碱金属过氧化物溶液的制备方法技术

在电化学电池中制备碱金属／Ｈ↓［２］Ｏ↓［２］摩尔比为０．５～２．５的碱金属过氧化物溶液的方法，其中，所述的电化学电池包括一多孔性的氧扩散阴极，一阳离子交换膜，以及一个阳极，使含有硫酸的电解液流经阳极室，使含有碱金属氢氧化物的电解液流经阴极室，通过在阴极使氧还原而使得在所述的含有碱金属氢氧化物的电解液中形成碱金属过氧化物，其特征在于，在循环的电解液中含有碱金属硫酸氢盐，其是从碱金属硫酸盐水溶液或碱金属硫酸氢盐水溶液或碱金属硫酸盐和碱金属硫酸氢盐的混合物水溶液衍生得到的，并且制得了硫酸水溶液。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用电化学电池制备碱金属/H2O2摩尔比为0.5～2.5的，所述的电化学电池包括一多孔性的氧扩散阴极，一阳离子交换膜，以及一个阳极，使含有硫酸的电解液流经阳极室，使含有碱金属氢氧化物的电解液流经阴极室，通过在阴极使氧还原而使得在所述的含有碱金属氢氧化物的电解液中形成碱金属过氧化物。作为氧化和漂白化学品的过氧化物溶液变得越来越重要，因为作为氧化剂使用时，从所使用的过氧化物衍生得到的产物不污染环境。例如，在用碱金属过氧化氢水溶液漂白木浆和纸。过氧化氢和氢氧化钠溶液被用来作为制备漂白溶液的起始物质，通过将它们混合而形成过氧化钠或钠过氧化氢水溶液。由于过氧化氢是一种相对不稳定的化合物，并且在其运输，储存和处理时需要符合严格的安全标准，一种非常简单和希求的办法是在使用地点通过电化学方法直接制备出碱金属过氧化物溶液。美国专利4,693,294公开了制备过氧化氢的电化学方法，该方法是将空气中的二氧化碳除去，通过在阴极使来自所述的空气中的氧与碱金属电解液接触被还原而形成过氧化氢。该电化学电池被一种膜分隔成一阳极室和一阴极室。美国专利4,758,317公开了一种制备过氧化氢的方法，该方法的特征在于电化学电池中，在碱金属电解质水溶液的存在下，氧气被还原为过氧化氢，所述的电池包括一多孔的氧扩散阴极和一阳极，并被一膜分隔成一阳极室和一阴极室。美国专利4,872,957公开了一种在电化学电池中使一种液体与一种气体反应的方法，所述的电池包括一多孔性的气体扩散阴极，一微孔隔膜以及一阳极，并且一种电解质在其中循环。美国专利4,317,704公开了一种操作电化学电池的方法，该方法中，将一种包含有一种含氧气体的气-液混合物和一种阴极电解液流经阴极，并在所述的阴极，部分氧被还原。美国专利4,431,494公开了一种制备碱金属过氧化物溶液的电化学方法，其特征在于碱金属电解液含有一种配位剂或一种螯合剂以至少部分抑制杂质对过氧化物的催化分解作用。EPO068663A1公开了一种电化学电池，该电池用于碱金属过氧化物溶液的制备，其中使一种含有氧气或空气的溶液多孔的阴极以使得氧被还原。在该电池中，用一种膜将阴极室和阳极室分隔开。美国专利4,884,778公开了一种制备过氧化氢，碱金属过氧化物溶液以及硫酸水溶液的方法，该方法是在一电化学电池中进行的，所述的电池包括三个室，其中，一种含有硫酸的水溶液流经阳极和阴离子活性的半透膜之间，水流经阴极和阳离子活性的半透膜之间，而碱金属酸盐溶液流经中间室。在该方法中，施加外部电压时，在阳极形成了过硫酸溶液和氢，而在阴极形成碱金属氢氧化物溶液。过硫酸随后与水反应形成了过氧化氢和硫酸。美国专利4,357,218公开了一种制备过氧化氢的方法，该方法使用了一种电化学电池，所述的电池包括三个室，其中，一种酸性水溶液流经阳极和阴离子交换膜之间，一种碱金属水溶液流经阴极和阳离子交换膜之间，而水则流经中间室。该方法中，向气体扩散阴极供给含氧气体并施加外部电压使氧还原。结果是在碱金属阴极电解液中形成过氧化物，同时在碱金属阳离子电解液中水被氧化形成了氢离子。而氢离子和过氧化物经膜迁移到中间室，并在水溶液中发生反应形成过氧化氢，得到的过氧化氢从循环中移去。本专利技术的一个目的是提供一种在电化学电池中制备碱金属过氧化物水溶液的方法，其中碱金属过氧物是使氧在阴极被还原而形成的，并且碱金属/H2O2的摩尔比在0.5～2.5之间。本专利技术的这一目的是这样完成的在循环的电解液中含有碱金属硫酸氢盐，其是从碱金属硫酸盐水溶液或碱金属硫酸氢盐水溶液或碱金属硫酸盐和碱金属硫酸盐的混合物水溶液衍生得到的，并且制得了硫酸。本专利技术的另一种方式是，在循环的电解液中含有碱金属硫酸氢盐，其是从硫酸与碱金属亚硫酸盐或碱金属亚硫酸氢盐或碱金属亚硫酸盐和碱金属亚硫酸氢盐混合物的水溶液衍生得到的，在阳极形成的硫酸循环到分解罐中以形成纯的二氧化硫气体。本专利技术的再一种方式是，在循环的电解液中含有碱金属硫酸氢盐，其是从与碱金属碳酸盐或碱金属碳酸氢盐或碱金属碳酸盐和碱金属碳酸氢盐混合物的水溶液衍生得到的，在阳极形成的硫酸循环到分解罐中以形成纯的二氧化硫气体。本专利技术的这三种变化方式的优点是，其能使得碱金属/H2O2的摩尔比保持在2.5以下，优选是在1.5以下。另一个优点是，所使用的盐溶液，即碱金属硫酸盐，碱金属亚硫酸盐，和碱金属碳酸盐的水溶液可以用来回收碱金属氢氧化物。本专利技术方法的变化形式的再一个优点是，可以从碱金属亚硫酸盐衍生得到硫酸，可以从碱金属亚硫酸盐衍生得到二氧化硫气体，并且可从碱金属碳酸盐衍生得到二氧化碳气体。在本专利技术的一个优选实施方案中，Na2SO4或K2SO4用作碱金属硫酸盐，NaHSO4或KHSO4作用碱金属硫酸氢盐，Na2SO3或K2CO3用作碱金属亚硫酸盐，NaHSO3或KHSO3用作碱金属亚硫酸氢盐，Na2CO3或K2CO3用作碱金属碳酸盐，NaHCO3或KHCO3用作碱金属碳酸氢盐。按照本专利技术，将碱金属碳酸盐水溶液和/或碱金属碳酸氢盐水溶液供给循环的阴极电解液，并形成了碱金属过碳酸盐水溶液或碱金属过氧化物的混合物的水溶液。按照本专利技术向循环的阴极电解液中加入工艺用水以调节过氧化物终产物的碱性溶液的浓度。按照本专利技术的另一个特征，向循环的阴极电解液中加入工艺用水或碱金属碳酸盐和/或碱金属碳酸氢盐的水溶液，并且所述的水或所述的溶液中含有一种螯合剂或其盐，由此使得杂质与金属离子结合而形成非离子化的整合配位物。按照本专利技术的再一个特征，所述的整合剂为乙二胺四乙酸(EDTA)或其碱金属盐。按照本专利技术，向循环的电解液中加入起始产物溶液，以所希望的方式调节过氧化物终产物的碱性水溶液的浓度。按照本专利技术的再一个特征，向氧扩散阴极供给已预先除去了二氧化碳的空气。按照本专利技术的再一个实施方案，多孔的氧扩散阴极由用聚四氟乙烯和碳黑涂覆的碳织物或无纺织纤维组成。按照本专利技术的另一个特征，用氧离析金属电极或用催化剂涂覆的金属电极作为阳极，在阳极离析出的氧供给氧扩散阴极。按照本专利技术的再一个特征，用贵金属催化剂活化的或是用氧化铅涂覆的钛电极或铅阳极用作氧离析金属电极，例如铱或铂用作活化电极的贵金属。同样按照本专利技术，用氢扩散阳极作为阳极，其由碳织物或无纺织纤维和聚四氟乙烯、碳黑和贵金属组成，并用质子可透过的膜气密覆盖。按照本专利技术的再一个特征，在电池的阳极侧还设有一阴离子交换膜，将含有硫酸和硫酸氢钠的电解液流经位于阳离子交换膜和阴离子交换膜之间的中间室，硫酸流经由阴离子交换膜限定的阳极室，并且部分流体从所述的硫酸中抽出。按照本专利技术的再一个特征，在电池的阳极侧还设有一阳离子交换膜，含有硫酸和硫酸氢钠的电解液流经阳极室，而在阴极室形成的碱金属过氧化物溶液流经两个离子交换膜之间的中间室，由此使得碱金属/H2O2摩尔比降低。按照本专利技术，游离硫酸的浓度维持在0～30％(重量)之间，在含有碱金属硫酸氢盐的电解液中碱金属硫酸盐的浓度维持在1-35％(重量)之间，电流密度调节在0.5/3KA/m2、优选是1～2KA/m2之间，以使得在循环的阴极电解液中碱金属产物溶液的组成维持为每升含有1～5摩尔碱金属，而每升含有0.4～3摩尔的过氧化物。同样按照本专利技术，起始物质为含有碳酸钠的碱金属硫酸盐和/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：埃尔哈德·希尔里希斯，曼弗雷德·克林伯格，乌尔里希·桑德尔，
申请(专利权)人：金属股份公司，
类型：发明
国别省市：