張亞齋， 張東紅， 張星辰

（1.承德民族師專 化學(xué)系,河北 承德 067000 2.石家莊學(xué)院 化工學(xué)院,河北 石家莊 050035)

SPE夾心電極電解性能的研究

張亞齋1， 張東紅2， 張星辰2

（1.承德民族師專 化學(xué)系,河北 承德 067000 2.石家莊學(xué)院 化工學(xué)院,河北 石家莊 050035)

新型SPE夾心電極比普通SPE電極制備工藝簡(jiǎn)單、易操作、機(jī)械強(qiáng)度高、成本低，解決了金屬粉易脫落問題，延長(zhǎng)使用壽命；為綠色電化學(xué)走出實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)工業(yè)化提供了一種可行性方法，本文就它的電解性能進(jìn)行了研究證明了新型SPE夾心電極的電解性能優(yōu)于傳統(tǒng)的電解方式。

SPE夾心電極；電解性能；綠色化學(xué)

1 實(shí)驗(yàn)基本原理

SPE膜既是膜又能起到代替?zhèn)鹘y(tǒng)電解法中的電解質(zhì)的作用，電解過程中膜起到了傳輸正電荷粒子的作用，將電荷直接給到電極，電極反應(yīng)就發(fā)生在金屬、SPE膜和有機(jī)相界面及其附近，電解液只提供反應(yīng)物和容納產(chǎn)物，電流并不流經(jīng)電解質(zhì)溶液，因此，電解反應(yīng)不受電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電性能的影響。本文由陰陽電極版經(jīng)過潔凈度處理之后通過一定的方式將均相陽離子交換膜復(fù)合在一起組成新型的SPE電極，本實(shí)驗(yàn)初步測(cè)試一下此電極的電解性能。

2 實(shí)驗(yàn)儀器與藥品一覽表

儀器與藥品 規(guī)格 廠家DSA陽極板 12*20 蘇州市鉑瑞工業(yè)材料科技有限公司高純鉛板 高純＞99.9% 不詳氯化鈉 分析純 天津市佳興化工玻璃儀器工貿(mào)有限公司自制電解槽 隔膜式 自制直流穩(wěn)壓電源 WYJ-15型 中華人民共和國(guó)成都元件廠均相陽離子交換膜 均相 浙江千秋環(huán)保水處理有限公司

3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

3.1 電解蒸餾水

在新型SPE夾心電極電解槽中，恒電流電解蒸餾水，槽電壓3.5V，隨時(shí)間不變化。在普通電解槽中，恒電流電解蒸餾水，開始槽電壓9.1V，為了保持電流不變，不斷加入氯化鈉，同時(shí)隨氯化鈉的加入，導(dǎo)電性增強(qiáng)，槽電壓逐漸降低，當(dāng)加入6次氯化鈉（6g）時(shí)，槽電壓與新型SPE夾心電極電解槽的槽電壓基本相同，結(jié)果如表1所示。

表1 氯化鈉加入次數(shù)對(duì)普通電解槽電解蒸餾水槽電壓的影響

圖1

在新型SPE夾心電極電解槽中，恒電壓電解蒸餾水，電解電流1.09A，隨時(shí)間不變化。在普通電解槽中，恒電壓電解蒸餾水，開始電解電流0.10A，隨著不斷加入氯化鈉，電解電流升高，當(dāng)加入6次氯化鈉（6g）時(shí)，電解電流與新型SPE夾心電極電解槽的電解電流基本相同，結(jié)果如表2所示。

表2 氯化鈉加入次數(shù)對(duì)普通電解槽電解蒸餾水電流的影響

圖2

以上結(jié)果表明在新型SPE夾心電極電解槽中恒電流、恒電壓電解蒸餾水時(shí)，雖然不加電解質(zhì)，仍能正常電解，且電壓、電流保持不變。普通電解法，電解電流、電壓受電解質(zhì)溶液濃度和反應(yīng)物濃度的影響，只有加入大量電解質(zhì)（6g氯化鈉）才和新型SPE夾心電極電解槽的電解電流電壓相當(dāng)。

3.2 電解氯化鈉溶液

圖3 電解氯化鈉溶液電流效率隨電解時(shí)間的變化

由圖3知：比較舒緩的曲線C為新型SPE夾心電極的電流效率曲線，陡峭的曲線B為普通電極的電流效率曲線；在60min以前普通電流效率大于SPE夾心電極的電流效率，隨著電解的進(jìn)行溶液中氯化鈉濃度減小，普通電解法電流效率下降較快，SPE夾心電極電解法電流效率下降較慢，60min以后后者的電流效率超過前者。SPE夾心電極的電流效率緩慢下降的原因是由于支持電解質(zhì)硫酸擴(kuò)散到溶液中造成的，經(jīng)檢測(cè)溶液中含有少量的硫酸根，但與普通電極相比仍有明顯優(yōu)勢(shì)，若在導(dǎo)電膠中用不擴(kuò)散電解質(zhì)，完全可以克服電流效率下降問題。

3.3 SPE夾心電極電解葡萄糖

在室溫條件下，分別選取0.3mol/L的葡萄糖溶液兩份，一份置于普通的隔膜電解槽中（非SPE夾心電極）的陰極室，另加氫氧化鈉調(diào)節(jié)PH=10，1mol/L的硫酸鈉做支持電解質(zhì)，另一份至于自制的SPE夾心電極的隔膜電解槽中，另加氫氧化鈉調(diào)節(jié)PH=10，都選用鉛板電極做陰極版DSA陽極作陽極板，同時(shí)電解得到：非SPE夾心電極電解的葡萄糖轉(zhuǎn)化率僅有24.6%，SPE夾心電極電解的葡萄糖轉(zhuǎn)化率超過50%，轉(zhuǎn)化率和電流效率提高了一倍。見表3：

表3 SPE夾心電極與非SPE電解葡萄糖的性能比較

由以上可得出如下結(jié)論：

（1）通過電解水、氯化鈉、葡萄糖與常規(guī)電解進(jìn)行比較，新型SPE夾心電極電解法反應(yīng)體系不需要支持電解質(zhì)。

（2）新型SPE夾心電極電解葡萄糖比非SPE電解葡萄糖，電流效率高，產(chǎn)率高。

（3）新型SPE夾心電極與普通SPE電極：制備工藝簡(jiǎn)單、易操作、機(jī)械強(qiáng)度高、成本低，解決了金屬粉易脫落問題，延長(zhǎng)使用壽命；為綠色電化學(xué)走出實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)工業(yè)化提供了一種可行性方法。

[1]顧登平，張星辰.有機(jī)電合成[M].石家莊:河北教育出版社.

[2]張學(xué)偉.質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極的研究[D].中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù),2007.

[3]張揚(yáng)健.SPE電解池和再生燃料電池膜電極研究[D].中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)，2007.

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A

1005-1554（2010）02-0039-02

2010-02-12

張亞齋（1981-），女，河北保定人，承德民族師專化學(xué)系講師。