專利名稱：一種節能型電解二氧化錳的制備方法
技術領域：
本發明涉及種化工制備方法，特別涉及一種節能型電解二氧化錳的制備方法。
技術背景
傳統的生產電解二氧化錳的工藝是用MnSO4-H2SO4水溶液作為電解液，使用鉛、鉛 基合金、石墨或純鈦、貴金屬氧化物涂層做陽極進行電解，陰極采用石墨、銅等析氫材料。在 大批量工業化生產中，主要技術條件為槽溫為95 100°C，MnSO4濃度為90 IlOg -dm"3, H2SO4酸度為35 40g .(ΙπΓ3，電流密度為50 80A ·πΓ2，槽電壓為2. 5 4. 0V,電流效率在 95% -98%之間，能耗在2000 4000kWh .t—1。可見其能耗相當大，若能降低槽壓則可有效 地降低能耗，達到節能的目的。
生產電解二氧化錳的主要反應原理為
陽極上主要發生反應Μη2++2Η20— Mn02+4H++2e"(E1 = 1. 23V)
陰極則為析氫反應2H++2e- — H2丨(E2 = 0V)
電解過程中發生的總反應為MnS04+2H20 —Μη02+Η2丨+H2SO4
理論分解電壓E = E1-E2 = 1. 23V
根據MnA能耗計算公式
_VtgmxlOOOf^她02電化當量χ陽極電效
在保持陽極電流效率一定的情況下，降低槽壓則能降低能耗。借鑒氯堿工業中節 能的方法提高陰極的電極電位，有效地降低槽壓。發明內容
為了解決上述問題，本發明的目的在于提出一種新的生產工藝，降低生產電解二 氧化錳的槽壓，從而降低能耗。
本發明技術方案是一種節能型電解二氧化錳的制備方法，采用氣體擴散電極作 為陰極，在電解池陽極上析出電解二氧化錳。
用該工藝在硫酸錳體系中電解二氧化錳，其反應機理為
陽極Mn2++2H20 = Mn02+4H++2e" (E1 = 1. 23V)
陰極A+4H++4e- — 2H20
總反應Mn2++l/2A+H20= Mn02+2H+
理論分解電壓E = E1-E2 = 0. OOlV(E2 = +1. 229V)
極。所述的氣體擴散電極是氧氣電極 所述電解槽為氣液兩室的電解槽。所述電解液為100 140g · dm—3 MnS04+20 40g · dnT3H2S04，陽極為鈦基涂層陽3
進一步，該方法在不通電的情況下，用氣體擴散電極作為陰極電解制備二氧化錳， 反應能夠自發進行，在陽極上沉淀出二氧化錳。
本發明的有益效果是與以往工藝比較，兩種工藝陰極反應的電位差高達 1. 229V，就是說使用氣體擴散電極可以使電解的理論分解電壓降低1. 229V，但是由于氧還 原的過電位很高，在標準狀態下其平衡電位約為IV，因此理論分解電壓降低約IV左右，理 論能耗值降幅達到800kWh · t—1。
圖1為本發明氣體擴散電極的結構示意圖。
圖2為本發明的氣液兩室電解槽的結構示意圖。
圖3為本發明的實施例的電解裝置圖示意圖。
圖4為本發明的實施例1的槽壓-溫度曲線示意圖。
圖5為本發明的實施例2的槽壓-電流曲線示意圖。
圖6為本發明的實施例3的電解裝置示意圖。
圖7本發明的實施例3的槽壓-電流密度曲線示意圖
圖中
1.催化層4.陽極
2.導電骨架5.氧陰極
3.防水透氣層具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明的技術方案做進一步說明。
圖1為本發明氣體擴散電極的結構示意圖。如圖1所示，氣體擴散電極由催化層 1、導電骨架2和防水透氣層3構成，催化層1和防水透氣層3之間設置用于導電的導電骨架2。
圖2為本發明的氣液兩室電解槽的結構示意圖。如圖2所示，氣液兩室電解槽分 為陽極室和陰極室兩部分，陽極室充滿電解液，陰極室充滿氧氣(空氣)。兩室中間用氣體 擴散電極隔開，起到防水透氣的作用。若陰極反應氣體為空氣，則可省略陰極室，將氣體電 極暴露與空氣中。
實施例一
用氣體電極代替傳統的析氫陰極，電解液為140g · dnT3MnS04+30g · dnT3H2S04，電流 為0. 12A，電解時間為2小時，測試在不同溫度下電解的槽壓。電解裝置圖如圖三所示。
結果隨著溫度的升高，槽壓呈下降趨勢，陽極電流效率呈上升趨勢，槽壓最大降幅 達到0. 7V，陽極電流效率升高達75%。只有溫度不同時，根據公式計算其電耗值，其能耗下 降8000kffh · t人如下表所示
表1.溫度對氣體擴散電極的影響
權利要求
1.一種節能型電解二氧化錳的制備方法，其特征在于，采用氣體擴散電極作為陰極，在 電解池陽極上析出電解二氧化錳。
2.根據權利要求1所述的節能型電解二氧化錳的制備方法，其特征在于，所述的氣體 擴散電極是氧氣電極。
3.根據權利要求1所述的節能型電解二氧化錳的制備方法，其特征在于，該方法在不 通電的情況下，反應能自發進行，陽極析出二氧化錳。
4.根據權利要求1所述的生產電解二氧化錳的方法，其特征在于，所述電解槽為氣液 兩室電解槽。
5.根據權利要求1所述的生產電解二氧化錳的方法，所述陽極為鈦基涂層電極；
6.根據權利要求1所述的生產電解二氧化錳的方法，所述電解液為100 140g · dnT3MnS04+20 40g · dnT3H2S04。
全文摘要
本發明提供了一種節能型的電解二氧化錳的新工藝。該工藝采用氣體擴散電極代替以往的析氫陰極，使陰極發生氧還原的反應，提高陰極電極電位，降低槽壓，從而降低能耗，達到節能的目的。電解槽采用自行設計的氣液兩室電解槽，電解液為100-140g·dm-3MnSO4+20-40g·dm-3H2SO4，陽極為鈦基涂層電極。在實驗室實驗中，這種新工藝槽壓比以往有了明顯的降低，降幅達到1V左右，能耗降幅達到540kWh·t-1。并且在不通電的情況下，反應能夠自發進行。
文檔編號C25B1/21GK102031532SQ20101057884
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月3日 優先權日2010年12月3日
發明者俞宏英, 孫冬柏, 孟惠民, 張慧, 樊自栓, 王旭東, 郭琳 申請人:北京科技大學