一種基于三電極體系的雙電解槽兩步法氯堿電解方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發明屬于氯堿工業技術領域，具體為一種基于三電極體系的雙電解槽兩步法氯堿電解方法及裝置。本發明裝置包含兩個獨立的電解槽(槽?A和槽?B)、析氫催化電極、析氯催化電極以及可以可逆存儲鈉離子的儲鈉電極。本發明方法將電解食鹽水或海水的過程分為產氫氣/氫氧化鈉步驟和產氯步驟，并分別在兩個電解槽(槽?A和槽?B)中完成。電解槽?A和電解液槽?B中的電解過程交替循環進行。本發明有效地將常規電解食鹽水或海水中同時發生的產氫氣/氫氧化鈉和產氯步驟分割，使產氫氣/氫氧化鈉步驟和產氯步驟分別在不同的電解槽中完成，同時實現了食鹽水或海水的淡化，進一步降低氯堿工業的成本，并且大大提高了安全性，有效確保了生成氫氧化鈉的純度，同時實現了海水或食鹽水的淡化。
【專利說明】
一種基于三電極體系的雙電解槽兩步法氯堿電解方法及裝置
技術領域
[0001] 本發明屬于氯堿工業技術領域，具體涉及一種基于三電極體系的雙電解槽兩步法 氯堿電解方法及裝置。
【背景技術】
[0002] 氯堿工業是最基本的化學工業之一，它的產品除應用于化學工業本身外，還廣泛 應用于輕工業、紡織工業、冶金工業、石油化學工業以及公用事業。化學行業總營業額的 50%取決于氯堿工業的Cl 2和燒堿。燒堿在紡織工業、精制石油、造紙行業、冶金行業和化學 工業等行業中廣泛應用。Cl2下游產品不斷發展，34%的Cl 2通過二氯乙烷和氯乙烯單體生產 PVC、20 %用于生產其他有機物、15 %用于制備氯化氫、6 %用于水處理化學品、6 %用于氯化 中間體、4%用于造紙、15%用于其他無機物。Cl2產品鏈下游四大主要領域PVC、環氧丙烷、 環氧氯丙烷和光氣系列(聚碳酸酯、MDI、TDI等）的市場需求均保持穩定增長，而絕大部分的 Cl 2通過氯堿行業生產。
[0003] 氯堿技術起源于隔膜法和水銀法的發明。最早是1807年英國人Davy對食鹽熔融法 電解的研究，他于1808年提出氯元素，1810年發現金屬鈉與汞能生成鈉汞齊，為電解食鹽和 水銀法制堿奠定了基礎。迄今為止，氯堿電解主要有3種技術:水銀法，隔膜法，離子膜法。 1892年，水銀法工業化，其基本原理是電解食鹽水生成Cl 2和鈉汞齊，然后鈉汞齊單獨水解 生成H2和燒堿，實現了出與(：12的分離和燒堿與鹽的分離。但是汞的使用帶來了嚴重的環境 污染，例如臭名昭著的"水俁病"。1851年，第一個隔膜電解食鹽水的專利出現，1890年，隔膜 法實現工業化。該方法是產品(：1 2與出通過隔膜隔離，但由于當時只有壓力滲透膜，產品燒堿 只能與滲透的鹽水混合后流出電解槽，再通過蒸發使鹽堿分離產生產品燒堿和回收鹽。該 方法缺點是投資大，能耗高，產品燒堿中會含有NaCl，而且會帶來石棉環境污染。1953年，美 國離子公司的Juda和Macrae申請了離子交換材料及其制造和應用方法的專利，之后的開發 研究使該技術實現了電滲析的工業化應用，直到杜邦公司開發了能在Cl 2和堿環境中使用 的陽離子交換全氟磺酸材料，離子交換膜法開始在氯堿領域中試用。1961年，ICI公司申請 了零極距離子交換膜電解槽專利。1964年，Du Pont公司首次將全氟離子交換膜Nation用于 氯堿示范槽。1975年，旭化成延閃工廠實現離子膜法工業化。離子膜法的基本原理與隔膜法 相同，只是采用了陽離子交換膜代替壓力滲透膜，近年來這一方法已經被廣泛推廣應用。其 優點是堿液中只含有微量鹽，燒堿純度高，操作相對容易控制，適應負荷變化的能力大;缺 點是鹽水質量要求高，離子膜價格昂貴，且離子交換膜的使用壽命有限。此外，即使在使用 了離子交換膜的條件下，在同一個電解槽中產生的氫氣和氯氣仍有透過離子交換膜混合的 可能，有一定的安全隱患，需要精密控制整個電解液流程。另一方面，上述方法制備的燒堿 (Na(0H) 2)仍舊含有少量的氯化鈉雜質，進一步的提純工藝也將大大提升制備成本。
[0004] 針對以上三種傳統的氯堿電解技術的問題，本發明提出了一種基于三電極體系的 雙電解槽兩步法氯堿電解方法及裝置。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種基于三電極體系的雙電解槽兩步法氯堿電解方法及 裝置。
[0006] 本發明所提供的基于三電極體系的雙電解槽兩步法氯堿電解裝置，包含兩個獨立 的電解槽:電解槽-A和電解槽-B;三個電極:對電解水生成氫氣具有催化作用的析氫催化電 極，對電解食鹽水或海水生成氯氣具有催化作用的析氯催化電極，可以可逆儲存鈉離子的 儲鈉電極。
[0007] 在電解槽-A中，電解液為氫氧化鈉溶液，其用于產氫氣與氫氧化鈉，陰極連接析氫 催化電極，陽極連接儲鈉電極;在電解槽-B中，電解液為食鹽水或海水，其用于產氯氣，陰極 連接儲鈉電極，陽極連接析氯催化電極。
[0008] 本發明所提供的基于三電極體系的雙電解槽兩步法氯堿電解方法，如圖1所示，具 體步驟如下： 步驟-a，在電解槽-A中的產氫氣與氫氧化鈉步驟： 在電解槽-A中，氫氧化鈉水溶液作為電解液，水分子在作為陰極的析氫催化電極表面 被電化學還原生成氫氣和氫氧根離子，即H2O + - 1/2H2 + 0IT;同時作為陽極的儲鈉 電極被電化學氧化脫出鈉離子，變成充電態儲鈉電極，即NaxM - yeT- Nax-yM + yNa+，在 此過程中電子由儲鈉電極通過外電路流向析氫催化電極;產氫結束后，電解槽-A中形成的 充電態儲鈉電極被轉移至電解槽-B，再用于電解食鹽水或海水產氯氣。
[0009] 步驟_b，在電解槽-B中的產氯氣步驟： 電解槽-B采用食鹽水或海水作為電解液。此時，作為陰極的充電態儲鈉電極被電化學 還原成為初始狀態的儲鈉電極，即Nax-yM + yNa+ + yf -NaxM;同時氯離子在作為陽極的 析氯催化電極表面被電化學氧化成為氯氣，即2Cr - Cl2;在此過程中電子由析氯 催化電極通過外電路流向儲鈉電極，在此過程中食鹽水或海水電解液得到了淡化;產氯氣 結束后，電解槽-2中生成的初始狀態儲鈉電極被轉移至電解槽-A，并再用于電解氫氧化鈉 水溶液制取氫氣和氫氧化鈉。
[0010] 所述步驟-a和步驟-b交替循環進行，啟始步驟可以是步驟-a也可以是步驟-b。
[0011] 上述兩個步驟交替循環進行，實現了儲鈉電極的循環利用，同時有效實現了在不 同時段和不同電解槽中分別電解制氫氣/氫氧化鈉和電解制備氯氣，有效防止了這兩種氣 體的混合，實現了高純度高安全性目的，此外制得的燒堿中不會含有任何氯化鈉雜質，食鹽 水或海水也在一定程度得到了淡化。更為重要的是，氫氣和氯氣在兩個不同的電解槽分別 制備大大降低了對離子交換膜的要求，甚至可以不采用離子交換膜，因此大大降低了生產 成本。
[0012] 本發明中，所述析氫催化電極對電解水生成氫氣具有催化作用，該具有催化作用 的電極材料為： 基于金屬鉑(Pt)等貴金屬以及其與碳的復合物;或 基于Ni、Co、Fe等過渡金屬的單質或化合物，如Ni、Ni-Mo合金、Ni-Cr-Fe合金、C〇0、 C〇2〇3、CoSe2、FeP;或 基于Cu的化合物;或 基于W的化合物，如WC、W2C、WS2;或 基于Mo的化合物，如MoS2、MoB、Mo2S;S C3N4等化合物。
[0013] 本發明中，所述析氯催化電極對電解飽和食鹽水生成氯氣具有催化作用，該具有 催化作用的電極材料為： 尺寸穩定陽極(DSA電極），即基于Ru02和Ti02的涂層電極。包括含有其他成分添加劑的 DSA電極，如11511^^，(：〇,513，他，21〇8等，以及含有中間層等多層涂覆的054電極;或 基于Ni、Co、Fe或Mn過渡金屬的高價氧化物如磁性氧化鐵和C03O4等;或 雙金屬的尖晶石化合物如Zn xCo3-x〇4等;或 石墨;或 貴金屬如Pt等。
[0014] 本發明中，所述可以可逆存儲鈉離子的電極，其由活性物質、粘結劑、導電材料、集 流體制備而得，其中電極活性材料包括鈉離子可逆嵌入脫出化合物和可以可逆吸脫附鈉離 子的炭材料中的一種或兩種。所述鈉離子可逆嵌入脫出化合物包括NaMn〇2，Na4Mn9〇i8, V2O5，Na 3V2(P〇4)3, Na3V2(P〇4)2F3，Na2FeP〇4F, NaFePCk, NaTi2(P〇4)3, NaxCo02, LiTi2 (P04)3,普魯士藍類材料等。所述可以可逆吸脫附鈉離子的碳材料包括活性炭，介孔碳，碳納 米管，多孔碳等。
[0015]所述粘結劑為聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯(PVDF)。
[0016] 所述的儲鈉活性物質和添加成分通過混合成膜或者成漿料的方式，壓制或者涂覆 在集流體上構成儲鈉電極;所述集流體包括:鎳網、泡沫鎳、不銹鋼網、鈦網或炭紙等。
[0017] 本發明設計的電解槽最顯著的特點是在不同的電解液槽中分別電解產生的氫氣 和氯氣。
[0018] 本發明設計的電解槽-A和電解槽-B中，可以無需任何隔膜。
[0019] 本發明設計的電解槽-B中，也可以包含價格低廉的滲透型隔膜，如石棉等或陽離 子交換膜，如Nafion等。
[0020] 綜上所述，本發明提出的基于三電極體系下的雙電解槽兩步法氯堿電解方法，其 工作特點在于分兩步，分別在兩個獨立的電解槽中電解水溶液制氫氣和氫氧化鈉以及電解 食鹽水或海水制氯氣，同時實現部分的食鹽水或海水淡化。儲鈉電極在氫氧化鈉水溶液制 氫氣和氫氧化鈉的過程中，被電化學氧化成為充電態儲鈉電極;在后續的電解食鹽水或海 水制氯氣的過程中，又被電化學還原成為初始狀態的儲鈉電極。該儲鈉電極的電化學氧化 還原過程或吸脫附過程，將傳統的氯堿電解過程分為了連續的兩步，并通過儲鈉電極(即充 電態和初始態)在兩個電解槽中的轉移使用，實現了在不同時段分別在兩個獨立的電解槽 中制備氫氣和氧氣，從而能分別制備出高純度的氫氣和氯氣，大大提高了安全性，大大降低 了對離子交換膜的要求或不需要離子交換膜，而且制得的燒結純度高，不含有氯化鈉，降低 了制備成本，同時可以實現食鹽水或海水的淡化。
【附圖說明】
[0021]圖1三電極體系雙電解槽兩步法電解裝置的工作示意圖，其中NaxM為可以可逆存 儲鈉離子的電極材料。
【具體實施方式】
[0022]以下通過實施例對本發明作進一步的說明。
[0023] 實施例1: 雙電解槽三電極裝置電解生成氫氣的催化電極采用鉑電極，電解生成氯氣的催化電極 采用基于Ru〇2和Ti〇2的涂層尺寸穩定陽極（即DSA電極），儲鈉電極的活性物質為Na4Mn9〇i8。 三個電極面積均為20平方厘米。采用100毫安恒定電流進行電解。首先，在電解槽-A中，電解 液為0.5M NaOH水溶液，陰極連接鉑電極，陽極連接儲鈉電極，100毫安電流電解，時間為600 秒，平均電壓約為1.405V，鉑電極上生成氫氣的同時，鈉離子從Na4Mn 9〇18脫出，并在溶液中 生成生成氫氧化鈉。然后，將電解槽-A形成的充電態儲鈉電極轉移至電解槽-B，進行電解產 氯反應。在電解槽-B中，電解液為飽和食鹽水，陰極連接儲鈉電極，陽極連接DSA電極，同樣 100毫安電流電解直至電壓急劇上升，時間為600秒，平均電壓為0.802V，DSA電極上生成氯 氣，同時溶液中的鈉離子嵌入到儲鈉電極，整個過程儲鈉電極上沒有任何氣體生成。對產生 氣體進行純度鑒定證明氫氯氣體沒有發生混合，此外通過電解液分析可以知，電解液中沒 有氫氯混合。同時所制得氫氧化鈉中不含有氯化鈉。
[0024] 實施例2: 雙電解槽三電極裝置電解生成氫氣的催化電極采用鉑電極，電解生成氯氣的催化電極 采用DSA電極，儲鈉電極的活性物質為Na3V2(P〇4)3。三個電極面積均為20平方厘米。采用100 毫安恒定電流進行電解。首先，在電解槽-A中，電解液為0.5M NaOH水溶液，陰極連接鉑電 極，陽極連接儲鈉電極，100毫安電流電解，時間為600秒，平均電壓約為1.605V，鉑電極上生 成氫氣，同時鈉離子從Na 3V2(P〇4)脫出，并在溶液中生成氫氧化鈉。然后，將電解槽-A形成的 充電態儲鈉電極轉移至電解槽-B，進行電解產氯反應。在電解槽-B中，電解液為飽和食鹽 水，陰極連接儲鈉電極，陽極連接DSA電極，同樣100毫安電流電解直至電壓急劇上升，時間 為600秒，平均電壓為0.605V，DSA電極上生成氯氣，同時溶液中的鈉離子嵌入到儲鈉電極， 整個過程儲鈉電極上沒有任何氣體生成。對產生氣體進行純度鑒定證明氫氯氣體沒有發生 混合，此外通過電解液分析可以知，電解液中沒有氫氯混合。同時所制得氫氧化鈉中不含有 氯化鈉。
[0025] 實施例3: 雙電解槽三電極裝置電解生成氫氣的催化電極采用鉑電極，電解生成氯氣的催化電極 采用DSA電極，儲鈉電極的活性物質為NaTi2(P〇4)3。三個電極面積均為20平方厘米。采用100 毫安恒定電流進行電解。首先，在電解槽-A中，電解液為0.5M NaOH水溶液，陰極連接鉑電 極，陽極連接儲鈉電極，100毫安電流電解，時間為600秒，平均電壓約為0.401V，鉑電極上生 成氫氣，同時鈉離子從NaTi 2(P〇4)3脫出，并在溶液中生成氫氧化鈉。然后，將電解槽-A形成 的充電態儲鈉電極轉移至電解槽-B，進行電解產氯反應。在電解槽-B中，電解液為飽和食鹽 水，陰極連接儲鈉電極，陽極連接DSA電極，同樣100毫安電流電解直至電壓急劇上升，時間 為600秒，平均電壓為1.821V，DSA電極上生成氯氣，同時溶液中的鈉離子嵌入到儲鈉電極， 整個過程儲鈉電極上沒有任何氣體生成。對產生氣體進行純度鑒定證明氫氯氣體沒有發生 混合，此外通過電解液分析可以知，電解液中沒有氫氯混合。同時所制得氫氧化鈉中不含有 氯化鈉。
[0026] 實施例4: 雙電解槽三電極裝置電解生成氫氣的催化電極采用鉑電極，電解生成氯氣的催化電極 采用Co3〇4電極，儲鈉電極的活性物質為Na4Mn9〇18。三個電極面積均為20平方厘米。采用100 毫安恒定電流進行電解。首先，在電解槽-A中，電解液為0.5M NaOH水溶液，陰極連接鉑電 極，陽極連接儲鈉電極，100毫安電流電解，時間為600秒，平均電壓約為1.405V，鉑電極上生 成氫氣，同時鈉離子從Na4Mn 9〇18脫出，并在溶液中生成氫氧化鈉。然后，將電解槽-A形成的 充電態儲鈉電極轉移至電解槽-B，進行電解產氯反應。在電解槽-B中，電解液為飽和食鹽 水，陰極連接儲鈉電極，陽極連接C 〇3〇4電極，同樣100毫安電流電解直至電壓急劇上升，時間 600秒，平均電壓為0.851V，C 〇3〇4電極上生成氯氣，同時溶液中的鈉離子嵌入到儲鈉電極，整 個過程儲鈉電極上沒有任何氣體生成。對產生氣體進行純度鑒定證明氫氯氣體沒有發生混 合，此外通過電解液分析可以知，電解液中沒有氫氯混合。同時所制得氫氧化鈉中不含有氯 化鈉。
[0027] 實施例5: 雙電解槽三電極裝置電解生成氫氣的催化電極采用雷尼鎳電極，電解生成氯氣的催化 電極采用DSA電極，儲鈉電極的活性物質為Na4Mn9〇18。三個電極面積均為20平方厘米。采用 100毫安恒定電流進行電解。首先，在電解槽-A中，電解液為0.5M NaOH水溶液，陰極連接雷 尼鎳電極，陽極連接儲鈉電極，100毫安電流電解，時間為600秒，平均電壓約為1.521V，鉑電 極上生成氫氣，同時鈉離子從Na4Mn 90i8脫出，并在溶液中生成氫氧化鈉。然后，將電解槽-A 形成的充電態儲鈉電極轉移至電解槽-B，進行電解產氯反應。在電解槽-B中，電解液為飽和 食鹽水，陰極連接儲鈉電極，陽極連接DSA電極，同樣100毫安電流電解直至電壓急劇上升， 時間為600秒，平均電壓為0.802V，DSA電極上生成氯氣，同時溶液中的鈉離子嵌入到儲鈉電 極，整個過程儲鈉電極上沒有任何氣體生成。對產生氣體進行純度鑒定證明氫氯氣體沒有 發生混合，此外通過電解液分析可以知，電解液中沒有氫氯混合。同時所制得氫氧化鈉中不 含有氯化鈉。
[0028] 實施例6: 雙電解槽三電極裝置電解生成氫氣的催化電極采用雷尼鎳電極，電解生成氯氣的催化 電極采用Co3〇4電極，儲鈉電極的活性物質為Na4Mn9〇18。三個電極面積均為20平方厘米。采用 100毫安恒定電流進行電解。首先，在電解槽-A中，電解液為0.5M NaOH水溶液，陰極連接雷 尼鎳電極，陽極連接儲鈉電極，100毫安電流電解，時間為600秒，平均電壓約為1.521V，鉑電 極上生成氫氣，同時鈉離子從Na4Mn 90i8脫出，并在溶液中生成氫氧化鈉。然后，將電解槽-A 形成的充電態儲鈉電極轉移至電解槽-2,進行電解產氯反應。在電解槽-B中，電解液為飽和 食鹽水，陰極連接儲鈉電極，陽極連接C 〇3〇4電極，同樣100毫安電流電解直至電壓急劇上升， 時間為600秒，平均電壓為0.851V，C〇3〇4電極上生成氯氣，同時溶液中的鈉離子嵌入到儲鈉 電極，整個過程儲鈉電極上沒有任何氣體生成。對產生氣體進行純度鑒定證明氫氯氣體沒 有發生混合，此外通過電解液分析可以知，電解液中沒有氫氯混合。同時所制得氫氧化鈉中 不含有氯化鈉。
[0029] 實施例7: 雙電解槽三電極裝置電解生成氫氣的催化電極采用雷尼鎳電極，電解生成氯氣的催化 電極采用C〇3〇4電極，儲鈉電極的活性物質為Na3V2 (P〇4) 3。三個電極面積均為20平方厘米。采 用100毫安恒定電流進行電解。首先，在電解槽-A中，電解液為0.5M NaOH水溶液，陰極連接 雷尼鎳電極，陽極連接儲鈉電極，100毫安電流電解，時間為600秒，平均電壓約為1.632V，鉑 電極上生成氫氣，同時鈉離子從Na 3V2(P〇4)3脫出，并在溶液中生成氫氧化鈉。然后，將電解 槽-A形成的充電態儲鈉電極轉移至電解槽-B，進行電解產氯反應。在電解槽-B中，電解 液為飽和食鹽水，陰極連接儲鈉電極，陽極連接C 〇3〇4電極，同樣100毫安電流電解直至電壓 急劇上升，時間為600秒，平均電壓為0.617V，Co 3〇4電極上生成氯氣，同時溶液中的鈉離子嵌 入到儲鈉電極，整個過程儲鈉電極上沒有任何氣體生成。對產生氣體進行純度鑒定證明氫 氯氣體沒有發生混合，此外通過電解液分析可以知，電解液中沒有氫氯混合。同時所制得氫 氧化鈉中不含有氯化鈉。
[0030] 實施例8: 雙電解槽三電極裝置電解生成氫氣的催化電極采用雷尼鎳電極，電解生成氯氣的催化 電極采用C〇3〇4電極，儲鈉電極的活性物質為NaTi2(P〇4)3。三個電極面積均為20平方厘米。采 用100毫安恒定電流進行電解。首先，在電解槽_ A中，電解液為0.5M NaOH水溶液，陰極連接 雷尼鎳電極，陽極連接儲鈉電極，1 〇〇毫安電流電解，時間為600秒，平均電壓約為0.502V，鉑 電極上生成氫氣，同時鈉離子從NaTi2(P〇4)3脫出，并在溶液中生成氫氧化鈉。然后，將電解 槽-A形成的充電態儲鈉電極轉移至電解槽-B，進行電解產氯反應。在電解槽-B中，電解 液為飽和食鹽水，陰極連接儲鈉電極，陽極連接C 〇3〇4電極，同樣100毫安電流電解直至電壓 急劇上升，時間為600秒，平均電壓為1.905V，Co 3〇4電極上生成氯氣同時溶液中的鈉離子嵌 入到儲鈉電極，整個過程儲鈉電極上沒有任何氣體生成。對產生氣體進行純度鑒定證明氫 氯氣體沒有發生混合，此外通過電解液分析可以知，電解液中沒有氫氯混合。同時所制得氫 氧化鈉中不含有氯化鈉。
[0031 ]表1.采用不同電極組裝的雙電解槽100毫安恒電流電解水性能比較。
【主權項】
1. 一種基于三電極體系的雙電解槽兩步法氯堿電解裝置，其特征在于，包含兩個獨立 的電解槽:電解槽-A和電解槽-B;三個電極:對電解水生成氫氣具有催化作用的析氫催化電 極，對電解食鹽水或海水生成氯氣具有催化作用的析氯催化電極，可以可逆儲存鈉離子的 儲鈉電極;在電解槽-A中，電解液為氫氧化鈉溶液，其用于產氫氣與氫氧化鈉，陰極連接析 氫催化電極，陽極連接儲鈉電極;在電解槽-B中，電解液為食鹽水或海水，其用于產氯氣，陰 極連接儲鈉電極，陽極連接析氯催化電極。2. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述析氫催化電極的電極材料為： 基于金屬鉑以及其與碳的復合物;或 基于Ni、Co或Fe過渡金屬的單質或化合物;或 基于Cu的化合物;或 基于W的化合物;或 基于Mo的化合物;或 C3N4化合物。3. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述析氯催化電極的電極材料為： 基于Ru02和Ti02的涂層電極，包括含有其他成分添加劑的DSA電極即尺寸穩定陽極，其 他成分添加劑為Ir，Sn，Pb，Ta，Co，Sb，Nb，Zr，Os，以及含有中間層等多層涂覆的DSA電極;或 基于Ni、Co、Fe或Μη過渡金屬的高價氧化物;或 雙金屬的尖晶石化合物;或 石墨;或 貴金屬Pt。4. 如權利要求2所述的裝置，其特征在于： 所述基于Ni、Co或Fe過渡金屬的單質或化合物為Ni、Ni-Mo合金、Ni-Cr-Fe合金、C〇0、 C02O3、CoSe2 或 FeP; 所述基于W的化合物為WC、W2C或WS2; 所述基于Mo的化合物為MoS2、MoB或Mo2S。5. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述可以可逆存儲鈉離子的電極，由活性物 質、粘結劑、導電材料、集流體制備而得，其中，活性物質為鈉離子可逆嵌入脫出化合物和可 逆吸脫附鈉離子的炭材料中的一種或兩種。6. 如權利要求5所述的裝置，其特征在于所述鈉離子可逆嵌入脫出化合物為NaMn02， Na4Mn9〇i8, V2O5，Na3V2(P〇4)3, Na3V2(P〇4)2F3, Na2FeP〇4F, NaFeP〇4, NaTi2(P〇4)3， NaxCo02，LiTi2(P04)3,或普魯士藍類材料。7. 如權利要求5所述的裝置，其特征在于所述可以可逆吸脫附鈉離子的炭材料包括活 性炭、介孔碳、碳納米管或多孔碳。8. 如權利要求5所述的裝置，其特征在于所述的儲鈉活性物質和添加成分通過混合成 膜或者成衆料的方式，壓制或者涂覆在集流體上構成儲鈉電極;所述集流體包括:鎳網、泡 沫鎳、不銹鋼網、鈦網或炭紙。9. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述的電解槽-B中滲透型隔膜。10. 基于權利要求1~9之一所述裝置的基于三電極體系的雙電解槽兩步法氯堿電解方 法，其特征在于具體步驟如下： 步驟-a，在電解槽-A中產氫氣與氫氧化鈉： 在電解槽-A中，氫氧化鈉作為電解液，水分子在作為陰極的析氫催化電極表面被電化 學還原生成氫氣和氫氧根離子，即H20 + eT - 1/2? + 0Γ;同時作為陽極的儲鈉電極 (NaxM)被電化學氧化脫出鈉尚子，變成充電態儲鈉電極，即NaxM - ye - Nax-yM + yNa+， 在此過程中電子由儲鈉電極通過外電路流向析氫催化電極;產氫結束后，電解槽-A中形成 的充電態儲鈉電極被轉移至電解槽-B，再用于電解飽和食鹽水產氯氣； 步驟-b，在電解槽-B中的產氯氣： 電解槽-B采用食鹽或海水作電解液，此時，作為陰極的充電態儲鈉電極被電化學還原 成為初始狀態的儲鈉電極，即Nax-yM + yNa+ + yf -NaxM;同時氯離子在作為陽極的析氯 催化電極表面被電化學氧化成為氯氣，即2Cr - Cl2;在此過程中電子由析氯催化 電極通過外電路流向儲鈉電極;產氯氣結束后，電解槽-B中生成的儲鈉電極被轉移至電解 槽-A，并再用于電解氫氧化鈉水溶液制取氫氣和氫氧化鈉： 上述所述步驟_a和步驟_b交替循環。
【文檔編號】C25B1/34GK105821436SQ201610298229
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月9日
【發明人】王永剛, 夏永姚, 陳龍
【申請人】復旦大學