産業用電極プロセスの理解向上

二瓶研究室:「光」が創る次世代の情報化社会 (六月 2019).

Anonim

塩素の工業生産においては、従来のシステムよりもはるかに少ない電流を消費する特殊電極が最近導入されている。 この方法では、熱い高濃度の水酸化ナトリウム溶液に酸素を導入しなければならず、その中で難溶性である。 これらの状況下でどのように産業用電流密度を達成できるかは依然として不明である。 Ruhr-UniversitätBochumのElectrochemical Sciences(CES)の研究者は、Clausthalの技術大学の技術者と協力して、酸素脱離陰極とも呼ばれるこれらのタイプの電極に関わるプロセスについて新たな洞察を得ました。 Alexander Botz、DenisÖhl、Wolfgang Schuhmann教授らのチームは、2018年8月3日にオンラインで公開された Angewandte Chemie ジャーナルでその結果を報告します。

塩素は化学工業にとって重要な原材料です。 これは、従来の方法では、水酸化ナトリウムと水素が副生成物として生成され、食塩と水の電気分解によって生成される。 酸素を消費するカソードは酸素を出発材料として必要とするが、副生成物の水素は除去され、電気の約30%の節約となる。 この反応は、高濃度の水酸化ナトリウム中で摂氏80度で起こる。 これらの条件下で酸素は非常に難溶性である。 「これらのタイプの電極は長年にわたり工業的に使用されてきましたが、実際に働く理由はわかりません」と、分析化学部門の責任者であるWolfgang Schuhmann氏は説明します。

彼らの実験では、反応条件は塩素生成中に絶えず変化することが示されました。 3つの相は、高濃度の液体水酸化ナトリウムを浴びた固体銀粒子からなる酸素消費陰極の近くで会合し、気体酸素は後から系内に押し込まれる。 これまで、研究者は主として、固相環境における反応酸素の濃度を研究し、高電流密度をこのパラメータに帰するモデルを開発した。

現在の研究では、ボーフムの科学者は、液相のプロセスを分析する方法を開発しました。 彼らは、薄い微小電極(人間の髪の毛の厚さのほんの100分の1)を、作業中の酸素を消費する陰極の表面上に直接配置した。 これにより、反応中に生じる水および水酸化物イオン(OH-)濃度の変化を追跡した。 結果:電極表面上の水および水酸化物イオンの濃度は、反応の過程で激しい変動を示し、全体にわたって一様ではない。

Schuhmannは次のように述べています。「高電流密度に寄与する可能性のある、電極内部の局所的な濃度変動が深刻であることが長年疑われています。

「これらの劇的な変化は、反応を反映したモデルではまだ考慮されていません」とAlexander Botzは述べています。 "結果は、そのような電極の将来の最適化のために非常に重要です。

ボーフムのチームは、反応メカニズムの詳細をより深く理解していきたいと考えています。 「これらの調査は、将来的には大気からのCO 2の結合にとって非常に重要であり、したがって温室効果ガスの排出の削減に寄与するガス拡散電極の開発にとって不可欠です」とSchuhmannは説明します。

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