Разработка пористого газодиффузионного гидрофобизированного электрода для электросинтеза H2 O2 из O2 в щелочной среде

• Автор: Кенова, Татьяна Александровна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 104 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.

Глава 1. Литературный обзор..

1.1. Кинетика и механизм электровосстановления кислорода на углеродных материалах

в щелочной среде.

1.1.1. Макрокинетика электровосстановления

кислорода в пористом электроде.

1.2. Влияние природы углеродного материала

на эффективность электросинтеза НОг

1.3. Сравнительные результаты электросинтеза НО2

на различных типах электродов

1.3.1. Электросинтез НО2 на гладких элекгродах.
1.3.2. Электросинтез НО2 на псевдоожиженных электродах
1.3.3. Электросинтез НОг на насыпных электродах.
1.3.4. Газодиффузионный гидрофобизироваиный
электрод для электросинтеза ЫОг.
1.3.4.1. Электрокатализаторы
1.3.4.2. Гидрофобные материалы
1.3.4.3. Консгрукция и методы изготовления
электродов
1.3.4.4. Факторы, определяющие срок службы газодиффузионных элекгродов
1.3.4.5. Заключение и постановка задачи
исследования
Глава 2. Экспериментальная часть н обсуждение результатов
2.1. Используемые реагенты и электродные материалы
2.2 Методика изготовления гидрофобизированных электродов и определение их структурных
характеристик
2.3. Статистическая обработка результатов
2.4. Методика исследования процесса электросинтеза
НОг в газодиффузионных электродах.
2.4.1. Методика определения у и К из кривых накопления пероксида водорода
2.4.2. Методика х азометрического определения у
2.5. Выбор условий электросинтеза НОг в газодиффузионных электродах.
2.5.1. Исследование зависимости концентрации, выхода по току НО2 и потенциала электрода
от плотности тока и времени электролиза
2.5.2. Влияние температуры и концентрации электролита
на кинетику накопления ГО2.
2.6. Исследование влияния окисления электрокатализатора на поверхностные свойства и электрохимические характеристики электродов.
2.7. Исследование влияния состава и структуры активного
слоя на характеристики процесса и вынос НО2 .
2.8. Исследование влияния содержания гидрофобизатора на электропроводность и электрохимическую активность гидрозапорного слоя
2.9. Проведение ресурсных испытаний газодиффузионных гидрофобизированных электродов
2.9.1.Ресурсные испытания газодиффузионных
электродов а лабораторном электролизере
2.9.2. Разработка критериев оценки стабильности
работы газодиффузионных электродов
2.9.3. Ресурсные испытания электродов в модуле полупромышленного электролизера.
Выводы.
Литература


До настоящего времени широкое использование пероксида водорода для многочисленных процессов в химии сдерживается его сравнительно высокой стоимостью по отношению к другим окислителям. Из литературы известен способ получения пероксида водорода катодным восстановлением кислорода на углеродных электродах различной конструкции. Пероксид водорода по этому способу получают в виде разбавленного щелочного раствора и стоимость его по сравнению с известными промышленными способами более чем в два раза ниже. В настоящее время существует большое количество потенциальных потребителей таких растворов предприятия пищевой и легкой промышленности, целяюлозно бумажного производства, гидрометаллургии, охрана окружающей среды и т. Основной причиной, сдерживающей реализацию этого способа в промышленных масштабах, является отсутствие высокоэффективного катода с длительным ресурсом работы при плотностях тока, приемлемых для практики. Одним из наиболее перспективных оформлений катода для этого процесса является конструкция в виде пористого газодиффузионного гидрофобизированного электрода ГФЭ. Известно, что ГФЭ позволяет создать высокоразвитую трехфазную границу контакта реагентэлектрокатализаторэлектролит, снять диффузионные ограничения по массопереносу кислорода и интенсифицировать процесс электросинтеза Н2О2 при нормальном давлении кислорода. С помощью ГФЭ можно получать растворы с достаточно высокой концентрацией пероксида водорода свыше гл и выходом по току . Однако, существенным недостатком этого электрода является небольшой ресурс работы в растворах . Большинство работ с использованием данного типа электрода для процесса электросинтеза пероксида водорода носят фрагментарный характер, либо выполнены зарубежными исследователями на материалах. КОН. В связи с этим создание новых научных подходов, инженерных и технологических решений для разработки газодиффузионных электродов, обладающих большим ресурсом работы в процессе электросинтеза Н2О2 из О2 в растворах является весьма актуальным. Данная диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом научноисследовательских работ по теме Разработка методов синтеза органических и неорганических соединений из исходных веществ ограниченно растворимых в воде и постановлениями ГК СССР по науке и технике 2 от г. Разработка газодиффузионного гидрофобизированиого электрода для электросинтеза пероксида водорода катодным восстановлением кислорода в растворах гидрооксида натрия, обладающего длительным ресурсом работы. Впервые предложены критерии оценки стабильности работы ГФЭ в процессе электросинтеза НОг наклон поляризационных кривых, относительная толщина электрода, у доля тока, идущая на образование НСЬ . Впервые предложено использовать в качестве электрокатализатора ГФЭ для электросинтеза пероксида водорода смесь саж с различными гидрофильногидрофобными свойствами. НОг из порового объема электрода. Установлено, что основной причиной, ухудшающей работу электрода, является накопление НСЬ в его поровом объеме. Показано, что окисление поверхности электрокатализагора не влияет на селективность реакции образования НО2, снижает константу скорости его разложения и приводит к гидрофилизации пор электрода. Разработан оптимальный состав гидрозапорного и активного слоев электрода и выбраны оптимальные условия дтя проведения процесса электросинтеза температура, плотность тока, концентрация электролита. Разработаны лабораторные образцы газодиффузионных электродов, обладающие ресурсом работы часов и полупромышленные образцы размером 0 х 0 мм, обладающие ресурсом работы 0 часов. Разработанные полупромышленные электроды прошли апробацию при наработке отбельных щелочных растворов пероксида водорода в опытном цехе Брагскою Л ПК. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на 3ей Всесоюзной конференции по электрокатализу Москва, , на юбилейной региональной научной конференции апреля г. Красноярск, , на научнопрактической конференции Достижения науки и техники развитию г. Красноярска Красноярск, , на 7ой международной выставке Химия сентября г. Москва, . По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.