Введение к работе
Актуальность проблемы: Для создания экологически безопасных и экономичных процессов в химической технологии необходимы экологически чистые реагенты такие как пероксид водорода. До настоящего времени широкое использование перохсида водорода для многочисленных процессов в химии сдерживается его сравнительно высокой стоимостью по отношению к другим окислителям. Из литературы известен способ получения пероксида водорода катодным восстановлением кислорода на углеродных электродах различной конструкции. Пероксид водорода по этому способу получают в виде разбавленного щелочного раствора и стоимость его по сравнению с известными промышленными способами более чем в два раза ниже. В настоящее время существует большое количество потенциальных потребителей таких растворов: предприятия пищевой и легкой промышленности, целлюлозно - бумажного производства, гидрометаллургии, охрана окружающей среды и т.д.
Основной причиной, сдерживающей реализацию этого способа в промышленных масштабах, является отсутствие высокоэффективного катода с длительным ресурсом работы при плотностях тока, приемлемых для практики.
Одним из наиболее перспективіїьгх оформлений катода для этого процесса является конструкция в виде плоского газодиффузионного гидрофобизированного электрода (ГФЭ). Известпо, что ГФЭ позволяет снять диффузионные ограничения по массопсреносу кислорода и интенсифицировать процесс электросинтеза Н2О2 при нормальном давлении О;.
Однако, сутествепным недостатком этого электрода является небольшой ресурс работы в растворах NaOH.
Большинство работ с использованием данного типа электрода для процесса электросинтеза Н2О2 носят фрагментарный характер, либо выполнены зарубежными исследователями на материалах, производимых иностранными фирмами и при использовании в качестве электролита растворов КОН.
В связи с этим создание новых научных подходов, инженерных и технологических решений для разработки газодиффузионных электродов, обладающих большим ресурсом работы в процессе электросинтеза НгОг из Ог в растворах NaOH является весьма актуальным.
Данная диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ по теме:"Разработка методов синтеза органических и неорганических соединений из исходных веществ ограниченно растворимых в воде" и пост. ГКНТ СССР № 172 от 07.03.90 г. и № 454 от 02.04.91 г.
Цель работы: разработка газодиффузионного гидрофобизированного электрода для электросинтеза пероксида водорода катодным восстановлением кислорода в растворах гидрооксила натрия, обладающего длительным ресурсом работы. При этом решали следующие задачи:
- разработка оптимального состава и структуры пористого газодиффузионного электрода ;
- выявление причин снижения электрохимической активности и разработка
критериев оценки стабильности работы газодиффузионных электродов;
- выбор оптимального режима и условий электросинтеза;
- исследование влияния окисления электрокатализатора на поверхностные
свойства и электрохимические характеристики электрода;
- проведение ресурсных испытаний разработанных газодиффузиошшх
электродов.
Научная новизна: -Впервые предложены критерии оценки стабильности работы ГФЭ в процессе электросинтеза НО2" : наклон поляризационных кривых, относительная толщина электрода, у - доля тока, идущая на образование НОг~ .
- Впервые предложено использовать в качестве электрокатализатора ГФЭ для
электросинтеза Н2О2 смесь саж с различными гидрофильно-гидрофобными
свойствами, установлено, что электроды на основе смеси саж имеют структуру,
обеспечивающую более эффективный вынос нарабатываемого НОг" из порового
объема элекгрода.
Установлено, что основной причиной, ухудшающей работу электрода, является накопление НОг в его поровом объеме.
Показано, что окисление поверхности электрокатализатора не влияет на селективность реакции образования НОг", снижает константу скорости его разложения и приводит к гидрофилизации пор электрода.
Практическая ценность: -Разработан оптимальный состав гидрозапорного и активного слоев электрода и выбраны оптимальные условия для проведения процесса электросинтеза (температура, плотность тока, концентрация электролита).
- Разработаны лабораторные образцы газодиффузионных электродов,
обладающие ресурсом работы 1300 часов и полупромышленные образцы размером
300 х 300 мм, обладающие ресурсом работы 500 часов. Разработанные
полупромышленные электроды прошли апробацию при наработке отбельных
растворов ІЇ2О2 в опытном цехе Братского ЛПК.
Апробация работы: Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на 3-ей Всесоюзной конференции по элсктрокатализу (Москва, 1991 г.), на юбилейной региональной научной конференции 17-21 апреля 1989 г. (Красноярск), на научно-практической конференции "Достижения науки и техники развитию г.Красноярска" (Красноярск, 1997), на 7-ой международной выставке "Химия- 92" 15-23 сентября 1992 г. (Москва).
Публикации: По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.
Структура и объем работы: Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части и обсуждения результатов, выводов и списка литературы. Текст диссертации изложен на 101 машинописной странице, содержит 23 рисунка, 5 таблиц. Библиография состоит из 115 наименований.