С.П.А. | Electrode for electrolytic gas extraction |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113061911B (en) * | 2020-01-02 | 2024-08-13 | 蓝星(北京)化工机械有限公司 | Anode for electrolyzing low-temperature low-salinity seawater and preparation method thereof |
-
2005
- 2005-01-27 RU RU2007132164/15A patent/RU2379380C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2456379C1 (en) * | 2011-06-07 | 2012-07-20 | Александр Алексеевич Делекторский | Manufacturing method of multipurpose corrosion-proof electrode |
RU2507640C1 (en) * | 2012-07-02 | 2014-02-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики РАН (ИПХФ РАН) | Catalytic electrode for alcohol fuel elements |
RU2504051C1 (en) * | 2012-11-15 | 2014-01-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" | Electrocatalyst carrier for low-temperature alcohol fuel elements |
RU2712545C2 (en) * | 2014-10-27 | 2020-01-29 | Индустрие Де Нора С.П.А. | Electrode for electrochlorination processes and method for production thereof |
RU2789597C2 (en) * | 2018-12-03 | 2023-02-06 | Индустрие Де Нора С.П.А. | Electrode for electrolytic gas extraction |
RU2827197C1 (en) * | 2024-03-25 | 2024-09-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Эмеральд экотехнологии" | Anode for electrolytic extraction of chlorine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007132164A (en) | 2009-03-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2330124C2 (en) | Electrolysis method for water chloric-alkaline solutions, electrode for electrolysis of chloric-alkaline solution and method of making an electrolytic electrode | |
EP1841901B1 (en) | High efficiency hypochlorite anode coating | |
TWI404829B (en) | Pd-containing coating for low chlorine overvoltage | |
US8142898B2 (en) | Smooth surface morphology chlorate anode coating | |
US6527939B1 (en) | Method of producing copper foil with an anode having multiple coating layers | |
US20070261968A1 (en) | High efficiency hypochlorite anode coating | |
RU2379380C2 (en) | High-efficiency anode coating for producing hypochlorite | |
RU2425176C2 (en) | Method to produce electrode, electrode (versions) and electrolytic cell (versions) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140128 |