[发明专利]用于电解的非消耗性阳极

说明书

本发明涉及一种用于电解的包含碳的非消耗性阳极。所述阳极由热解碳(热解石墨)制成。即使在硝酸盐电解质中，热解碳(热解石墨)阳极也很稳定，不会因磨蚀产物而污染电解质。

技术领域

本发明涉及电化学，具体是涉及含碳且在工作电解质中稳定的电解槽阳极。

背景技术

非消耗性阳极广泛用于电化学工艺中，具体是在电合成、提取工艺和粉末产品的制造中。由于镀铂的钛和银或锑合金铅阳极具有令人满意的稳定性，硫酸盐溶液主要用于水电冶金。氯化物溶液不太适用，尽管它们具有较高的导电性，能够强化工艺。原因是石墨阳极的稳定性低以及电解质会受到其侵蚀产物的污染。由于缺乏在该介质中稳定的阳极，硝酸盐溶液的使用受到限制，并且仅限于精炼工艺[1]。

为了增加石墨阳极的稳定性，以多种材料对其进行浸渍。在这种情况下，我们观察到浸渍产物的溶液污染，这些产物沉淀在过滤隔膜上并堵塞其孔隙，从而降低其使用寿命[2]。已有成功尝试将热解碳用作石墨阳极的合金添加剂，以延长使用寿命。在石墨组合物中引入5-10％的热解碳使氯化物溶液中的阳极消耗量几乎降低了两倍[3]。但它并没有付诸实践：其收益对应于额外成本是不值得的，而且这个有用的想法也没有进一步推广。特性上也没有显著不同，硝酸盐区溶液仍然对这种材料有耐受性。玻碳电极用于氯化物和冰晶石氧化铝熔体中，以及用于氯化锂和氯化钾与氧氯化铀添加剂的混合熔体中[4]。由于与常规石墨相比，它们的导电性较低，因此它们的使用受到限制。在一些氯基工艺中，石墨被所谓的ORTA阳极(氧化钌-钛阳极)取代[5]。

金属氧化物阳极是利用热解碳导电基材发明的(！)[6]。然而，热解碳仅用作导电材料，碱性金属氧化物的活性层用作阳极。众所周知，金属氧化物阳极对其工作环境的要求非常高—它们无法耐受极性改变、短路甚至临时工艺中断[2]。专利[7]描述了用于氟化物电解槽的预焙碳阳极电阻的突然增加。作者将稳定性增长与在高于1300℃的温度和超过140小时的烘烤时间烘烤过程中焦炭颗粒之间生成的热解碳建立相关性。这种含有热解碳的材料被命名为anhalite。专利[8]提供用于电镀工艺的阳极，其由浸渍热解碳的碳织物制成。然而，碳织物基阳极的低电导率影响了电镀涂层的规则性和厚度，因此作者提出了织物框架厚度可变的阳极设计，以平衡阳极长度上的阳极溶液电流密度。

专利[9]引述使用热解石墨以及石墨和铂，作为烃的合成实验室工艺中的阳极。然而，通过选择原始试剂并使用由贵金属制成的阳极来实现靶向目标，即合成输出和选择性的增强。热解石墨只能对玻碳提供仅12％水平的碳氢化合物转化，而合金形式下为Pt-10％-IR-42％，以及纳米颗粒形式超过47％。此外，热解石墨的使用伴随有电极上聚合物膜的形成，从而阻碍了反应。有关阳极的比较稳定性未提供任何数据，因为在实验室试验的条件下未设定这样的目标。专利[10]也引述了将热解碳以及其他含碳材料，铂和其他金属用作阳极。既定目标，即开发具有成本效益的赤藓醇(糖替代品)提取方法，不太可能通过使用昂贵的热解炭或铂来实现，特别是因为石墨箔被指定为阳极的首选材料。由于研究规模较小，上述材料制成的阳极的稳定性也未被纳入考虑。

基于现有技术的可用材料，可以得出结论：并没有将热解碳(热解石墨)用于电化学工艺中的阳极的技术上或经济上可行的方案。因此，石墨在大型电化学中用作阳极材料仍然相当重要，努力改善其消耗特性也是如此。例如，有人提议使用粉末混合技术-压制-烧结[11](原型)将石墨与硅合金化。该阳极用于饮用水的电活化，能够通过电解处理改善多种成分的饮用水质量，并富集硅离子。实际上，原型材料是我们行业生产的硅化石墨的一个特例。然而，仅仅为了提高传统电极材料的阳极稳定性而经过多次测试试验后的热解石墨从未被提议用于其主要作用，即作为电化学生产中的阳极。

发明内容

本发明的技术目的在于通过降低阳极腐蚀和电解质污染的水平来提高用于电解的含碳阳极的性能。