ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теоретические основы процесса из "Электрохимическая технология неорганических веществ" Для раздельного получения газов на практике используют электролизеры с диафрагмами или мембранами, разделяющими катодное и анодное пространство. Из-за крайне низкой электропроводности чистой воды (4,41-10 Ом -м при температуре 18°С) электролитическое разложение воды проводят в присутствии фонового электролита. При этом с точки зрения удешевления электролизных установок и упрощения их обслуживания наиболее подходящими соединениями для промышленной эксплуатации являются растворы гидроксидов натрия или калия. [c.20] В растворах щелочей, применяемых для электролитического разложения воды, не должны содержаться примеси, вступающие в электродные реакции и приводящие к коррозии отдельных элементов электролизера. Дистиллированная или обессоленная (деминерализованная) вода, используемая для приготовления раствора электролита, должна содержать не более ЫО-з кг/мз железа, 2-10 кг/м хлоридов и 3-10 кг/м сухого остатка. Несмотря на такие жесткие требования, в процессе электролиза все же имеет место накопление примесей, оказывающих вредное влияние. Ионы хлора вызывают разрушение анодных материалов. Накопление большого количества карбонат-ионов , образующихся при растворении в электролите диоксида углерода из атмосферного воздуха, приводит к увеличению электрического сопротивления электролита и, следовательно, повышает напряжение на электролизере. На катоде электролизера могут восстанавливаться ионы железа, образуя так называемую железную губку . Катодный осадок может достичь диафрагмы, отделяющей катодное пространство электролизера от анодного, и за счет восстановления присутствующего в ней гидроксида железа привести к металлизации диафрагмы. В результате в анодном пространстве электролизера возможно выделение водорода и образование взрывоопасной смеси газов. [c.21] Для того, чтобы исключить попадание в раствор электролита хлоридов, железа и других примесей, раствор готовят на основе гидроксидов натрия или калия высокой степени чистоты. Раствор электролита, используемый в установках для электролиза воды, содержит 16—20% NaOH либо 25—30% КОН. Данные концентрации несколько ниже, чем это необходимо для обеспечения максимальной электропроводности, однако с практической точки зрения это обстоятельство позволяет уменьшить коррозионную активность раствора и несколько снизить стоимость электролита. [c.21] Н+Ч-е--1-(Н-Ме) — Ha-fMe, где (Н—Ме) — адсорбированный на катоде атом водорода. [c.22] В щелочной среде концентрация Н+ очень мала и процесс осуществляется путем прямого разряда молекул воды с образованием атомного водорода и гидроксид-ионов с последующей рекомбинацией атомного водорода по каталитическому или электрохимическому механизму. [c.22] В кислых растворах подвод ионов 0Н к анодной поверхности является лимитирующей стадией, и на аноде происходит прямой разряд молекул воды. В щелочных растворах поступление гидроксид-ионов к поверхности анода не затруднено и наблюдается прямое окисление ионов ОН с образованием кислорода и воды. [c.22] Разность (фа—фк) определяет величину теоретического напряжения разложения воды, которое в стандартных условиях (температура 25°С, давление 1,01-10 Па) составляет 1,23 В. [c.22] Величина Пр не зависит от pH, но меняется при изменении температуры и давления. Например, при повышении температуры от 25 до 80 °С /р снижается от 1,23 до 1,18 В. [c.23] Перенапряжение выделения водорода и кислорода оказывают существенное влияние на затраты электроэнергии в процессе электролиза воды. Несмотря на большое число работ, посвященных влиянию различных факторов на Афк и Дфа, для практических целей используют экспериментальные значения перенапряжения выделения водорода и кислорода, полученные при определенных условиях электролиза. [c.23] В табл. 2.1 представлены значения перенапряжения выделения Нг и Ог при электролизе щелочных растворов в условиях, близких к условиям промышленной эксплуатации. [c.23] В современных промышленных электролизерах электроды выполняются из углеродистой стали, при этом аноды дополнительно покрывают слоем никеля. Катоды могут быть активированы путем осаждения на них никеля, содержащего серу или металлы платиновой группы. [c.23] Диффузионная поляризация, возникающая на границе раздела электролитов в анодном и в катодном пространстве (ано-лита и католита) из-за различия в числах переноса аниона и катиона, обычно невелика и составляет при температуре 80°С и С С2 = , примерно 1 мВ. [c.24] Современные промышленные электролизеры характеризуются близкими значениями коэффициентов Кг и Кд, которые составляют примерно 2,0—2,5. [c.25] Удельное сопротивление раствора электролита можно определить по данным, представленным в табл. 2.2. [c.25] Потери напряжения в токоподводах электролизера и его металлических частях и контактах составляют около 100 мВ. [c.25] Примерный баланс напряжения на ячейке электролизера ФВ-500 приведен в табл. 2.3 (плотность тока — 4,25 кА/м , электролит — 27,2% раствор КОН). [c.25] В соответствии с законом Фарадея при прохождении через электролизер 1Г электричества (96500 А-с/экв, или 26,8 А- ч/экв)) на электродах должно образоваться по 1 экв водорода и кислорода. В действительности водорода и кислорода выделяется меньше из-за потерь, обусловленных растворением газов в растворе электролита с последующим восстановлением кислорода на аноде и окислением водорода на катоде, разрядом примесей на электродах, коррозией анодов, утечками тока и другими причинами. [c.25] В зависимости от конструкции и срока эксплуатации электролизера и диафрагмы, а также условий работы выход по току составляет 95—99%. [c.25] Вернуться к основной статье