1. Elektroda
Anoda
Anoda a katoda mají různé funkce a mají různé požadavky na materiál.
Dělí se do dvou kategorií: rozpustné a nerozpustné. V elektrolytických článcích pro rafinaci mědi je materiálem anody rozpustná bublinková měď, která má být rafinována. Rozpouští se do roztoku během elektrolýzy, aby se doplnila měď, která vychází z roztoku na katodě. V elektrolytických článcích používaných k elektrolýze vodných roztoků (jako jsou roztoky slané vody) jsou anody nerozpustné a v podstatě se nemění během procesu elektrolýzy, ale často mají katalytický účinek na anodové reakce probíhající na povrchu elektrody. V chemickém průmyslu se většinou používají nerozpustné anody.
Kromě splnění základních požadavků na obecné elektrodové materiály (jako je vodivost, síla katalytické aktivity, zpracování, zdroj, cena) musí být anodové materiály také nerozpustné a nepasivované v silné anodické polarizaci a vysokoteplotních anolytech. , s vysokou stabilitou. Grafit je dlouhodobě nejpoužívanějším anodovým materiálem. Grafit je však porézní, má špatnou mechanickou pevnost a snadno se oxiduje na oxid uhličitý. Během procesu elektrolýzy neustále koroduje a odlupuje se, což způsobuje postupné zvyšování vzdálenosti elektrod a zvyšování napětí článku. Při použití pro elektrolýzu roztoku slané vody je také vysoký potenciál uvolňování chloru na grafitové elektrodě.
Elektroda z oxidu kovu vytvořená nanášením oxidu ruthenia a oxidu titanu na titanovou bázi navržená H. Beerem v 60. letech byla hlavní inovací v anodových materiálech. Oxid rutheničitý má dobrou katalytickou aktivitu pro určité anodové reakce, jako je vývoj chloru a vývoj kyslíku, a může pracovat při vysoké proudové hustotě s relativně nízkým napětím článku. Nejvýraznější vlastností je, že má dobrou chemickou stabilitu a jeho životnost je mnohem delší než u grafitových anod. Například u diafragmových elektrolyzérů používaných při výrobě chloru a alkálií může jejich životnost dosáhnout více než 10 let. Protože snadno nekoroduje a je rozměrově stálá, nazývá se rozměrově stálá anoda. Pro přizpůsobení různým požadavkům a použití lze do nátěru přidat další složky. Například přidání cínu a iridia může zvýšit nadměrný potenciál kyslíku a zlepšit selektivitu anody. Přidání platiny může zlepšit stabilitu elektrody. V současné době se v chemickém průmyslu široce prosazují anody z drahých kovů.
V elektrolyzérech s roztavenou solí, protože teplota elektrolýzy je mnohem vyšší než u elektrolyzérů s vodným roztokem, jsou požadavky na materiály anody přísnější. Pro elektrolýzu roztaveného hydroxidu sodného se obecně používá ocel, nikl a jejich slitiny. Pro elektrolýzu roztaveného chloridu lze použít pouze grafit.
Katoda
Když je jako katoda použit kov nebo slitina, protože pracuje s relativně negativním potenciálem, může často hrát roli v katodické ochraně a je méně korozivní, takže se snáze vybírá materiál katody. Ve vodném elektrolytickém článku katoda obecně produkuje reakci vyvíjející se vodík a má vysoký nadpotenciál. Hlavním směrem zlepšení katodových materiálů je proto snížení nadměrného potenciálu vývoje vodíku. Kromě případů, kdy se jako elektrolyt používá kyselina sírová, musí být jako katoda použito olovo nebo grafit, je běžně používaným katodovým materiálem nízkouhlíková ocel. Za účelem snížení spotřeby energie se v současnosti používají různé metody pro přípravu katod s vysokým specifickým povrchem a katalytickou aktivitou, jako jsou porézní poniklované katody.
Pro zlepšení kvality produktu lze také použít speciální katodové materiály. Například v rtuťové katodě používané k elektrolýze roztoku slané vody k výrobě louhu pomocí rtuťové metody se vysoký nadměrný potenciál vývoje vodíku ze rtuti využívá k vybíjení sodných iontů za vzniku sodíkového amalgámu, který se pak používá ve speciálním zařízení. zařízení se amalgám sodíku rozloží vodou a připraví se vysoce čistý alkalický roztok s vysokou koncentrací. Kromě toho, aby se šetřila elektrická energie, může být také použita katoda spotřebovávající kyslík k redukci kyslíku na katodě, aby se nahradila reakce vývoje vodíku. Podle teoretických výpočtů lze napětí článku snížit o 1,23V.
2. Membrána
Aby se zabránilo smíchání produktů katody a anody a zabránilo se možným škodlivým reakcím, v elektrolytických článcích se k oddělení katodových a anodových komor v zásadě používají membrány. Membrána musí mít určitou pórovitost, aby umožnila iontům procházet, aniž by umožnily průchod molekul nebo bublin. Když membránou protéká proud, musí být ohmický úbytek napětí na membráně nízký. Tyto požadavky na výkon zůstávají během používání v podstatě nezměněny a vyžadují dobrou chemickou stabilitu a mechanickou pevnost při působení elektrolytů v katodové a anodové komoře. Při elektrolýze vody jsou elektrolyty v katodové a anodové komoře stejné. Membrána elektrolytického článku potřebuje pouze oddělit katodovou a anodovou komoru, aby byla zajištěna čistota vodíku a kyslíku a zabránilo se explozím způsobeným smícháním vodíku a kyslíku. Běžnější a komplikovanější situací je, že složení elektrolytu v katodové a anodové komoře elektrolytického článku se liší. V této době musí membrána také zabránit vzájemné difúzi a interakci elektrolytických produktů v elektrolytech katodové a anodové komory. Například membrána v diafragmovém elektrolytickém článku při výrobě chloru a alkálií může zvýšit odpor hydroxidových iontů z katodové komory do anodové komory.
Membrány jsou vyrobeny z inertních materiálů, jako jsou azbestové diafragmy, které se dlouho používají v průmyslu chloru a alkalických kovů. Výkon separátorů azbestu je však nestabilní. Když solanka obsahuje vápenaté a hořčíkové nečistoty, snadno se v separátoru vytvoří srážení hydroxidu, což snižuje propustnost. Při relativně vysokých teplotách a působením elektrolytu může dojít k bobtnání a uvolnění. Vzlétnout. Za tímto účelem lze k azbestu přidat pryskyřici jako výztužný materiál nebo lze vyrobit mikroporézní membránu s pryskyřicí jako hlavním tělesem, což může výrazně zlepšit stabilitu a mechanickou pevnost. Kationtoměničová membrána vyvinutá při výrobě chloru a alkálií v posledních letech je novým typem membránového materiálu. Má selektivitu pro iontovou permeaci, která může v podstatě zabránit chloridovým iontům ve vstupu do katodové komory, takže lze vyrobit alkalický roztok s extrémně nízkým obsahem chloridu sodného.