离子膜电解槽的制作方法

1.本技术涉及电化学技术领域，尤其涉及一种离子膜电解槽。


背景技术：

2.在离子膜法电解工艺中，浓盐水被送入到离子膜电解槽的阳极室，氯离子失去电子后，生成氯气，而置于阴阳电极之间的离子交换膜，能够对钠离子选择性透过，钠离子在电场力的作用下透过离子膜进入阴极室，盐水浓度变低。电解槽的阴极室完成的是水的电解反应，水被电离为氢气和氢氧根离子，同时离子膜对氯离子和氢氧根离子具有排斥作用。离子膜法电解工艺保证了产品碱的品质，并且氯气和氢气的纯度都很高。氯碱工业中应用离子膜法制碱具有生产出的碱纯度高、能耗低、污染小、生产稳定、占地少、便于操作管理等优点。
3.但是离子膜电解槽在使用过程中，由于阴、阳电极与离子膜之间具有一定的空隙，该空隙部分由电解液填充并导电，而电解液的导电率差、电阻高，这就导致会有一部分电能被损耗，若是电解槽长时间运行，电解液的浓度降低，则电能损耗更大。


技术实现要素：

4.本技术提供一种离子膜电解槽，用以解决上述阴、阳电极与离子膜之间具有一定的空隙导致电能损失、浪费的问题。
5.本技术提供一种离子膜电解槽，包括阳极室、阴极室、离子膜、阳极电极、阴极电极、阳极室第一隔板、阴极室第一隔板，阳极室和阴极室被离子膜、阳极室第一隔板、阴极室第一隔板分隔，且阳极电极设置于阳极室内，阴极电极设置于阴极室内，上述阳极电极和阴极电极之间的距离等于离子膜的厚度。
6.可选的，上述离子膜被阳极室第一隔板和阴极室第一隔板夹持固定；阳极室包括阳极室第二隔板，阴极室包括阴极室第二隔板，阳极室第二隔板和阴极室第二隔板将阳极室第一隔板和阴极室第一隔板夹持固定，且阳极室第二隔板的下端与阳极室第一隔板的下端对齐，阴极室第二隔板的下端与阴极室第一隔板的下端对齐。
7.阳极电极和阴极电极之间的距离为离子膜的厚度，也即阳极电极和阴极电极分别紧贴离子膜，减少了在电解反应中的电能损失，能节能降耗、节约生产成本、提高电解效率。
8.可选的，阳极室还包括阳极室出气口、阳极室进液口、阳极室出液口，阳极室出气口设置在阳极室的顶部；阳极室进液口设置在阳极室远离阳极室第一隔板的一侧；阳极室出液口设置在阳极室远离离子膜的一侧的底部；阳极室第一隔板到阳极室另一侧壁的距离与阳极室第二隔板的宽度相等。
9.可选的，阴极室还包括阴极室出气口、阴极室进液口、阴极室出液口，阴极室出气口设置在阴极室的顶部；阴极室进液口设置在阴极室远离阴极室第一隔板的一侧；阴极室出液口设置在阴极室远离离子膜的一侧的底部；阴极室第一隔板到阴极室的距离与阴极室第二隔板的宽度相等。
10.可选的，阳极电极自中心向外层依次包括阳极支撑网和阳极涂层；阳极支撑网材质为石墨、钛中的至少一种；阳极涂层为锡涂层、铱涂层、铂涂层、氧化钌涂层中的一种或多种。
11.可选的，阴极电极自中心向外层依次包括阴极支撑网和阴极涂层；阴极支撑网为柔性支撑网，材质为镍、低碳钢中的至少一种；阴极涂层为镍
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铝多孔涂层、四氧化三钴涂层、cp205型活性阴极涂层、ca1000型活性阴极涂层中的一种或多种。
12.可选的，阳极室的底部靠近离子膜的一侧高于远离离子膜的一侧；阴极室的底部靠近离子膜的一侧高于远离离子膜的一侧。
13.可选的，阳极室出气口处连接有第一气体分析仪；阴极室出气口处连接有第二气体分析仪。
14.可选的，在阳极室第二隔板和阳极室出液口之间还设置有温度检测装置，温度检测装置的检测探头穿过阳极室室壁伸入阳极室的电解液中。
15.可选的，在阳极室进液口处连接有电导率测试仪。
16.本技术的离子膜电解槽，运行稳定性好，通过将阳极电极、离子膜、阴极电极贴合在一起，将阴阳电极间距缩小至离子膜的厚度，来减少在电解反应中的电能损失，能节能降耗、节约生产成本、提高电解效率。阴极电极采用柔性网结构，能防止离子膜在生产中被阴极电极损伤，提高离子膜的使用寿命；阴极室和阳极室底部倾斜的设计便于对阴极室和阳极室维护时的清洗。本技术的离子膜电解槽可以单独使用，亦可以根据产能要求多个串联共同使用。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本技术一实施例提供的离子膜电解槽的结构示意图；
19.图2为本技术一实施例提供的阳极电极的结构示意图；
20.图3为本技术一实施例提供的阴极电极的结构示意图；
21.图4为本技术另一实施例提供的离子膜电解槽的结构示意图；
22.图5为本技术再一实施例提供的离子膜电解槽的结构示意图；
23.图6为本技术又一实施例提供的离子膜电解槽的结构示意图。
24.附图标记说明：
25.1、阳极室；
26.101、阳极室出气口；
27.102、阳极室进液口；
28.103、阳极室出液口；
29.104、阳极室第二隔板；
30.2、阴极室；
31.201、阴极室出气口；
32.202、阴极室进液口；
33.203、阴极室出液口；
34.204、阴极室第二隔板；
35.3、离子膜；
36.4、阳极电极；
37.401、阳极支撑网；
38.402、阳极涂层
39.5、阴极电极；
40.501、阴极支撑网；
41.502、阴极涂层；
42.6、阳极室第一隔板；
43.7、阴极室第一隔板；
44.8、第一气体分析仪；
45.9、第二气体分析仪；
46.10、温度检测装置；
47.11、电导率测试仪。
具体实施方式
48.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，也属于本技术保护的范围。
49.图1为本技术一实施例提供的离子膜电解槽的结构示意图，如图1所示，本技术提供一种离子膜电解槽，包括阳极室1、阴极室2、离子膜3、阳极电极4、阴极电极5、阳极室第一隔板6、阴极室第一隔板7，阳极室 1和阴极室2被离子膜3、阳极室第一隔板6、阴极室第一隔板7分隔，且阳极电极4设置于阳极室1内，阴极电极5设置于阴极室2内，上述阳极电极4和阴极电极5之间的距离等于离子膜3的厚度；离子膜3被阳极室第一隔板6和阴极室第一隔板7夹持固定；阳极室1包括阳极室第二隔板 104，阴极室2包括阴极室第二隔板204，阳极室第二隔板104和阴极室第二隔板204将阳极室第一隔板6和阴极室第一隔板7夹持固定，且阳极室第二隔板104的下端与阳极室第一隔板6的下端对齐，阴极室第二隔板204 的下端与阴极室第一隔板7的下端对齐。
50.本技术中，离子膜3将阳极室1和阴极室2分隔开，阳极室1和阴极室2除了通过离子膜3发生物质交换外，不再有其他地方可发生物质交换；离子膜3将阳极室1和阴极室2分隔开，可减少反应中的能量损失。并且在实际生产中，电解盐水时阴阳电极处分别发生如下的反应：
51.阳极反应：
52.2cl-‑
2e-＝cl2，
53.阴极反应：
54.2h2o+2e-＝h2+2oh-，
55.也即在生产中，阳极氯离子失去电子生成氯气，阴极发生电解水的反应生成氢气和氢氧根离子，氢气和氯气混合时极易发生爆炸，因此离子膜 3将阳极室1和阴极室2分隔开，不仅可以防止危险的发生，还能分别收集高纯度的氯气和氢气。
56.阳极室第二隔板104和阴极室第二隔板204不仅起到对阳极室第一隔板6和阴极室第一隔板7的夹持固定作用，还可以用于指示电解液的加入量，实际生产中电解液的加入量一般不超过该隔板。本技术的离子膜电解槽可单独使用，亦可以根据产能要求串联多个共同使用。
57.可选的，阳极室1还包括阳极室出气口101、阳极室进液口102、阳极室出液口103，阳极室出气口101设置在阳极室1的顶部；阳极室进液口102设置在阳极室1远离阳极室第一隔板6的一侧；阳极室出液口103 设置在阳极室1远离离子膜3的一侧的底部，阳极室第一隔板6到阳极室 1另一侧壁的距离与阳极室第二隔板104的宽度相等。
58.可选的，阴极室2还包括阴极室出气口201、阴极室进液口202、阴极室出液口203，阴极室出气口201设置在阴极室2的顶部；阴极室进液口202设置在阴极室2远离阴极室第一隔板7的一侧；阴极室出液口203 设置在阴极室2远离离子膜3的一侧的底部；阴极室第一隔板7到阴极室 2的距离与阴极室第二隔板204的宽度相等。
59.在实际生产中，阳极室中氯离子失去电子生成氯气，阳极室出气口101 设置在阳极室1的顶部便于生成的氯气排出。阳极室进液口102的设置便于电解液的注入。阴极发生电解水的反应生成氢气和氢氧根离子，阴极室出气口201设置在阴极室2的顶部便于氢气的排出。
60.图2为本技术一实施例提供的阳极电极的结构示意图，如图2所示，阳极电极4自中心向外层依次包括阳极支撑网401和阳极涂层402；阳极支撑网材质为石墨、钛中的至少一种；阳极涂层402为锡涂层、铱涂层、铂涂层、氧化钌涂层中的一种或多种。
61.本技术中，阳极电极4在电解反应中放电失去电子，发生氧化反应，因此需要惰性物质充当阳极电极。石墨具有价廉易得的优点而被选用为阳极电极的材料，钛金属具有不易腐蚀使用寿命长的优点。在阳极电极4上涂敷阳极涂层能增强阳极的反应效率；将阳极电极制成网状可以提供较大的比表面积，提高电解效率。涂敷二氧化钌涂层对析氯具有很好的催化活性，能在高电流密度下工作，槽电压比较低，而且具有很好的化学稳定性，因此涂敷二氧化钌涂层能节省用电，降低成本，节约能源。阳极涂层加入锡涂层、铱涂层可提高氧的过电位，改善阳极的选择性，加入铂涂层可提高电极的稳定性。
62.图3为本技术一实施例提供的阴极电极的结构示意图，如图3所示，阴极电极5自中心向外层依次包括阴极支撑网501和阴极涂层502；阴极支撑网为柔性支撑网，材质为镍、低碳钢中的至少一种；阴极涂层502为镍-铝多孔涂层、四氧化三钴涂层、cp205型活性阴极涂层、ca1000型活性阴极涂层中的一种或多种。
63.本技术中，在电解过程中，阴极电极5在电解反应中得到电子，发生还原反应，因此可以选择活泼性较高的物质如镍、低碳钢等作为阴极电极。由于阳极电极4和阴极电极5之间的距离为离子膜3的厚度，也即阳极电极4和阴极电极5分别紧贴离子膜3，而在实际生产中，阴极电极容易发生较大的形变量，若阴极电极5为刚性结构，则阴极电极5形变时极易损伤离子膜3，因此阴极电极5为柔性网，不仅可以起到保护离子膜3的作用，提高离子膜的使用寿命，还能够提供较大的比表面积，从而提高电解效率。
64.可选的，阳极室1的底部靠近离子膜3的一侧高于远离离子膜3的一侧；阴极室2的底部靠近离子膜3的一侧高于远离离子膜3的一侧。
65.本技术中，阳极室1和阴极室2底部倾斜的设计便于电解液的排出，方便在维护中对阳极室1和阴极室2的清洗。
66.图4为本技术另一实施例提供的离子膜电解槽的结构示意图，如图4 所示，阳极室出气口101处连接有第一气体分析仪8；阴极室出气口201 处连接有第二气体分析仪9。
67.本技术中，阳极室出气口101处连接有第一气体分析仪8用于检测氯气的纯度，第一气体分析仪8可以实时检测氯气的浓度，用于指导对阳极室的电解液的补充和及时更换。
68.阴极室出气口201处连接有第二气体分析仪9用于检测氢气的纯度、氢气的含氧量，第二气体分析仪9可以实时检测氯气的纯度，用于指导对阴极室的电解液的补充和及时更换。
69.图5为本技术再一实施例提供的离子膜电解槽的结构示意图，如图5 所示，在阳极室第二隔板104和阳极室出液口103之间还设置有温度检测装置10，温度检测装置10的检测探头穿过阳极室1室壁伸入阳极室1的电解液中。
70.本技术中，在阳极室1室壁上设置温度检测装置10可以实时检测电解槽总电解液的温度，便于对电解槽的维护和管理。
71.图6为本技术又一实施例提供的离子膜电解槽的结构示意图，可选的，如图6所示，在阳极室进液口102处连接有电导率测试仪11。
72.本技术的离子膜电解槽，在实际生产中，供给阳极室1和阴极室2的电解液是相同的，因此电导率测试仪11连接在阳极室进液口102处，也可以连接在阴极室进液口202处。电导率测试仪11连接在阳极室进液口 102处，用以监测注入阳极室1中电解液的盐水的浓度。
73.本技术的离子膜电解槽，运行稳定性好，通过将阳极电极4、离子膜 3、阴极电极5贴合在一起，将阴阳电极间距缩小至离子膜3的厚度，来减少在电解反应中的电能损失，能节能降耗、节约生产成本、提高电解效率。阴极电极5采用柔性网结构，能防止离子膜3在生产中被阴极电极5 损伤，提高离子膜的使用寿命；阴极室2和阳极室1底部倾斜的设计便于对阴极室2和阳极室1维护时的清洗。本技术的离子膜电解槽可以单独使用，亦可以根据产能要求多个串联共同使用。
74.最后应说明的是，以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。