Mikä on kalvoelektrolyysi?

Kalvoelektrolyysillä tarkoitetaan kalvon asettamista anodin ja katodin väliin katodin ja anodin tuotteiden erottamiseksi. Erotin on huokoinen läpäisevä kerros, joka ei estä ionien kulkeutumista ja virran kulkua ja saa ne virtaamaan katodille tietyllä nopeudella, mutta voi estää OH- diffuusion anodille ja estää mekaanisen sekoittumisen katodi- ja anodituotteet.

Tällä hetkellä pystykalvoelektrolysaattoreita käytetään yleisemmin teollisuudessa. Anodi on valmistettu grafiitista tai metallista ja katodi piikkilangasta tai rei'itetystä rautalevystä. Sen jälkeen kun elektrolyysiä varten on syötetty tasavirtaa, osa suolaliuoksessa olevista kloridi-ioneista menettää elektroneja anodilla muodostaen kloorikaasua ja poistuakseen. Anodiliuoksessa jäljellä olevat natrium-ionit kulkeutuvat katodille yhdessä liuoksen kanssa ja virtaavat katodin elektrolyyttiin, jossa vetyionit saavat elektroneja katodilta tuottamaan vetyä ja poistumaan elektrolyysikennon katodikammiosta. Vetyionien jatkuvan purkamisen ansiosta vapautuu vetykaasua, mikä edelleen edistää veden ionisaatiota. Liuokseen jäävät hydroksidi- ja natriumionit muodostavat emäksisen liuoksen, joka poistuu jatkuvasti elektrolyysikennosta yhdessä elektrolysoimattoman natriumkloridiliuoksen kanssa. Tuoretta suolaliuosta täydennetään jatkuvasti ja sitä tuotetaan jatkuvasti elektrolysaattorin anodiosastossa.

Koska kalvoelektrolyysiteknologiaa on käytetty laajasti kloorialkaliteollisuudessa, sen periaatetta havainnollistaa esimerkkinä viimeisin alkalinvalmistusprosessi, ioninvaihtokalvoelektrolyysimenetelmä. Kationinvaihtokalvoa käytetään erottamaan elektrolyyttikennon katodi- ja anodikammiot kaksikammioiseksi elektrolyysikennoksi. Kyllästettyä NaCl-liuosta johdetaan anodikammioon ja tislattua vettä syötetään katodikammioon. Ulkoisen tasavirtasähkökentän vaikutuksesta anodi tuottaa kloorikaasua ja katodi vetykaasua. Koska kationinvaihtokalvon kiinteä ryhmä (R-SO-3-) on negatiivisesti varautunut, se vetää puoleensa liuoksessa olevia Na plus -ionien vastakkaisia ​​varauksia, minkä seurauksena vain Na plus -ionit pääsevät läpi. , kun taas Cl- ionit hylkivät, joten Na plus ionit Siirtyessään katodiosastoon se yhdistyy OH-:n kanssa muodostaen NaOH:ta. Elektrodin pääreaktio on:

Anodiosastossa:

NaCl==Na plus plus Cl - (1)

2Cl==Cl2 plus 2e (2)

Katodiosastossa:

H2O==H plus plus OH - (3)

2H plus plus 2e ==H2 (4)

Na plus plus OH-==NaOH (5)

Yllä oleva on periaate ioninvaihtokalvon käytöstä suolaveden elektrolysoimiseksi alkalin tuottamiseksi.

Elektrodireaktiot ovat yleensä pelkistysreaktioita, jotka tapahtuvat katodissa katodissa, ja hapetusreaktiot, kuten Cl2:n vapautuminen, tapahtuvat anodilla anodisessa osastossa.