電解electrolysis
沿革 1807年，英國科學(xué)家H.戴維將熔融苛性堿進(jìn)行電解制取鉀、鈉，從而為獲得高純度物質(zhì)開拓了新的領(lǐng)域。1833年，英國物理學(xué)家M.法拉第提出了電化學(xué)當(dāng)量定律（即法拉第第一、第二定律）。1886年美國工業(yè)化學(xué)家C.M.霍爾電解制鋁成功。1890年，第一個電解氯化鉀制取氯氣的工廠在德國投產(chǎn)。1893年，開始使用隔膜電解法，用食鹽溶液制燒堿。1897年，水銀電解法制燒堿實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。至此，電解法成為化學(xué)工業(yè)和冶金工業(yè)中的一種重要生產(chǎn)方法。1937年，阿特拉斯化學(xué)工業(yè)公司實(shí)現(xiàn)了用電解法由葡萄糖生產(chǎn)山梨醇及甘露糖醇的工業(yè)化，這是第一個大規(guī)模用電解法生產(chǎn)有機(jī)化學(xué)品的過程。1969年又開發(fā)了由丙烯腈電解二聚生產(chǎn)己二腈的工藝。
原理 電解質(zhì)中的離子常處于無秩序的運(yùn)動中，通直流電后，離子作定向運(yùn)動（圖1）。陽離子向陰極移動，在陰極得到電子，被還原；陰離子向陽極移動，在陽極失去電子，被氧化。在水電解過程中，OH-在陽極失去電子，被氧化成氧氣放出；H+在陰極得到電子，被還原成氫氣放出。所得到的氧氣和氫氣，即為水電解過程的產(chǎn)品。
在水溶液電解時，究竟是電解質(zhì)電離的正負(fù)離子還是水電離的H+和OH-離子在電極上放電，需視在該電解條件下的實(shí)際電解電壓的高低而定。實(shí)際電解電壓為理論電解電壓與超電壓之和。影響超電壓的因素很多，有電極材料和電極間距、電解液溫度、濃度、pH等。例如：在氯堿生產(chǎn)過程中，濃的食鹽水溶液用碳電極電解時，陰極上放出氫氣，同時產(chǎn)生氫氧化鈉，陽極放出氯氣；稀的食鹽水溶液電解時，陰極放出氫氣，同時產(chǎn)生氫氧化鈉，陽極放出氧氣，同時產(chǎn)生鹽酸。
類型 電解方式按電解質(zhì)狀態(tài)可分為水溶液電解和熔融鹽電解兩大類。①水溶液電解：主要有電解水制取氫氣和氧氣；電解氯化鈉（鉀）水溶液制氫氧化鈉(鉀)和氯氣、氫氣；電解氧化法制各種氧化劑，如過氧化氫、氯酸鹽、高氯酸鹽、高錳酸鹽、過硫酸鹽等；電解還原法如丙烯腈電解制己二腈；濕法電解制金屬如鋅、鎘、鉻、錳、鎳、鈷等；濕法電解精制金屬如銅、銀、金、鉑等。此外，電鍍、電拋光、陽極氧化等都是通過水溶液電解來實(shí)現(xiàn)的。②熔融鹽電解：主要包括：金屬冶煉，如鋁、鎂、鈣、鈉、鉀、鋰、鈹?shù)?金屬精制，如鋁、釷等；此外，還有將熔融氟化鈉電解制取元素氟等。
電解所用主體設(shè)備電解槽的形式，可分為隔膜電解槽和無隔膜電解槽兩類。隔膜電解槽又可分為均向膜(石棉絨）、離子膜及固體電解質(zhì)膜（如β-Al2O3）等形式；無隔膜電解槽又分為水銀電解槽和氧化電解槽等。
電極上發(fā)生的過程，可分簡單電子傳遞、氣體釋放、金屬腐蝕、金屬析出、氧化物生成和有機(jī)物二聚等類型（圖2）。
① 電流效率 單位產(chǎn)品的理論耗電量與實(shí)際耗電量之比。理論耗電量可用法拉第定律計算：
?、凇‰妷盒省‰娊鈺r電解質(zhì)的理論電解電壓與實(shí)際電解電壓之比。后者即是電解槽的槽電壓。槽電壓是理論電解電壓、超電壓和輸電導(dǎo)體電壓損失之和。影響槽電壓大小的因素很多，除前述影響超電壓的因素外，還有導(dǎo)線與電極之間的接觸電壓、隔膜材料、電解槽結(jié)構(gòu)、電流密度等。槽電壓通常遠(yuǎn)大于理論電解電壓，導(dǎo)致電壓效率很低。因此，降低超電壓和輸電導(dǎo)體的電壓損失是提高電壓效率的關(guān)鍵。多年來，人們圍繞這一問題進(jìn)行了多方面的研究，不斷改善電解槽結(jié)構(gòu)和電極材料。在電極材料方面的研究，集中于電極材質(zhì)的選擇。在陽極方面由石墨電極發(fā)展為鈦電極、鈦鉑銥電極、鈦釕電極及其他非釕電極。此外，還開發(fā)了有許多特殊用途的二氧化錳電極、二氧化鉛電極等。在陰極方面，由鐵陰極發(fā)展成多孔陰極。近年來，又發(fā)展了一種新型氧氣電極過程，將燃料電池的原理應(yīng)用于電解工業(yè)中。無論是陰極或陽極，都有在電極基體表面涂加活性物質(zhì)的趨勢，目的是使電極具有催化作用（稱為電催化法），通過降低槽電壓以達(dá)到節(jié)省電能的目的。
上一條：丁二烯butadiene
版權(quán)：如無特殊注明，文章轉(zhuǎn)載自網(wǎng)絡(luò)，侵權(quán)請聯(lián)系cnmhg168#163.com刪除！文件均為網(wǎng)友上傳，僅供研究和學(xué)習(xí)使用，務(wù)必24小時內(nèi)刪除。
相關(guān)推薦