[发明专利]用于电解处理的阴极

说明书

发明背景

本发明涉及用于电解处理的电极，特别是适合于工业电解处理中 氢析出的阴极。下文将参考氯碱电解作为具有氢气阴极析出的典型工 业电解处理，但本发明不限于特定应用。在电解处理工业中，挑战与 不同因素有关，主要因素是与处理电压直接相关的能量消耗降低；这 证明为降低其的许多努力在于其多个分量(component)，例如电阻电压 降，该电阻电压降取决于处理参数例如温度、电解质浓度和电极间隙， 以及阳极和阴极过电压。原则上更加关键的阳极过电压问题在过去通 过开发越来越复杂的催化阳极得以解决，所述阳极最初基于石墨而后 来基于涂有合适催化剂的钛基材，其在氯碱电解的情形中具体地针对 于降低氯析出的过电压。相反地，利用不被催化的化学耐受性材料(例 如碳钢)所制成的电极可自然获得的阴极过电压长期得到接受。然而 市场逐渐要求高的腐蚀性产物浓度，从腐蚀观点看碳钢的使用不可维 持；此外，能量费用的增加还使催化剂的使用变得越来越方便以促进 阴极氢析出。本领域中消除这些需要的最常见的解决方案表现为使用 镍基材(比碳钢具有更大的化学耐受性)和基于钌氧化物或铂的催化 材料。例如US 4,465,580和4,238,311公开了提供有钌氧化物涂层的 镍阴极，所述钌氧化物混有氧化镍，这些阴极长期以来构成前一代碳 钢阴极的较昂贵但在技术上较好的替代品。然而这些阴极受相当有限 的寿命的影响，这可能是因为涂层对基材的不良附着性。

EP 298 055中公开的阴极在镍基材上催化涂层附着性方面产生了 很大改进，其包含用铂或其它贵金属和铈的化合物活化的镍基材，同 时或相继施加且热分解所述铂或其它贵金属和铈的化合物以便获得基 于铂或其它贵金属的催化涂层，该催化涂层要么被铈稀释，要么在优 选实施方案中该催化涂层涂有具备保护作用的多孔铈层：铈的作用实 际上是破坏可能的铁基杂质，该杂质经证明对贵金属催化剂的活性是 有害的。虽然是相对于现有技术的改进，但EP 298 055的阴极在电解 条件下表现出的催化活性和稳定性对于当今工业处理仍是不足的；特 别地，EP 298 055的涂层往往受到工厂故障情形中典型发生的偶发电 流逆变的严重损害。

本发明的一个目的是提供用于工业电解处理、特别是用于具有阴 极氢析出的电解处理的新型阴极组合物。

本发明的另一个目的是提供用于工业电解处理的阴极组合物，该 组合物比现有技术配置(formulation)具有更高催化活性。

本发明的另一个目的是提供用于工业电解处理的阴极组合物，该 组合物的特征在于在一般处理条件下比现有技术配置具有更高的持续 时间。

本发明的另一个目的是提供用于工业电解处理的阴极组合物，该 组合物比现有技术配置对意外的电流逆变具有更高的耐受度。

通过下面描述将更好地阐明这些及其它目的，所述描述不意欲作 为本发明的限制，本发明的范围由所附权利要求限定。

发明描述

第一方面，本发明是一种用于电解处理、特别适合用于碱金属氯 化物盐水电解(氯碱法)的阴极，该阴极在镍基材上获得且提供有涂 层，该涂层包含两个相异区：包含钯和任选的银且特别对于电流逆变 现象具有保护作用的第一区(保护区)，和包含铂和/或钌、任选混有 少量铑且对于阴极氢析出具有催化作用的第二活性区(活化区)。活 化区中含有的铂和钌、以及保护区中含有的钯和银可至少部分以氧化 物形式存在；在整个本说明书中，给定元素的存在不意欲限于金属形 式或零氧化态。在本发明的第一优选实施方案中，钯包含在独立层中， 该独立层是镍基材和外活化层之间的中间物，所述外活化层含有用于 氢析出的基于铂和/或钌的催化剂。在本发明的第二优选方案中，钯偏 析在分散于活化层内的岛状物中，所述活化层含有用于氢析出的铂和/ 或钌基催化剂。