專利名稱：光氯堿電解電池及采用該光氯堿電解電池生產(chǎn)Cl₂和NaOH的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光氯堿電解電池及采用該光氯堿電解電池生產(chǎn)Cl2和NaOH的方法。
背景技術(shù)：
氯堿工業(yè)是最基本的化學(xué)工業(yè)之一，它的產(chǎn)品除應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)本身外，還廣泛應(yīng)用于輕工業(yè)、紡織工業(yè)、冶金工業(yè)、石油化學(xué)工業(yè)以及公用事業(yè)。其中C12尤為重要，其產(chǎn)量是衡量一個(gè)國(guó)家化工發(fā)展水平的重要標(biāo)志。2003年全球Cl2產(chǎn)量達(dá)到5千2百萬(wàn)噸。然而，氯堿工業(yè)同時(shí)也是世界上耗電最大的行業(yè)之一，僅次于電解鋁行業(yè)。在美國(guó)，目前氯堿工業(yè)的耗電量已經(jīng)超過(guò)全美總發(fā)電量的2%，中國(guó)氯堿工業(yè)生產(chǎn)的耗電量也占年總發(fā)電量的1.5%，而且還在不斷提升。因此，如何降低能耗成為促進(jìn)氯堿工業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的重要課題。目前世界上最節(jié)能的電解制堿技術(shù)是離子交換膜法，離子交換膜電解槽主要由陽(yáng)極、陰極、離子交換膜、電解槽和導(dǎo)電銅棒等組成。電解槽的陽(yáng)極為金屬鈦上擔(dān)載Ru02等Pt系貴金屬電催化劑，陰極在鋼上擔(dān)載金屬鎳電催化劑，陽(yáng)離子交換膜把電解槽隔成陽(yáng)極室和陰極室。除耗電量大之外，Ru02等Pt系貴金屬陽(yáng)極材料價(jià)格昂貴。所以，目前氯堿電解存在的主要問(wèn)題就是能耗高以及陽(yáng)極材料價(jià)格昂貴。為了解決這些問(wèn)題，美國(guó)專利U. S. Pat.No. 5186794在陽(yáng)極液中加入一些Na2IrC16，在太陽(yáng)光的照射下可以降低產(chǎn)氯的電極電位。Na2IrC16依然昂貴，而且降低電壓有限等無(wú)法得到廣泛使用。美國(guó)專利U.S.Pat.No. 4565617和U. S. 20090107850則提出了用太陽(yáng)能能電池，例如Si太陽(yáng)能電池來(lái)給氯堿電解槽供電，以達(dá)到節(jié)約用電的目的。然而，同樣Si太陽(yáng)能電池的成本高昂，也限制了這種方法的廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種光氯堿電解電池，便宜且可以有效降低氯堿生產(chǎn)的電解電壓。本發(fā)明還提供采用上述光氯堿電解電池生產(chǎn)Cl2和NaOH的方法。申請(qǐng)人:經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，利用半導(dǎo)體光陽(yáng)極的方法可能是一種便宜且有效降低電解電壓方法。光電化學(xué)方法已經(jīng)有很多研究用于太陽(yáng)能制氫，包括TiO2電極，WO3電極，以及Fe2O3電極，然而，很少有關(guān)于光電解制氯堿的報(bào)道。TiO2由于帶隙太寬，幾乎沒有可見光相應(yīng)，其太陽(yáng)能利用率低，而Fe2O3的酸性陽(yáng)極液中穩(wěn)定性太差，因此，本發(fā)明提出用可見光響應(yīng)的WO3作為光陽(yáng)極來(lái)制備氯氣和NaOH。所述光氯堿電解電池，包括由陽(yáng)極池和陰極池組成的電解池，陽(yáng)極池中的陽(yáng)極為光陽(yáng)極材料WO3,陽(yáng)極池上設(shè)有透光的窗口以便太陽(yáng)光入射在陽(yáng)極上，陽(yáng)極電解液為酸性的飽和食鹽水。作為優(yōu)選方案，陽(yáng)極電解液的pH為1-4之間，最佳為I。光陽(yáng)極材料為沉積在導(dǎo)電襯底上的WO3薄膜，襯底為導(dǎo)電玻璃或金屬Ti。
上述光氯堿電解電池可用于氯堿工業(yè)，電解生產(chǎn)Cl2和NaOH。一般而言，能耗與電解電壓成線性關(guān)系，電壓越低，則能耗越低。在普通的氯堿電解中，陽(yáng)極的產(chǎn)氯的理論最低電位為I. 33V vs. RHE,陽(yáng)極反應(yīng)為
權(quán)利要求
1.一種光氯堿電解電池，其特征在于包括由陽(yáng)極池和陰極池組成的電解池，陽(yáng)極池中的陽(yáng)極為光陽(yáng)極材料WO3，陽(yáng)極池上設(shè)有透光的窗口以便太陽(yáng)光入射在陽(yáng)極上，陽(yáng)極電解液為酸性的飽和食鹽水。
2.如權(quán)利要求I所述的光氯堿電解電池，其特征在于陽(yáng)極電解液的PH為1-4。
3.如權(quán)利要求2所述的光氯堿電解電池，其特征在于陽(yáng)極電解液的pH為I。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的光氯堿電解電池，其特征在于光陽(yáng)極材料為沉積在導(dǎo)電襯底上的WO3薄膜，襯底為導(dǎo)電玻璃或金屬Ti。
5.如權(quán)利要求4所述的光氯堿電解電池，其特征在于WO3薄膜為納米孔結(jié)構(gòu)，孔徑為50-200納米，厚度為1000-5000納米。
6.采用權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)光氯堿電解電池生產(chǎn)Cl2和NaOH的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光氯堿電解電池，便宜且可以有效降低電解電壓。本發(fā)明還提供采用上述光氯堿電解電池生產(chǎn)Cl2和NaOH的方法。所述光氯堿電解電池，包括由陽(yáng)極池和陰極池組成的電解池，陽(yáng)極池中的陽(yáng)極為光陽(yáng)極材料WO3，陽(yáng)極池上設(shè)有透光的窗口以便太陽(yáng)光入射在陽(yáng)極上，陽(yáng)極電解液為酸性的飽和食鹽水。上述光氯堿電解電池可用于氯堿工業(yè)，電解生產(chǎn)Cl2和NaOH。本發(fā)明中我們選擇了WO3作為光陽(yáng)極材料。陽(yáng)極材料為薄膜，厚度最優(yōu)為1000-5000nm。陽(yáng)極材料最優(yōu)為多孔結(jié)構(gòu)，孔結(jié)構(gòu)大小在50-200納米。所述光氯堿電解電池成本低，用于氯堿工業(yè)電解生產(chǎn)Cl2和NaOH，可有效降低電解電壓。
文檔編號(hào)C25B9/00GK102618880SQ20111003362
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2011年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月31日
發(fā)明者李朝升, 祝梅, 羅文俊, 鄒志剛 申請(qǐng)人:南京大學(xué)