Электрохимическое производство гипохлорита натрия

Гипохлорит натрия NaClO – окислитель.

Применение:

отбеливатель в текстильной и целлюлозно-бумажной промышленности;

раствор 6-8 г/л – для очистки сточных вод и питьевой воды, для дезинфекции насосных станций, плавательных бассейнов и т.п.;

раствор 0,3-0,4 г/л – в пищевой промышленности, в сыроваренной;

раствор 0,3-0,5 г/л – в медицине как антисептик;

окислитель в металлургии цветных металлов.

Получение: электролиз раствора NaCl без диафрагмы.

Процессы:

Анод: Cl^- + H₂O→ClO^- + 2H⁺ + 2e^-

2Cl^- -2e^- →Cl₂ , затем Cl₂ ­+2NaOH→ NaClO + H₂O + NaCl

Катод: 2 H₂O +2e→Н₂ +2ОН^-

ClO^- +2 Н₂ → Cl^{- +} H₂O – побочный процесс уменьшает выход по току ClO^-

∑₁: NaCl +H₂O→NaClO+Н₂

∑₂:2NaCl+2H₂O→2NaOH+Cl2+Н2

Гипохлорит натрия диссоциирует NaClO→Na⁺ +ClO^- и ClO^- может вступать в побочные реакции окисления:

6 ClO^- +3 H₂O-6e^- →2 ClO₃^-+6H⁺+4Cl^-+3/2О₂

Данный процесс протекает при менее электроположительном потенциале, чем кривая разряда Cl^-, поэтому по мере накопления ClO^- реакция будет протекать интенсивнее.

Поэтому:

1. Электролиз нужно вести с min перенапряжением выделения хлора и невысокой С_ClO^- в прианодном слое, без перемешивания. Отсутствие перемешивания благоприятствует образованию ClO^-, т.к. затрудняется подход ClO^- к электродам.

2. Для устранения побочных процессов электролизу подвергают нейтральные растворы (рН=7). Если рН>7 на аноде усиливается выделение О₂. Если рН<7(свободная HCl): образуется хлорноватистая кислота NaClO+ HCl → HClО+ NaCl которая окисляет NaClO до хлората:

NaClO+2 HClО → NaClO₃ +2 HCl

3. Для предотвращения восстановления ClO^- на катоде (ClO^- +2 Н₂ → Cl^{- +} H₂O) в раствор вводят добавки, которые образуют на катоде пленки, препятствующие соприкосновению ClO^- с катодом.

Na₂Cr₂O₇ – 4-10г/л, но дает окрашенные растворы соли кальция; H₃BO₃

Добавки также смещают потенциал восстановления ClO^- в электроотрицательную сторону.

К: вентильные металлы + оксиды платины + оксиды Ca, Mg, Sr, Ba, Zn, Cr.

Пленка: δ≈10^-3-10^-4 мкм с пористостью 85%

Или неэл. Материала ПТФЭ, оксидов Ti, Nb.

4. Повышение плотности тока благоприятно сказывается на получении NaClO. Зависит от материала анода.

Для графита і=1,4кА/м²

ОРТА і=1,5-2кА/м²

5. Т=20-25 ^оС

Повышение температуры снижает выход по току NaClO, т.к. увеличивается выход по току кислорода за счет уменьшения перенапряжения выделения кислорода.

Электролизеры:

С горизонтальным и вертикальным расположением электродов.

Лучшие результаты с горизонтальным расположением: катод над анодом:

более плотная щелочь равномерно опускается, навстречу ей поднимается Cl₂ и продукты его гидролиза;

H₂ поднимается с катода вверх и не перемешивает раствор.

В средней части образуется зона нейтрализации.

Вт(NaClO)≈86% при концентрации активного хлора 15г/л.

Электролиз периодического действия. Готовый раствор сливают, электролизер заполняют свежей порцией исходного раствора. Исходный очищенный раствор NaCl с концентрацией 150-160 г/л.

Области применения гипохлорита натрия

Водный раствор гипохлорита натрия, обладая высокой бактерицидной активностью и окислительным действием, находит широкое применение в различных отраслях человеческой деятельности. Технический гипохлорит натрия (6-8 г/л) является наиболее предпочтительным реагентом на стадии предварительного окисления и для стерилизации воды перед подачей ее в распределительную сеть, для дезинфекции насосных станций и водонапорных башен, канализации, вспомогательных устройств, дезинфекции воды плавательных бассейнов и прудов, для разрушения животных и растительных микроорганизмов, устранения запахов (особенно образующихся из серосодержащих веществ), обезвреживания промышленных стоков, например, от цианистых соединений. Гипохлорит натрия (0,3-0,4 г/л) находит широкое применение в пищевой промышленности для дезинфекции с целью уничтожения ракообразных и моллюсков, для борьбы против бактериофагов в сыроваренной промышленности, для дезинфекции резервуаров, загонов для скота, входит в составы синтетических моющих средств, используемых в бытовой химии. В медицине гипохлорит натрия (0,3-0,5 г/л) применяют как антисептический раствор для орошения инфицированных ран, в стоматологии – для обработки корневых каналов.