生產(chǎn)高鐵酸鹽(vi)的方法和裝置的制作方法

專利名稱：生產(chǎn)高鐵酸鹽(vi)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及電化學(xué)電解槽，且更具體地說，涉及整體式電化學(xué)電解槽、整體式電化學(xué)電解槽的操作方法，以及用于制造高鐵酸鹽(VI)和某些高鐵酸鹽(VI)產(chǎn)物的方法。
背景技術(shù)：
高鐵酸鹽(VI)是強(qiáng)氧化劑且在水中形成水雜質(zhì)的促凝劑和沉淀劑。這些性質(zhì)使高鐵酸鹽(VI)應(yīng)用于水的凈化和提純，比如工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水、污水處理廠以及飲用水供應(yīng)的生產(chǎn)過程中。它還可以用作電池材料，在化學(xué)生產(chǎn)中用于金屬表面的腐蝕控制、表面凈化和清潔以及許多其他的工業(yè)應(yīng)用。 在水溶液中制造高鐵酸鹽(VI)的兩個(gè)基本方法是化學(xué)法和電化學(xué)法。迄今為止，只有氯化化學(xué)法已經(jīng)在制備分離的有用的固體形式的高鐵酸鹽(VI)方面顯示出了應(yīng)用性，但每次僅能生產(chǎn)數(shù)克?；瘜W(xué)法涉及在含水的堿性環(huán)境(濕法)下，或在高溫(干法)下將三價(jià)鐵化合物與通常是次氯酸鹽的氧化劑接觸。然而，使用次氯酸鹽并不理想，因?yàn)椴僮骼щy、不能規(guī)?；a(chǎn)、產(chǎn)物污染，大量的廢液流、氯氣副產(chǎn)物的生成和昂貴的原材料。用于生成活性產(chǎn)物或分離物(^paration)的電化學(xué)方法通常使用分隔式電解槽。在分隔式電解槽中，傳遞離子的聚合物膜或陶瓷燒結(jié)料膜將槽中的液體分隔在陽極室和陰極室內(nèi)。對制備高鐵酸鹽(VI)溶液來說，存在由含鐵材料形成的犧牲陽極。陰極可以由各種材料形成，包括鐵、碳、鎳、碳鋼、不銹鋼、鍍鎳的鐵，或其組合。濃氫氧化鈉溶液通常引入到陽極室的底部，并從頂部去除。類似地，氫氧化鈉被引入陰極室的底部并從其頂部去除。電流，或只是“流”施加到電解槽的兩端使陽極氧化成水溶性的高鐵酸鹽(VI)，其被陽極電解液移走。對電化學(xué)電解槽現(xiàn)有的研究工作提出了不期望使用整體式電解槽制造高鐵酸鹽(VI)，因?yàn)殡娊庑孰S操作時(shí)間迅速降低，在陰極側(cè)，高鐵酸鹽(VI)被分解(化學(xué)意義上的還原)，生成的高鐵酸鹽很快就分解因而僅能制備出稀的高鐵酸鹽溶液。最近公布的申請，US2003/0159942A1 (Minevski)描述了單室電化學(xué)電解槽，其據(jù)說可用于短期內(nèi)生產(chǎn)高鐵酸鹽。在電解槽內(nèi)室的相對端有一個(gè)電解液進(jìn)口和一個(gè)電解液出口。電解液是氫氧化物水溶液，包含一種或多種堿金屬氫氧化物、一種或多種堿土金屬氫氧化物、或其組合。氫氧化物的濃度在約I摩爾和約30摩爾之間。KOH對NaOH的摩爾比高達(dá)約5，并且優(yōu)選地在約I和約3之間。在陽極和陰極之間電解槽可以包括任選的多孔燒結(jié)料。然而，多孔燒結(jié)料是脆性的并易溶于苛性堿、易開裂、易被鐵的氧化物固體堵塞(Pluggage)，且其厚度會(huì)提高工作電壓，從而增加熱、能量消耗、減慢生產(chǎn)率并且增加成本。Minevski描述了一種工藝，該工藝包括利用含有磁性裝置的方法連續(xù)過濾。其描述將“高鐵酸鹽”引向磁性表面，例如鐵磁性物質(zhì)。然而，高鐵酸鹽(VI)是順磁性物質(zhì)(包含不成對電子)而不是鐵磁性物質(zhì)。順磁性物質(zhì)不能被充分地吸引到磁性表面以允許簡單的磁性分離。對這種分離來說要求鐵磁性粒子(定位磁矩)且它們表現(xiàn)出了有序外磁場，其被外的磁力吸引或排斥，這取決于磁場定位的相對方向。高鐵酸鹽(VI)不含鐵磁性粒子而不能夠被吸引到磁性表面。雖然，高鐵酸鹽(VI)可以包含磁性的疏松狀鐵磁性雜質(zhì)(比如磁鐵Fe3O4),但是這些雜質(zhì)不是強(qiáng)氧化劑或者完全溶于水，因此對用于高鐵酸鹽(VI)毫無價(jià)值。Hrostowski 等人，“高鐵酸鉀的磁化率(The Magnetic Susceptibilityof Potassium Ferrate)，，，Journal of Chemical Physics, Vol. 18, No. 1,105-107,1950 ；Shinjo 等人，Internal Magnetic Field at Fe in Hexavalent States, J. Phys. Soc. Japan26(1969) 1547 ；Oosterhuis等人,“Fe的es2構(gòu)型中順磁性超精細(xì)相互作用(ParamaganeticHyperfine Interaction in an es2 Configuration of Fe)，，，Journal of ChemicalPhysics, Vol. 57，No. 10，4304-4307，1972 ;和 Hoy 等人，"K2FeO4 中自旋波動(dòng)的臨界趨緩(Critical Slowing Down of Spin Fluctuations in K2Fe04) ”，Journal of Magnetismand Magnetic Materials 15-18 (1980) 627-628，對高鐵酸鹽(VI)的順磁性特征和高鐵酸 鹽(VI)中存在的鐵磁性雜質(zhì)的描述在此引入作為參考。應(yīng)該注意到這些磁性雜質(zhì)是粒子，其物理上與高鐵酸鹽(VI)晶體分離，并且這些雜質(zhì)在一起不能成團(tuán)，因此不能提供一種方法以使高鐵酸鹽(VI)和磁性顆粒一起磁性地回收。Minevski對磁性分離的描述提出了其方法，主要生產(chǎn)磁鐵化合物，比如磁鐵而不是高鐵酸鹽(VI)化合物。本發(fā)明的作者在這里對高鐵酸鹽(VI)化合物的描述也注意到了操作電化學(xué)電解槽的條件以生產(chǎn)Minevski描述的這種類型的磁性的鐵的氧化物產(chǎn)物，并且這些發(fā)明家還想到了一些方式來避免這些不需要的副產(chǎn)物，且這些方式被描述在這里。現(xiàn)有技術(shù)教導(dǎo)了雖然電化學(xué)法對在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模生產(chǎn)高鐵酸鹽(VI)是有用的，但它們不適合商業(yè)的大規(guī)模生產(chǎn)，有好幾個(gè)理由1)首先，在電解槽必須停止工作和被清潔以前，它們只能持續(xù)短時(shí)期(幾小時(shí))2)在生產(chǎn)高鐵酸鹽(VI)期間，一些鐵(VI)將變質(zhì)成不溶于氫氧化物溶液的Fe (III) 3) Fe (III)沉淀析出溶液，涂覆在電解槽壁以及在分隔式電解槽中還堵塞了隔膜孔。4)這些堵塞物造成電流效率的降低和高鐵酸鹽生成量的減少。在這樣的情況下，高鐵酸鹽的生成將會(huì)減少直到其生成小于其分解。而且，在分隔式電解槽中使用隔膜顯著地增加了材料、勞動(dòng)力成本，并且所需求電力超過三倍。由于這些問題的存在，目前使用任何合成法或生產(chǎn)工藝方法也不能正常供給即使是實(shí)驗(yàn)室所需的少量高鐵酸鹽(VI)化合物。因此，需要一種商業(yè)上可行的方法和裝置來制造高鐵酸鹽(VI)，并且電化學(xué)電解槽簡單、便宜、不形成大量的副產(chǎn)物，并且容易操作，即使是大規(guī)模生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供一種整體式電化學(xué)電解槽滿足了這些需要，這種以避免生成副產(chǎn)物的方式設(shè)計(jì)并操作的電解槽是高能效的、可規(guī)?；?，并且連續(xù)操作。整體式電化學(xué)電解槽包括一界定了整體式室的外殼，該外殼具有一個(gè)電解液進(jìn)口和至少一個(gè)出口，一個(gè)置于從陰極側(cè)聚集電解液的位置，一個(gè)置于從陽極側(cè)聚集電解液的位置；室里有一陽極，有一陰極；室里有電解液，其中陽極和陰極是非氣體擴(kuò)散電極。本發(fā)明包括一種或者優(yōu)選一“堆”這樣的電解槽。
本發(fā)明的電化學(xué)電解槽優(yōu)先地包括與電解液出口流體相通的流體控制器。合適的流體控制器包括，但不限于，限流器、閥、流體流動(dòng)方向上的曲管、不同高度的堰板，或者一處或多處出ロ管路上的收縮管道。本發(fā)明的電化學(xué)電解槽更優(yōu)選地包括陽極和陰極之間的格柵。它不包括隔膜。隔膜是電解槽插入物，其可以從物理意義上將陰極附近的流體與陽極附近的流體分開，并且當(dāng)和同樣大小但不帶隔膜的電解槽相比，顯著増大了橫跨電解槽的電壓降，例如増大了好幾十伏，甚至好幾伏，這里電化學(xué)法至多只需幾伏(< 4)。另ー方面，格柵提供了一整體式電解槽，因?yàn)槠湓试S陽極電解液和陰極電解液互相混合，而不會(huì)帶來這種高成本的電壓降。格柵還允許其各側(cè)面的氣體和液體混合流體力學(xué)是不同的。本發(fā)明的另ー個(gè)方面是整體式電化學(xué)電解槽的操作方法。該方法包括提供一外売，其界定了一整體式室，外殼具有至少ー個(gè)電解液進(jìn)ロ，且優(yōu)選至少兩個(gè)出ロ，該室有一陽極，有一陰極；通過電解液進(jìn)ロ將電解液引入室中；并控制電解液和/或氣體流經(jīng)出口的 量以使流過ー個(gè)電極的電解液基本上比流過另ー個(gè)電極的多。優(yōu)選地，室還包括上述的格柵。更優(yōu)選地，室還包括格柵和出口流體控制器。本發(fā)明的另ー個(gè)方面是制造高鐵酸鹽(VI)的方法。該方法包括提供一種整體式電化學(xué)電解槽，其包括含鐵陽極，或者含鐵的電解液微粒漿的惰性陽極，陰極，以及電解液，電解液包含NaOH的水溶液或KOH和NaOH的混合物，其中NaOH的摩爾濃度大于約5且KOH對NaOH的摩爾比小于O. 4，優(yōu)選小于O. 25，并且更優(yōu)選小于O. 12 ；以及在陽極和陰極之間施加電壓以形成高鐵酸鹽(VI)溶液和化合物。本發(fā)明的另ー個(gè)方面是制造高鐵酸鹽(VI)的方法，其包括提供ー種電化學(xué)電解槽，該電解槽包括含鐵陽極、陰極和電解液，電解液包含至少ー種氫氧化物；并在陽極和陰極之間施加可變的直流電壓以形成高鐵酸鹽(VI)，可變直流電壓在最高電壓(Vmax)和最低電壓(Vmin)之間變化，最低電壓大于O且最高電壓范圍在O. 7-4. 0V，并且電流密度在Vmax和Vmin之間的O. l-200mA/cm2的范圍內(nèi)變化。本發(fā)明的另ー個(gè)方面是制造高鐵酸鹽(VI)的方法，包括提供具有ー界定一整體式室的外殼的電化學(xué)電解槽，所述外殼具有ー個(gè)電解液進(jìn)ロ、至少兩個(gè)電解液出ロ，所述室內(nèi)有一含鐵陽極和一陰極；將電解液通過所述電解液進(jìn)ロ引入所述室內(nèi)，所述電解液包含KOH和NaOH的混合物，其中NaOH的摩爾濃度大于約5且KOH NaOH的摩爾比小于約O. I ；控制電解液流出所述電解液出口的量以使流過所述陽極的電解液基本上比流過所述陰極的多；以及在所述陽極和所述陰極之間施加可變直流電壓以生成所述高鐵酸鹽(VI)，所述可變直流電壓在最高電壓和最低電壓之間變化，所述最低電壓大于O。本發(fā)明的另ー個(gè)方面是制造高鐵酸鹽(VI)的方法，其包括提供一外殼，該外殼界定了整體式室，外殼具有電解液進(jìn)ロ，至少ー個(gè)電解液出ロ，該室有ー含鐵陽極，有ー陰極；通過電解液進(jìn)ロ將電解液引入室內(nèi)，電解液至少包含NaOH，其中NaOH的摩爾濃度大于約5 ;電解液經(jīng)出口流出；在陽極和陰極之間施加足夠振幅的可變直流電壓以生成高鐵酸鹽(VI)，可變直流電壓在最高電壓和最低電壓之間變化，施加的最低電壓是O或大于O。典型地，該方法可以包括施加可變直流電壓獲得電壓電平的步驟，其中在選定的時(shí)間段內(nèi)高鐵酸鹽活化膜的去除率超過或等于凈活化膜的形成率，所述選定的時(shí)間段能基本上防止薄膜的過度生長。在本發(fā)明的其他方面，施加的最低電壓大于O。
本發(fā)明的另一個(gè)方面公開了一種用于整體式電化學(xué)電解槽的裝置，其由一界定了整體式室的外殼組成，該外殼具有一電解液進(jìn)口和至少兩個(gè)電解液出口 ；室里有一陽極；有一陰極；有電解液，其中陽極和陰極是非氣體擴(kuò)散電極。本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了一種新的具有電化學(xué)活性的鐵的氧化物。


圖IA是生產(chǎn)高鐵酸鹽(VI)的代表性波形。 圖IB是根據(jù)本發(fā)明的示波器儀表顯示的波形。圖2是這里的實(shí)施例中實(shí)際應(yīng)用的控制器的示意圖，用于控制電源為本發(fā)明提供合適的可變直流電。圖3是所建議樣式的控制器的示意圖，用于控制電源為了根據(jù)本發(fā)明提供合適的可變直流電。圖4是控制器(采用了微處理器)一個(gè)樣式的示意圖，用于控制電源為了給本發(fā)明的裝置提供合適的可變直流電。圖5是根據(jù)本發(fā)明電化學(xué)電解槽的一個(gè)實(shí)施方案，其圖示了電解液在電極周圍的流動(dòng)模式，以及電解液通過格柵流到陰極的補(bǔ)充模式。圖6A和6B分別是電解液溢出的透視圖，使用了用于陽極/隔離物/陰極組件的堰板。圖7是根據(jù)本發(fā)明電化學(xué)電解槽一個(gè)實(shí)施方案的剖視圖，顯示了懸掛式陽極/陰極的典型外觀。圖8是電化學(xué)電解槽一個(gè)實(shí)施方案的剖面?zhèn)纫晥D，顯示了隔離物中典型的格柵框架。圖9是陽極/隔離物/陰極組合體的典型布局的頂視圖。視情況而言，隔離物支撐住格柵(未不出)。圖10是陽極/隔離物/陰極的典型布置的平面圖，顯示了它們的相對尺寸和位置，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面。圖11是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面的典型陽極、陰極以及格柵布局的側(cè)視圖。它圖示了陽極稍微比陰極短以獲得較好的電場分布的端視圖。圖12A是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的陽極、陰極以及格柵的典型布局的側(cè)視圖。圖12B圖示了圖12A的裝置的中心剖視圖。圖12C圖示了用于陰極電解液溢出的帶有端口的陰極電解液出口的槽末端蓋板。圖12D圖示了用于陽極電解液溢出的帶有端口的陽極電解液出口的槽末端蓋板。圖13是“L"形導(dǎo)流片隔離物的側(cè)視圖。圖14A是槽的側(cè)視圖，顯示了用于一個(gè)實(shí)施方案的典型的電極堆。圖14B是槽底部的末端視圖，顯示了電解液供給槽。圖15示意性地顯示了電極側(cè)面和鈕扣形隔離物。圖16是本發(fā)明典型的實(shí)驗(yàn)儀器的示意圖。圖17是曲線圖，描繪了高鐵酸鹽的生成，其中高鐵酸鹽(VI)的濃度以毫米表示在左邊的縱坐標(biāo)，且時(shí)間以分鐘表示在橫坐標(biāo)。圖18是曲線圖，顯示了生成高鐵酸鹽(VI)的結(jié)果。生成的高鐵酸鉀的重量以克顯示在左邊的縱坐標(biāo)；時(shí)段以分鐘顯示在橫坐標(biāo)。圖19是具有三個(gè)陰極和兩個(gè)陽極的本發(fā)明的ー個(gè)典型實(shí)施方案的示意圖。圖20是用于生產(chǎn)高鐵酸鹽的整個(gè)裝置的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖。圖21是描繪高鐵酸鹽(VI)的濃度，以及高鐵酸鹽(VI)的生產(chǎn)率對時(shí)間的曲線圖。圖22是描繪了高鐵酸鹽(VI)的濃度，以及高鐵酸鹽(VI)的生產(chǎn)率對時(shí)間的曲線圖。圖23是描繪了高鐵酸鹽(VI)的濃度對連續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)間的曲線圖。 圖24是高鐵酸鹽(VI)可見光吸收光譜的曲線圖。Y軸是以吸光率單位表示的吸光率和X軸是以納米表示的波長。圖25是全部鐵的紫外光/可見光吸收光譜的曲線圖。Y軸是以吸光率單位表示的吸光率和X軸是以納米表示的波長。圖26顯示了雙極電化學(xué)電解槽布置的典型實(shí)施方案。
具體實(shí)施例方式廣義地說，本發(fā)明為使用整體式電化學(xué)電解槽生產(chǎn)含金屬氧酸離子如高鐵酸鹽(VI)提供裝置。典型地，電化學(xué)電解槽包括一界定了整體式室的外売，該外殼具有至少ー個(gè)電解液進(jìn)口和至少ー個(gè)用于氣體和/或電解液的出口，或一氣體出口和一液態(tài)電解質(zhì)出ロ ；室里有一陽極；有一陰極；有電解液，其中陽極和陰極是非氣體擴(kuò)散電極。提供電源用于產(chǎn)生施加到陽極和陰極的可變直流電流和電壓。通常施加直流電壓以便具有峰值電壓Vmax和最低電壓Vmin。Vmin高于O伏且是能基本上避免陽極表面的鈍化所要求的電壓(在詳細(xì)說明部分描述)。產(chǎn)生活化的高鐵酸鹽(VI)的氧化物膜雖然不希望受理論束縛，但是人們認(rèn)為以下陽極表面鐵的氧化物的反應(yīng)機(jī)理，適合于理解實(shí)現(xiàn)了以電化學(xué)方法連續(xù)有效地生產(chǎn)高鐵酸鹽(VI)化合物的本發(fā)明。在本發(fā)明的條件下，鐵陽極通常均勻地形成紅橙色的、光滑質(zhì)地的、非剝落的、不易碎的、薄的、“活化的”鐵的氧化物表面層作為高鐵酸鹽(VI)生產(chǎn)過程中的中間產(chǎn)物。不期望形成和控制這種活化的、未鈍化的氧化物表層并認(rèn)為該表層是由于Fe (O)的反應(yīng)形成了某些FexOy “鐵的氧化物”而形成的。鐵的鈍化的氧化物膜通常具有化學(xué)式，如FeOOH、Fe203、Fe (OH) 3和Fe304。這樣的氧化物的顔色隨顆粒和粒度、和/或水化程度以及濕潤度而變化。指示生成活化高鐵酸鹽(VI)的表面的紅橙色氧化物膜是這些氧化物中的ー種或其組合，或具有完全不同的化學(xué)式。紅橙色膜是活化的，因?yàn)樗坏┍桓艚^在室內(nèi)空氣中時(shí)只能維持幾個(gè)小吋，因此它變成了更常見的黃橙色、黒色、以及褐色。這樣的表面色還和不能生成高鐵酸鹽(VI)的鐵陽極有夫。對本發(fā)明的紅橙色氧化物膜來說，合適的活化組合物可以適當(dāng)?shù)匕系腇e (III)和Fe (IV)氧化物的混合物。人們認(rèn)為活化膜不僅僅是Fe (III)氧化物，尤其是Fe2O3,因?yàn)閺姆磻?yīng)動(dòng)力學(xué)上看這樣的氧化物非常不活潑，因此反應(yīng)慢(鈍化的)，且不期望產(chǎn)生用于有效制備高鐵酸鹽(VI)的有效的活性中間產(chǎn)物。實(shí)際上，紅橙色活化的氧化物膜可能主要是基于Fe (IV)[例如，水合的FeviO(OH)2,或等同物]，由此可不予考慮眾所周知的且反應(yīng)緩慢的Fe(III)-氧化物膜(見下文更詳細(xì)的描述)。鈍化的鐵的氧化物膜是生成高鐵酸鹽(VI)的障礙將經(jīng)過濾波的、極低脈沖的(不可變)直流電壓施加到具有強(qiáng)堿性蘇打電解液的基于鐵陽極的電化學(xué)電解槽上，在最初幾分鐘內(nèi)生成了著色的稀高鐵酸鹽(VI)電解液，然后，停止生成高鐵酸鹽(VI)。在這種情況下，產(chǎn)生了橙棕色、黃色以及有時(shí)黑色帶斑點(diǎn)的陽極表面。在這種條件下形成的鐵的氧化物不能生成高鐵酸鹽(VI)且隨時(shí)間變厚。這些鐵的氧化物可以被認(rèn)為是鈍化層，且似乎是由這種類型或類似于FeOOH、Fe203、Fe(OH)3和Fe3O4的Fe(III)氧化物組成。足夠厚的鐵的氧化物鈍化層可以在幾分鐘內(nèi)形成，然后總是導(dǎo)致不能生成，或只能生成即使對實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的制備來說也不能應(yīng)用的低濃度的高鐵酸鹽(VI)。這些鈍化層似乎干擾了期望的高鐵酸鹽(VI)的反應(yīng)，允許這些其他非活性的氧化物的形成，并由此變成最終的鐵產(chǎn)物。通過增加需要的電壓以操作電解槽只能導(dǎo)致不期望的副反應(yīng)發(fā)生，比如鈍化的氧化物層的厚度進(jìn)一步累積或氧氣的生成，以及隨后高鐵酸鹽(VI)停止生成。因此，這需要清潔并重新開始這種傳統(tǒng)動(dòng)力的電解槽，導(dǎo)致生產(chǎn)時(shí)間的過度耽誤，以及因?yàn)樾枰僮鞲嗟牟?，要求大量的勞力用于重新擦亮鈍化的槽，以及較低的向Fe (VI)產(chǎn)物轉(zhuǎn)化的平均效率，所以極大地助長了生成高鐵酸鹽(VI)低效性。導(dǎo)致從鐵金屬陽極生成高鐵酸鹽(VI)的電化學(xué)方程雖然不希望受理論束縛，但是人們認(rèn)為以下電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理適合于理解實(shí)現(xiàn)了以電化學(xué)方法連續(xù)有效地生產(chǎn)高鐵酸鹽(VI)溶液和化合物的本發(fā)明。電化學(xué)反應(yīng)及其他涉及生成高鐵酸鹽(VI)的化學(xué)反應(yīng)在下面表征和描述。在第一個(gè)反應(yīng)中，與維持電化學(xué)電解槽有關(guān)的，或僅僅是“槽”電壓VcelI，在高取值Vmax處，鐵陽極Fe(O)被轉(zhuǎn)化成若干較高氧化態(tài)的物質(zhì)，包括高鐵酸鹽(VI)、Fe(VI)，描述為通過電解一個(gè)和兩個(gè)“電子傳遞”的反應(yīng)
權(quán)利要求
1.一種制造高鐵酸鹽(V)和/或高鐵酸鹽(VI)的方法，包括 提供一種電化學(xué)電解槽，其包括一含鐵陽極、一陰極、以及一種電解質(zhì)溶液，其中所述電解液包含至少一種氫氧化物；以及 在所述陽極和所述陰極之間施加連續(xù)且自動(dòng)變化的可變直流電壓以形成所述高鐵酸鹽(V)和/或高鐵酸鹽(VI)，所述可變直流電壓在最高電壓(Vmax)和最低電壓(Vmin)之間變化，所述最低電壓(Vmin)大于O且是確保使在所述陽極的表面上形成氧化物膜受到抑制以便基本上避免所述陽極的鈍化的電壓，其中Vmin是足夠高的，以維持有利于在所述陽極表面處制造所述高鐵酸鹽(V)和/或高鐵酸鹽(VI)的氧化狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述電化學(xué)電解槽是無隔膜式的。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述可變直流電壓被施加，以獲得電壓電平，其中在選定的時(shí)間段內(nèi)高鐵酸鹽的活化膜的去除率超過或等于凈活化膜的形成率，所述選定的時(shí)間段基本上抑制所述氧化物薄膜的生長，并且所述電壓電平在當(dāng)Vmax降低時(shí)的時(shí)間期間 出現(xiàn)。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其中當(dāng)所述電壓從所述Vmin增加到所述Vmax時(shí)，在所述Vmax時(shí)間段期間，制造高鐵酸鹽(V)和/或高鐵酸鹽(VI)的速率最大，且其中當(dāng)所述電壓從所述Vmax降低到所述Vmin時(shí)，在所述Vmin時(shí)間段期間，所述陽極的鈍化基本上被避免。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，還包括控制所述電解質(zhì)溶液流出所述電解液出口的量，使得所述電解質(zhì)溶液的流速在鄰近所述陽極處基本高于在鄰近所述陰極處。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，包括 A.提供界定一整體式室的一外殼，所述外殼具有一個(gè)電解液進(jìn)口、至少一個(gè)電解液出口，所述室內(nèi)有一含鐵陽極和一陰極；和 B.通過所述電解液進(jìn)口將電解質(zhì)溶液引入所述室中。
7.一種用于高鐵酸鹽(V)和/或高鐵酸鹽(VI)的連續(xù)生產(chǎn)的整體式電化學(xué)電解槽，包括 一外殼，其界定了一整體式室，所述外殼具有一個(gè)電解液進(jìn)口 ； 一含鐵陽極，其在所述室里； 一陰極，其在所述室里； 一種電解液，其在所述室里， 格柵，其在所述室里的所述陽極和所述陰極之間，界定陽極室和陰極室； 至少兩個(gè)出口，一個(gè)用于所述陽極室，且一個(gè)用于所述陰極室；以及可變直流電源，其操作地連接到電化學(xué)電解槽；其中所述直流電源能夠在所述陽極和所述陰極之間產(chǎn)生連續(xù)且自動(dòng)變化的可變直流電壓，以形成所述高鐵酸鹽(V)和/或高鐵酸鹽(VI),所述可變直流電壓在最高電壓(Vmax)和最低電壓(Vmin)之間變化,所述Vmin大于O且是確保使在所述陽極的表面上形成氧化物膜受到抑制以便基本上避免所述陽極的鈍化的電壓； 其中所述陽極是非氣體擴(kuò)散電極；且 其中所述陽極和陰極是基本上豎直的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的整體式電化學(xué)電解槽，還包括流體流量控制器，其與所述電解液出口流體相通，以減緩所述陰極室內(nèi)所述電解質(zhì)溶液的流出流，使得所述電解質(zhì)溶液的流速在所述陽極附近基本高于在所述陰極附近； 其中所述陰極室內(nèi)所述電解質(zhì)溶液的所述流出流是足夠高的，以能夠使所述陰極處形成的氫氣連同流出的電解質(zhì)溶液釋放。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的整體式電化學(xué)電解槽，其中所述電解液是堿性氫氧化物溶液。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的整體式電化學(xué)電解槽，其中所述格柵孔隙率(還稱為格柵的篩孔)小于陰極電解液中形成于陰極處的基本上所有氫氣氣泡，其中所述陰極電解液是在所述陰極室內(nèi)的電解質(zhì)溶液。
全文摘要
一種整體式電化學(xué)電解槽。電化學(xué)電解槽包括一界定了整體式室的外殼，該外殼具有一個(gè)電解液進(jìn)口和至少兩個(gè)電解液出口；室里有一陽極，有一陰極；室里有電解液，其中陽極和陰極是非氣體擴(kuò)散電極。本發(fā)明還涉及電化學(xué)電解槽的操作方法，以及制造高鐵酸鹽(VI)的方法。
文檔編號(hào)C02F1/52GK102732903SQ201210209008
公開日2012年10月17日 申請日期2005年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月16日
發(fā)明者丹尼斯·G·萊德, 埃里克·C·伯克爾, 安德魯·D·斯麥爾茲, 布魯斯·F·蒙賽克, 提摩太·O·克拉克, 查德·馬修·庫克塞, 詹姆士·K·羅斯 申請人:巴特爾紀(jì)念研究所