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1、第5届“佑利”杯氯碱论文竞赛入选作品集离子膜电解槽电瀛效率的影响因素王德山S荆天辅2•齐化集团有限公司，黑龙江齐齐哈尔161033；2・燕山大学材料科学与工程学院，河北秦皇岛［关键词］离子膜电解槽;电流效率;形响因素［摘要］介绍离子膜电解槽中的电化学反应及电流效率的计算方法。重点分析影响电流效率的主要因子交换膜的交换容量、烧礙浓度、阳极液中氯化钠浓度、电流密度、盐水中的杂质、操作温度和阳极液添加的盐离子膜电解槽中的电化学反应生成物，也可以用阴极还原的生成物来表i阳极上发生的反应离子膜电解槽中，阳极上发生如下反应：2C1"-2e—Cl2,4OH~-4e—O2+2H2Oo从热力学的平衡关系
2、看，水氧化析出氧气的过#该优先于氯离子氧化析出氯气的过程。因此要爭能促进氯离子氧化反应而又能抑制水的氧化反勺电极催化层，以得到较高的阳极效率。阴极上发生的反应阴扱上发生如下反应；2H2O+2e―H2+2OH_,O2+2H2O+4e—4OH"。i溶液中的反应｛阳极室内)(1)生成的氯气在电解液中物理溶解，CI2(g)―Cl2(l)o(2)溶解的氯气与阴极室反渗过来的烧碱反应,Cl2+NaOH―HC1O+NaCl,3C12+6NaOH—NaC103+5NaCl十3巴0,2C12+4NaOH—O2十4NaCl+2巧0,2HC1O+2NaOH―O2+2NaCl+2H20o溶液中的这些反应会消耗
3、氯气，导致阳极效率氐电流效率的计算=rN8OH/(//2F)-l-JNaOH/(J/^式中汀为各种产品的生产量,mol/h;7为EA;F为法拉第常数,26.8A-h/molo根据日本氯工程公司的DCM412型数据，可得离子膜电解槽中电流效率的计布(女口表1所示)。阳极氣气阴极氢气电流效率94.5996.05电流效率降低值5.413.95其中，析氧2.412.41氯的溶解0.210.00HCIO的生成2,501.25NaCIOi的生成0.290・29表1离子膜电解槽电流效率的计算及*注：电流效率降低值二1-电流效率。3影响电流效率的因素由电解槽内的物料平衡关系可知，要电流效率，就要尽量减
4、少阳极液中溶解氯间发生的副反应，减少阳极上氧的析出。的电流效率,就要尽量减少氢氧根离子向反渗。归结起来，一方面要提高阳极的析以阻止或减少氧在阳极上的析出；另一方高离子膜的选择性能，减少或阻止氢氧根极室的反渗。因此，除离子膜的特性直按第22届全国氯威行业技术年会论文集905049肿[R「h+[0卄。式中:[Na+h为膜中N』的活度;[OH-OFT的活度;[Na+L为溶液中Na*[OH'],为溶液中OH"的活度让R”]ni为离子交换膜的交换容电涼效率的影响DuPont公司测定了电流效率与离子膜的离子电容量之间的关系（见图Do110012001300140015001600膜阴极一侧E砒值图
5、1离子膜的需子交换容量与电流效癬的关系图1中EW值表示1mol离子交换基聚合物的t（g/mol）,相当于交换容量IEC值的倒数。由1可知，离子膜阴极一侧的离子交换容量IEC值卜（即EW值越大），电流效率越高。这是由于C值越小，则膜的含水量越小，离子膜排除氢氧反渗的能力也就越强，从而使电流效率也越高。全氟竣酸基团的含水率远小于全氟磺酸基团,由图3可知，电流效率存在着极大值这一现象不仅存在于全氟磺酸膜中，也存竣酸膜中。离子膜的交换容量越高，电流大值也越偏向于高浓度一侧，这样的膜比制取高浓度烧碱，不太适宜制取低浓度烧含水率很大的全氟磺酸膜，其极大值、极小大，而电流效率的极大值比竣酸膜要低一现
6、象可以用Donnan平衡来解释。在烧碱得平衡的膜中,Donnan平衡的以下公式可[Na+]m*[OH-]m-[Na+],・[OHJ[Na+]8=[OH*]5,[Na交换基团的活度。以上3式,可以得到以下的关系[（R・）皿+（OH・（OFT）肿[（01如果与（ML相比JOH-）m很小,而其电流效率也高于后者，但是前者的电导率要于后者。把离子膜设计为竣酸/磺酸复合膜正是立:(OH')m[OH*妙地利用了两者的长处。复合膜中按酸层的厚度矽响电流效率（其关系如图2所示）。、分析以上关系式可知，要在制取高滋时获得高的电流效率，就必须提高（R「）92_12{f■051015202530竣酸层厚度/
7、从加2馥酸层厚度对电潦效率的影响2烧藏浓度对电流效率的影响烧碱浓度与电流效率之间的关系见图3。导致电流效率下降。为了获得较高的电流效率，对不同希是必须采用高交换容量和低含水率的膜。容量提高之后，膜的结晶性将变坏，膨胀手大。日本专家认为，当膜的结构固定后，R膜的阴极一侧含水率AW的支配，当烧輛时,就减少；固定离子浓度上升，电M之上升。但Ji碱浓度超过一定值后，膜片度不足，反而影响Na*由阳极室向阴极:使用不同交换容量的膜。例如旭硝子公430膜的J
