Vad är procent omvandlingen av natriumklorid till natriumklorat i en Elektrokemisk cell?

Vad är procent omvandlingen av natriumklorid till natriumklorat i en Elektrokemisk cell?

Den totala kemiska reaktionen i elektrolys NaCl att producera natriumklorat är NaCl + 3 H2O à NaClO3 typ + 3 H 2 ---(1) reaktionen kräver sex Faradays att producera en mullvad av klorat. Reaktionen är endoterma, AH = 224 kcal/mol (53,5 kcal/mol) av klorat eller 2.43kWh / kg. I praktiken tar det ca 5kWh energi att producera ett kilo av natriumklorat. Den återstående energin går förlorad till elektrolyt lösning motstånd och värme. I cellen natriumklorat fri klor bildas vid anoden: 2 Cl - à Cl2 + 2 e - ---(2) The Eo vid 25 ° C är 1,36 V vs a normal väte-elektrod (NHE). Klor reagerar i troposfärens och hydrolyserar (reaktion 3) för att bilda HOCl och HCl som reagerar i bulk elektrolyten att bilda klorat. CL2 + H2O à HOCl + HCl ---(3) Hypochlorous syra, HClO eller hypoklorit joner kan konverteras till klorat genom två separata samtidiga reaktioner: genom nedbrytning av hypoklorit ion och fri hypochlorous syra och elektrokemiska bildandet av klorat av anodic oxidation av hypoklorit enligt ekvationerna 4 och 5 nedan. 2 HClO- + ClO- à ClO3 - + 2 Cl- + 2 H + ---(4) 6 ClO + 3 H2O à ClO3- + 4 Cl ~ + 1,5 O2 + 6 H + + 6 e - ---(5) reaktionen beskrivs i ekvation 4 sker vid 100% nuvarande effektivitet. Nuvarande effektivitet som i ekvation 5 är endast 66,7 procent. De mest gynnsamma villkor för ekvation 4 är temperaturen från 60-75° C och pH 5,8-7.0. Optimalt pH-värdet beror på temperaturen. Denna reaktion är mycket långsam och äger rum i bulk elektrolyten snarare än vid eller nära anod ytan. Oftast är 2-5 g/L natrium dikromatupplösning till elektrolys lösningen. Dikromatupplösning bildar en skyddande Cr2O3 film eller membran på katoden ytan, att skapa en negativ potentiell lutning som förhindrar en minskning av OCl - till Cl-Jon. Dikromatupplösning fungerar också som buffert agent, som tenderar att stabilisera pH i lösningen. Kromat också dämpar korrosion av stål katod och hämmar O2 evolution vid anoden. Det finns andra parallella elektrokemiska reaktioner som kan uppstå vid elektroderna i cellen, sänka den totala effektiviteten för ClO3-formation. Syre evolution-konton för ca 1-3% förlust i nuvarande effektivitet på noble metallbaserade elektroderna i pH spänner 5,5-6,5. 2 H2O à O2 + 4 H + + 4e - ---(6) där E0 vid 25 ° C är 1,23 V vs NHE vid pH = 0 och 0.876 V vs NHE vid pH = 6. Oxidation av klorater till perklorat kan också uppstå om cell spänningen ökar över 6,5 V, eller om klorid koncentrationen är utarmat nedan ca 80 g/L. ClO3- + H2O - ClO4- + 2 H + + 2 e - ----(7) Utöver de elektrokemiska reaktionerna, det finns vissa oönskade icke elektrolytisk reaktioner som producerar klor och syre gaser, sålunda sänkanden den nuvarande effektiviteten. Syre genereras från nedbrytning av hypoklorit arter i bulk konton för ungefär hälften av syre inblandade. Nedbrytning av hypoklorit arten är katalyseras av låga nivåer av Joniska metall föroreningar, särskilt Ni 2+, Co2 +, Ir3 + och Ir4 +. Den nuvarande effektiviteten i cellen klorat kan övervakas genom att analysera gasflödets exit och kan beräknas med följande formel: klorat effektivitet = (100-3WO-2Wcl)/(100-WO-Wcl) ---(8) där WO = Vol.% av syre i exit gas och WCl = Vol.% klor i exit gas. Den ungefärliga energiförbrukning P i kW • h/t klorat cellens är en funktion av nuvarande effektivitet CE uttryckt som ett bråk och cell spänning V i volt. P = 1509 V/CE ---(9) aktuella effektivitet beror på operativsystem egenskaper, t.ex., pH, temperatur och cell design, och är i allmänhet i intervallet 90-98%.