专利名称：用太阳能由含水盐溶液制备氢氧化钠、氯气和氢气的方法
技术领域：
本发明涉及采用电太阳能(electrical solar energy)由氯化钠水溶液 制备氢氧化钠、氯气和氢气的方法。
背景技术：
Parker等的美国专利5186794公开了用于制备碱金属氢氧化物、氢 气和卣气的复杂装置，其采用电动电解槽和太阳能来为方法中使用的 光解槽(photolysis cell)提供动力。Venkatesan等的美国专利申请 2005/0092618公开了用于从氯化钠水溶液中去除氯离子和钠离子的方 法和装置，其中采用了由电能提供动力的槽。
需要有如下实用的、经济的方法釆用电太阳能将氯化钠水溶液
转换成氢氧化钠、氯气和氢气。
发明内容
用于制备氢氧化钠、氢气和氯气的方法，包括 (1 )形成氯化钠的水溶液，
(2)将所述氯化钠水溶液置于槽中，所述槽具有由分隔物 (separator )隔开的两个隔室(compartment),所述分隔物选自(a ) 碳氟化合物聚合物膜，(b)玻璃纤维氢氧化镁或者氧化镁膜，(c)石 棉纸，(d)膜(a)和膜(b)的组合，或者(e)膜(a)和石棉纸(c)
的组合。
(cH吏所述槽承受大约3-24V和0.1-500K安培的直流电流；由此 生成氢气、氯气和氢氧化钠水溶液，并且其中所述电流由太阳能电池 板(solar panel)生成。
图l示出了电解槽，其电连接到向所述槽供电的太阳能电池板上。
具体实施例方式
本发明涉及采用来自太阳能电池板的电能电解氯化钠水溶液形成 氢氧化钠、氯气和氩气的简单经济方法。本发明的优点在于可以釆用 小规模的相对低成本的设备，以及通过太阳能电池板提供电能，这使 得本方法对于非常小规模的或非常大规模的操作而言都具有经济性和 有益性。
图1示出了用于电解氯化钠水溶液的典型方法，其中，电解槽2 电连接到向电解槽2提供电能的太阳能电池板1上。太阳能电池板2 电连接到槽的阴极3和阳极4。分隔物5设置在槽2的中间，从而在槽 中形成两个隔室。盐水(NaCl水溶液)入口 10位于阳极4附近。形成 氢气的氢离子(H+)和钠离子(Na+)集中在槽的带负电荷的阴极3附 近，形成氯气(Cl2)的氯离子(CD集中在槽的带正电荷的阳极4附 近。出口 6用于去除所生成的氢气，出口 7用于去除槽所生成的氯气。 完成所述含水盐溶液的电解时，形成氢氧化钠水溶液，并通过槽的出 口 8排出。
水可以通过入口 9加入到槽中以调整氬氧化钠溶液的浓度到所需 水平。
典型地，生成的氢气可以收集起来并压缩和存储在气瓶或桶中， 或者可以供给加热设备并用作所述设备的燃料。相似地，氯气可以收 集起来并压缩和存储，或者可以用管道传输到反应器并用于反应中形 成其它产物，例如，氯气可以和生成的氢氧4匕钠反应，以形成次氯酸 钠，所述次氯酸钠具有许多用途，例如，用于消毒剂中或作为漂白剂。
氢气、氯气和氢氧化钠是主要的工业材料。例如，氢气和氮气在 铂催化剂存在下反应形成氨，氢气和植物或动物蛋白反应形成硬脂酸 或棕榈酸，硬脂酸或棕榈酸可以进一步和氢氧化钠反应形成家用肥皂。 作为主要工业原料的氯气可以用于制备氯乙烯和氯化溶剂。
太阳能电池板1必须能够产生3-24V和0.1-500K安培的直流电流。 优选的，太阳能电池在3-12V和l-100K安培运行。太阳能电池板的输 出依赖于太阳能电池板的尺寸、太阳的强度、和太阳能电池板暴露到太阳中的时间长度。可用于本发明方法中的典型有用的太阳能电池板
是由晶体硅、无定形珪、碲化镉(cadium telluride )或铜-铟-镓硒化物 制成的板。典型的所述太阳能电池板是GE Kyocera Solar Cell和 Evergreen Solar Cell。
电解槽2典型的是非导电材料，比如，玻璃或者陶瓷，或者涂有 非导电材料比如聚合物或陶瓷的金属。槽的尺寸可以从小(例如，1升) 到大(例如100升或更大)变化，具体取决于运行范围。槽由分隔物5 分成两个隔室。优选的是碳氟化合物聚合物膜分隔物，所述膜优选是 由磺化四氟乙烯形成的Nafioi^膜。可以使用的另一种分隔物是包含氢 氧化镁或氧化镁的玻璃纤维分隔物。氧化镁或氢氧化镁可以浸渍到玻 璃纤维层中，或者氧化物或氢氧化物层可以施加到玻璃纤维层上。石 棉纸也可用作分隔物。 一种优选的分隔物是碳氟化合物聚合物膜和玻 璃纤维氢氧化镁或氧化镁膜的组合的膜。另 一种有用的膜是碳氟化合 物聚合物膜和石棉纸的组合。典型的，所述膜的厚度为大约2-15mil。
电池槽2包含阴极3和阳极4。典型地，阴极和阳极是导电材料的， 比如石墨、钛金属、或者涂有氧化钌的钛金属。
在本发明方法的操作中，氯化钠水溶液通常制备成含有3-60重量 %的氯化钠，优选含有30-50重量％的氯化钠。氯化钠溶液的温度是大 约5-IO(TC,优选10-60。C。在所述氯化钠水溶液承受DC电流时， 氬离子和钠离子迁移到阴极，氯离子和氢氧根离子迁移到阳极。氢气 在阴极处形成并收集，氯气在阳极处形成并收集。在氯化钠溶液完成 水解时，形成氬氧化钠溶液，并将其从槽中去除。
下列反应在槽中发生
2NaCl + 2&0+太阳能电流—2NaOH + H2+Cl2 本发明方法的优点在于它在没有常规电力的情况下操作，这是因
为太阳能提供了动力需求。它可以是适于小区域的非常紧凑的方法，
或者可以成比例缩放到所需尺寸。本方法可以是成本极低的小型操作，
或者可以4艮容易按比例放大到明显更大的尺寸。
下列实施例对本发明进行了举例说明。除非另有说明，所有份数
和百分比基于重量。
实施例1
5采用了小型隔膜式电解槽，具有10mil厚的石棉纸分隔物，配有在 阳极室中的钛金属棒阴极、盐水入口、氯气出口和在阴极室中的石墨 阴极、氲气出口、氢氧化钠出口和水入口。采用GE Kyocera Solar Cell ， 并将其连接到电解槽的阴极和阳极。电解在太阳升起时开始，在太阳
落下时结束。电压和安培数在大约0.1-6伏特之间变化，安培数在大约 0.1-10安培之间变化。
生成的氯气通过管道传输到从电解槽的阴极室取出的氢氧化钠水 溶液中，(所述水溶液用水稀释成4-6% NaOH和l-2。/。 NaCl )，以形 成次氯酸钠溶液，生成的氢气送入燃烧器用作所述燃烧器的燃料。
实施例2
采用小型电解槽，其具有大约2mi1厚的Nafiot^含氟聚合物/玻璃 纤维氧化镁分隔物，并如同实施例1中一样配置。分隔物的玻璃纤维 氧化镁层朝向槽的阳极部分，分隔物的Nafior^含氟聚合物层朝向槽的 阴极部分。槽从太阳升起运行到太阳下落，电压和安培数的变化相似。 氯气和氢气都形成。
权利要求
1. 用于制备氢氧化钠、氢气和氯气的方法，包括(1)形成氯化钠的水溶液，(2)将所述氯化钠水溶液置于槽中，所述槽具有由分隔物隔开的两个隔室，所述分隔物选自(a)碳氟化合物聚合物膜，(b)玻璃纤维氢氧化镁或者氧化镁膜，(c)石棉纸，(d)膜(a)和膜(b)的组合，或者(e)膜(a)和石棉纸(c)的组合；(c)使所述槽承受大约3-24V和0.1-500K安培的直流电流；由此生成氢气、氯气和氢氧化钠水溶液，并且其中所述电流由太阳能电池板生成。
2. 权利要求l的方法，其中所述分隔物是碳氟化合物聚合物膜。
3. 权利要求2的方法，其中所迷碳氟化合物聚合物是磺化含氟聚 合物。
4. 权利要求1的方法，其中所述分隔物是碳氟化合物聚合物膜和 玻璃纤维氢氧化镁或氧化镁膜的组合。
5. 权利要求1的方法，其中所述分隔物是碳氟化合物聚合物膜和 石棉纸的组合。
6. 权利要求1的方法，其中所述氯化钠水溶液含有30 - 50重量 %的氯化钠，处于大约5 - IO(TC的温度，并且直流电流是3-12V和1 -IOOK安培。
7. 权利要求l的方法，其中所述太阳能电池板包括选自晶体硅、 无定形硅、碲化镉或者铜-铟-镓硒化物的板。
8. 权利要求1的方法，其中所述生成的氯气和氢气被压缩和存储 在独立的气瓶中。
9. 权利要求1的方法，其中所述生成的氯气和本方法形成的氢氧 化钠反应形成次氯酸钠。
全文摘要
本发明涉及采用太阳能由含水盐溶液制备氢氧化钠、氯气和氢气的方法，包括(1)形成氯化钠的水溶液，(2)将所述氯化钠水溶液置于槽中，所述槽具有由分隔物隔开的两个隔室；(c)使所述槽承受大约3-24V和0.1-500K安培的直流电流；由此生成氢气、氯气和氢氧化钠水溶液，并且其中所述电流由太阳能电池板生成。
文档编号C25B1/20GK101423952SQ200810150000
公开日2009年5月6日 申请日期2008年10月24日 优先权日2007年10月24日
发明者J·方, 詹姆斯·方 申请人:詹姆斯·方