1. Електрод
Анод
Анодът и катодът имат различни функции и имат различни изисквания към материала.
Разделени на две категории: разтворими и неразтворими. В електролитните клетки за рафиниране на мед анодният материал е разтворима блистерна мед, която трябва да се рафинира. Той се разтваря в разтвора по време на електролиза, за да попълни медта, която излиза от разтвора на катода. В електролитните клетки, използвани за електролиза на водни разтвори (като разтвори на солена вода), анодите са неразтворими и те основно не се променят по време на процеса на електролиза, но често имат каталитичен ефект върху анодните реакции, извършвани върху повърхността на електрода. В химическата промишленост се използват предимно неразтворими аноди.
Освен че отговарят на основните изисквания на общите електродни материали (като проводимост, сила на каталитична активност, обработка, източник, цена), анодните материали също трябва да бъдат неразтворими и непасивирани в силна анодна поляризация и анолити при по-висока температура. , с висока стабилност. Графитът отдавна е най-широко използваният аноден материал. Въпреки това, графитът е порест, има слаба механична якост и лесно се окислява до въглероден диоксид. Той постоянно се корозира и отлепва по време на процеса на електролиза, което води до постепенно увеличаване на разстоянието между електродите и увеличаване на напрежението на клетката. Когато се използва за електролиза на разтвор на солена вода, свръхпотенциалът за отделяне на хлор върху графитния електрод също е висок.
Електродът от метален оксид, образуван чрез покриване на рутениев оксид и титанов оксид върху титанова основа, предложен от H. Beer през 60-те години на миналия век, беше основна иновация в анодните материали. Рутениевият диоксид има добра каталитична активност за определени анодни реакции, като отделяне на хлор и отделяне на кислород, и може да работи при висока плътност на тока с относително ниско напрежение на клетката. Най-забележителната характеристика е, че има добра химическа стабилност и експлоатационният му живот е много по-дълъг от този на графитните аноди. Например, в диафрагмените електролизатори, използвани в хлоралкалното производство, техният живот може да достигне повече от 10 години. Тъй като не е лесно да корозира и има стабилни размери, той се нарича анод със стабилни размери. За да се адаптира към различни изисквания и приложения, към покритието могат да се добавят други компоненти. Например, добавянето на калай и иридий може да увеличи свръхпотенциала на кислорода и да подобри селективността на анода. Добавянето на платина може да подобри стабилността на електрода. Понастоящем металните аноди с покритие от благороден метал са широко рекламирани в химическата промишленост.
При електролизаторите с разтопена сол, тъй като температурата на електролиза е много по-висока от тази в електролизаторите с воден разтвор, изискванията за анодните материали са по-строги. За електролиза на разтопен натриев хидроксид обикновено се използват стомана, никел и техните сплави. За електролиза на разтопен хлорид може да се използва само графит.
катод
Когато метал или сплав се използва като катод, тъй като работи при относително отрицателен потенциал, той често може да играе роля в катодната защита и е по-малко корозивен, така че катодният материал е по-лесен за избор. Във водна електролитна клетка катодът обикновено предизвиква реакция на отделяне на водород и има висок свръхпотенциал. Следователно основната посока на подобряване на катодните материали е да се намали свръхпотенциалът за отделяне на водород. Освен когато се използва сярна киселина като електролит, като катод трябва да се използва олово или графит, нисковъглеродната стомана е често използван катоден материал. За да се намали консумацията на енергия, в момента се използват различни методи за получаване на катоди с висока специфична повърхност и каталитична активност, като порести никелирани катоди.
За да се подобри качеството на продукта, могат да се използват и специални катодни материали. Например, в живачния катод, използван за електролиза на разтвор на солена вода за производство на сода каустик по живачен метод, високият свръхпотенциал на отделяне на водород от живак се използва за освобождаване на натриеви йони за генериране на натриева амалгама, която след това се използва в специална оборудване, натриевата амалгама се разлага с вода, за да се получи алкален разтвор с висока чистота и висока концентрация. Освен това, за да се спести електрическа енергия, може да се използва катод, консумиращ кислород, за намаляване на кислорода в катода, за да се замени реакцията на отделяне на водород. Според теоретичните изчисления, напрежението на клетката може да бъде намалено с 1,23V.
2. Диафрагма
За да се предотврати смесването на катодни и анодни продукти и да се избегнат възможни вредни реакции, в електролитните клетки диафрагмите се използват основно за разделяне на катодните и анодните камери. Диафрагмата трябва да има определена порьозност, за да позволи преминаването на йони, без да позволява преминаването на молекули или мехурчета. Когато през диафрагмата протича ток, спадът на омичното напрежение на диафрагмата трябва да е нисък. Тези изисквания за ефективност остават основно непроменени по време на употреба и изискват добра химическа стабилност и механична якост под действието на електролитите в катодните и анодните камери. При електролиза на вода електролитите в катодната и анодната камера са еднакви. Диафрагмата на електролитната клетка трябва само да разделя камерите на катода и анода, за да осигури чистотата на водорода и кислорода и да предотврати експлозии, причинени от смесване на водород и кислород. По-често срещана и сложна ситуация е, че електролитните състави в катодната и анодната камера на електролитната клетка са различни. По това време диафрагмата също трябва да предотвратява взаимната дифузия и взаимодействието на електролитни продукти в електролитите на катодната и анодната камери. Например, диафрагмата в диафрагмената електролитна клетка при хлоралкално производство може да увеличи съпротивлението на хидроксидните йони от катодната камера към анодната камера.
Диафрагмите са изработени от инертни материали, като например азбестовите диафрагми, използвани отдавна в хлор-алкалната промишленост. Работата на азбестовите сепаратори обаче е нестабилна. Когато солевият разтвор съдържа калциеви и магнезиеви примеси, в сепаратора лесно се генерира утаяване от хидроксид, което намалява пропускливостта. При относително високи температури и под действието на електролита може да се получи подуване и разхлабване. Махам от себе си, събличам. За тази цел към азбеста може да се добави смола като усилващ материал или може да се направи микропореста мембрана със смола като основно тяло, което може значително да подобри стабилността и механичната якост. Катионообменната мембрана, разработена в хлор-алкалното производство през последните години, е нов тип мембранен материал. Той има селективност за проникване на йони, което може основно да предотврати навлизането на хлоридни йони в катодната камера, така че да може да се получи алкален разтвор с изключително ниско съдържание на натриев хлорид.