徐得祿

摘 要：本文圍繞氧陰極氯堿電解的相關(guān)議題進(jìn)行了探討，概述了氧陰極的基本原理，論述了氧陰極技術(shù)在氯堿工業(yè)中的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了氧陰極氯堿電解的發(fā)展前景，供相關(guān)人士參考。

關(guān)鍵詞：氧陰極；氯堿電解

1 引言

氯堿產(chǎn)業(yè)是化工行業(yè)總產(chǎn)值的重要組成部分，比如氯堿產(chǎn)業(yè)中的燒堿被廣泛應(yīng)用與石油化工、紡織行業(yè)、冶金行業(yè)、造紙行業(yè)中；氯堿產(chǎn)業(yè)中的氯氣不僅可以用于各種化學(xué)材料的生產(chǎn)，同時(shí)還可以用于水處理中，尤其在PVC生產(chǎn)、環(huán)氧氯丙烷生產(chǎn)以及聚碳酸酯生產(chǎn)方面占據(jù)重要的比重。氯堿技術(shù)最初是源自英國(guó)，自1951年首個(gè)電解食鹽水專利技術(shù)的出現(xiàn)，氯堿技術(shù)也開始逐步走向工業(yè)化。隨著氯堿產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，市場(chǎng)中形成了兩大類方法即水銀工業(yè)法和隔膜法。雖然這兩類方法給氯堿市場(chǎng)發(fā)展帶來(lái)了很大的推動(dòng)作用，但是也同時(shí)引發(fā)一系列環(huán)境問題。隨著環(huán)境保護(hù)問題越來(lái)越受到社會(huì)民眾的重視，水銀法逐漸淡出了市場(chǎng)。自此隔膜法有了飛快的發(fā)展，隨著離子交換技術(shù)的發(fā)展，這一技術(shù)與隔膜法充分結(jié)合形成了更加高效的氯堿生產(chǎn)工藝，被市場(chǎng)廣泛接受并得到快速的普及應(yīng)用。

2 氧陰極基本原理

氧陰極是一種新型的離子膜電解技術(shù)，目前已經(jīng)在氯堿產(chǎn)業(yè)中得到越來(lái)越普遍的應(yīng)用。相對(duì)于普通的離子膜電解技術(shù)，氧陰極的電解槽中使用的離子膜與普通技術(shù)的離子膜差別不大，但是在陰極側(cè)有著明顯的差異。由于氧陰極技術(shù)是在陰極區(qū)域供應(yīng)純O2，因此可以促使陰極表面的H+與O2發(fā)生反應(yīng)。發(fā)生電子交換的過程是基于電解液的水環(huán)境條件下，催化劑與O2接觸加速了電子交換的速率。反應(yīng)式為：O2 +H2O+2e→2OH-，陰極E0 =0.401V。由于氧陰極電解槽陰極側(cè)幾乎不產(chǎn)生H2，因而可以有效降低陰極側(cè)的放電電位，實(shí)現(xiàn)電解壓的降低，使電解所需的能耗減少，在成本控制方面給生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)了福音。

3 氧陰極電解技術(shù)在氯堿工業(yè)中的發(fā)展現(xiàn)狀

對(duì)于氧陰極電解技術(shù)來(lái)說，主要的關(guān)鍵點(diǎn)在于氧陰極的電極，而氧陰極電極技術(shù)與離子膜材料、催化劑的選擇、催化劑的制備、電解裝置幾大因素有關(guān)。近年來(lái)，關(guān)于氧陰極電極技術(shù)的研究也慢慢增多。在催化劑的選擇和研制方面，需要具備一定的要求，除了催化劑擁有良好的親水和疏水孔隙結(jié)構(gòu)，盡可能多的有效反應(yīng)面積之外，還需要催化劑在濃堿環(huán)境中具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，具備較好的機(jī)械穩(wěn)定性，以及良好的電導(dǎo)率。此外，在原料及制作成本上還應(yīng)更具經(jīng)濟(jì)性。過去一段時(shí)期，催化劑大多是單一型的金屬化合物催化劑，但是，在高溫濃堿的環(huán)境下，這些催化劑往往活性受到較大的不利影響，在反應(yīng)效率方面不夠理想。目前越來(lái)越多的復(fù)合型催化劑開始應(yīng)用與氯堿工業(yè)中。比如北京化工大學(xué)與藍(lán)星北京化工機(jī)械有限公司聯(lián)合研制的納米碳材料負(fù)載型金屬?gòu)?fù)合催化劑成功應(yīng)用于氧陰極電解技術(shù)中，不僅適應(yīng)性更強(qiáng)，而且擁有較好的穩(wěn)定性，有效保障的催化反應(yīng)速率。在離子膜技術(shù)研究方面，目前市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了高端有犧牲芯材的離子膜，不僅在較高的電流密度條件下同樣有效，適合30%～32%燒堿的生產(chǎn)，同時(shí)對(duì)于電解液雜質(zhì)也有很高的耐受性，對(duì)于不同類型的電解槽適應(yīng)性更強(qiáng)。在離子膜電解裝置方面，近年來(lái)一些新建的氯堿項(xiàng)目通常采用先進(jìn)的膜極距復(fù)極式離子膜電解裝置，通過柔性電極技術(shù)、彈性網(wǎng)技術(shù)以及支持網(wǎng)技術(shù)的協(xié)同配合，使膜極距結(jié)構(gòu)得到有效控制，實(shí)現(xiàn)電解槽結(jié)構(gòu)工藝的優(yōu)化。將電解槽內(nèi)部設(shè)計(jì)成氣液兩相流道結(jié)構(gòu)，成功解決了陽(yáng)極氣液兩相的分離以及湍流排放的難題。利用耐腐蝕材料來(lái)對(duì)電解槽結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行加強(qiáng)，特別是密封面間隙腐蝕性問題和邊框腐蝕性問題得到了很大的改善。對(duì)陰極涂層配方進(jìn)行優(yōu)化，延長(zhǎng)電解槽的使用壽命。隨著國(guó)家節(jié)能環(huán)保政策的提出以及各項(xiàng)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，膜極距離子膜電解工藝的節(jié)能改造正在加快進(jìn)行中，目前已經(jīng)在氯堿產(chǎn)業(yè)中基本完成過半，隨著離子膜電解裝置及工藝節(jié)能改造過程的推進(jìn)，各種新技術(shù)也會(huì)繼續(xù)涌現(xiàn)。

4 氧陰極氯堿電解前景分析

隨著我國(guó)氯堿技術(shù)的不斷發(fā)展，更多節(jié)能環(huán)保的工藝技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走到產(chǎn)業(yè)化。在經(jīng)歷了隔膜電解法，標(biāo)準(zhǔn)離子膜電解法，再到氧陰極電解法，對(duì)于氯堿產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來(lái)說，在節(jié)能方面是一個(gè)不斷降低的過程。隨著節(jié)能降耗理念的興起，氧陰極電解技術(shù)在未來(lái)將有很大的發(fā)展空間。在其發(fā)展過程中，對(duì)于鹽水的精制技術(shù)，電解的方法以及膜技術(shù)等方面都會(huì)有隨之進(jìn)入快速發(fā)展的通道。從目前的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，電解方法正在從離子膜電極技術(shù)全面走向氧陰極電解技術(shù)，同時(shí)隨著燃料電池技術(shù)的快速發(fā)展，未來(lái)可能會(huì)與燃料電池技術(shù)形成競(jìng)爭(zhēng)或融合的發(fā)展趨勢(shì)。在膜技術(shù)發(fā)展方面，目前正在從基礎(chǔ)的離子膜或改性隔膜走向復(fù)合型金屬膜，表面涂層離子膜以及帶犧牲纖維離子膜，未來(lái)膜市場(chǎng)會(huì)被這些性能更綜合且更優(yōu)異的膜所替代。此外，隨著科學(xué)技術(shù)的快速更迭，未來(lái)將有各種新材料和新方法問世，比如目前納米材料和納米技術(shù)正在不斷滲透到氯堿工業(yè)中，未來(lái)的氧陰極電解工藝將會(huì)與這些新材料新技術(shù)不斷融合，使電解裝置更加優(yōu)化，使氯堿生產(chǎn)更加安全可靠，更加環(huán)保高效。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)是名副其實(shí)的氯堿生產(chǎn)大國(guó)，隨著我國(guó)國(guó)家產(chǎn)能合作戰(zhàn)略的推進(jìn)，“一帶一路”沿線產(chǎn)業(yè)對(duì)接將給我國(guó)氯堿生產(chǎn)企業(yè)帶了跟多的市場(chǎng)空間。面對(duì)這一機(jī)遇，氯堿生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該從科研技術(shù)攻關(guān)，新材料和新技術(shù)應(yīng)用方面入手，不斷提高氧陰極電解技術(shù)水平，使氯堿產(chǎn)業(yè)能夠早日走上節(jié)能環(huán)?？沙掷m(xù)性發(fā)展的道路上，推動(dòng)我國(guó)化工產(chǎn)業(yè)健康蓬勃的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉建路，潘玉強(qiáng)，李強(qiáng)等.副產(chǎn)物氯化氫利用技術(shù)新進(jìn)展[J].廣州化工，2012，40（17）.