一种无隔膜电解制备次氯酸钠发生器阴极材料及其制备方法与流程

本发明涉及次氯酸钠生产的，尤其是涉及一种无隔膜电解制备次氯酸钠发生器阴极材料及其制备方法。

背景技术：

1、无隔膜电解低浓度的氯化钠溶液可制备次氯酸钠。溶液在直流电作用下被电 解，槽内阳极产生氯气，阴极产生氢氧化钠和氢气，两种产物接触并反应生成次 氯酸钠溶液。在无隔膜的电解池中，用泵将电解液快速地注入两个平行的电极板 之间，得到大体积，低浓度的naclo，因为能获得的次氯酸盐的最大浓度受限于 副反应。目前，大多数的电解实验方法都是隔膜法，无隔膜法却很少使用，主要是因为隔膜法使得电解实验产率提高，但是考虑到无隔膜电解池与隔膜电解池相比会更加经济，它具有能够降低槽电压，减少能耗，操作简单等优点。

2、不锈钢阴极材料是指用于电化学反应中的阴极部分，通常由不锈钢制成，因其优异的耐腐蚀性和导电性而被广泛应用于各种电化学设备和工业过程。不锈钢的耐腐蚀性主要来源于其合金元素，如铬和镍，这些元素形成的钝化膜能够有效防止金属基体被腐蚀，延长阴极的使用寿命。但是在实际生产过程中，次氯酸钠发生器运行一段时间停机后，如不及时排空电解槽内的次氯酸钠溶液，会造成之后每次开机时，电解槽内的阴极不锈钢材料因次氯酸钠溶液的腐蚀而出现黑水，影响了次氯酸钠的产品质量和生产效率。

技术实现思路

1、为了改善上述技术问题，本技术提供一种无隔膜电解制备次氯酸钠发生器阴极材料及其制备方法。

2、一种无隔膜电解制备次氯酸钠发生器阴极材料，采用如下的技术方案：

3、一种无隔膜电解制备次氯酸钠发生器阴极材料，包括三维多孔不锈钢纤维毡基体和与所述三维多孔不锈钢纤维毡基体缠结的碳纤维。

4、通过上述技术方案，本技术以三维多孔不锈钢纤维毡作为基体，并与碳纤维缠结，形成了一种新型的复合结构。三维多孔不锈钢纤维毡具有优良的耐腐蚀性和机械强度，能够在电解过程中提供稳定的支撑。同时，它的多孔结构可以提供较大的比表面积，使得电解液和电极表面之间的接触面积增加，从而提高电化学反应的效率。

5、本技术通过碳纤维与三维多孔不锈钢纤维毡缠结形成稳定的材料，同时碳纤维本身具有较高的电化学稳定性，可以在一定程度上减缓不锈钢的氧化过程，改善其耐腐蚀性能。同时，与碳纤维的结合进一步增强了导电性和增强了电极的强度，确保在高电流密度情况下的稳定性。

6、进一步的，所述碳纤维直径为0.1-4.0μm。

7、通过上述技术方案，本技术优化了碳纤维的直径尺寸，该尺寸的碳纤维可以提供更大的比表面积，增加活性位点，进而提升电化学反应的速率。此外，较细的碳纤维能够在三维基体中形成更为紧密的网络结构，增强整体强度，减少在高电流密度下的电极损伤风险。这种设计使得电极材料在恶劣的电解环境中保持较高的稳定性，提高操作便捷性和安全性。

8、进一步的，所述三维多孔不锈钢纤维毡基体平均孔径为15-20μm，孔隙率为75-85%。

9、通过上述技术方案，本技术优化了三维多孔不锈钢纤维毡基体的平均孔径和孔隙率，有助于提高电解液的流动性，使反应物能够更好地接触到电极表面，进而提升反应速率。优化了电极材料的整体性能，确保在长时间使用中始终具备稳定的反应能力，使得次氯酸钠的生成过程更加高效和可靠。

10、进一步的，所述三维多孔不锈钢纤维毡基体表面还包覆有耐腐蚀改性层，所述耐腐蚀改性层为碳气凝胶包覆层。

11、进一步的，所述碳气凝胶包覆层采用以下方案制成：

12、取氧化纤维素与去离子水混合并均质处理，收集均质液并添加碳纳米管，搅拌混合并置于超声波细胞粉碎仪中，分散处理并收集得分散液；

13、取三维多孔不锈钢纤维毡基体浸渍于分散液中，待浸渍完成后，将其置于管式炉中，升温加热并置于惰性气体保护下，碳化处理，即可制备得碳气凝胶包覆层。

14、通过上述技术方案，本技术优化了三维多孔不锈钢纤维毡基体的表面结构，通过在三维多孔不锈钢纤维毡基体表面包覆耐腐蚀改性层，使其在电解过程中，特别是在高氯离子环境下，通过引入碳气凝胶层能够提供有效的化学保护，显著提高电极的耐腐蚀性，从而延长其使用寿命。此外，碳气凝胶的多孔特性不仅有助于保持良好的导电性能，还能促进反应物的扩散，提高电极的电化学活性。这种耐腐蚀改性设计为阴极材料提供了强有力的保障，使其在苛刻的电解环境下仍然能稳定运行，提高次氯酸钠的生产效率。

15、进一步的，所述耐腐蚀改性层为聚苯胺-碳纳米管复合气凝胶包覆层。

16、进一步的，所述聚苯胺-碳纳米管复合气凝胶包覆层采用以下方案制成：

17、取碳纳米管置于去离子水中，超声分散并添加聚乙烯醇，搅拌混合并收集得分散液；

18、取分散液并添加苯胺单体、过硫酸铵和质量分数8%盐酸，搅拌混合并保温反应，收集反应液并将三维多孔不锈钢纤维毡基体浸渍于反应液中，待浸渍完成后，液氮冷冻并置于-5℃下低温聚合，待聚合完成后，解冻样品并去除杂质，真空冷冻干燥，即可制备得聚苯胺-碳纳米管复合气凝胶包覆层。

19、通过上述技术方案，本技术通过聚苯胺-碳纳米管复合气凝胶包覆层的引入，进一步提升了阴极材料的性能。聚苯胺作为导电聚合物，具有优异的导电性，而与碳纳米管的复合不仅增强了整体的导电性，还提高了材料的热稳定性和抗氧化性能。这种复合材料能够在电化学反应中表现出更高的稳定性和效率，尤其是在苛刻的电解环境中。通过这种改性，阴极材料能够更有效地推动次氯酸钠的生成，同时延长其使用寿命。

20、进一步的，所述苯胺单体、过硫酸铵和质量分数8%盐酸的质量比为（150-200）：（400-500）：（80-90）。

21、通过上述技术方案，本技术优化聚苯胺-碳纳米管复合气凝胶的合成反应条件。通过合理的质量比，确保聚合反应的充分性，从而提高材料的电导性和稳定性。此外，优化反应条件有助于提高聚合度和均匀性，使得材料在电化学反应中表现出更好的导电性和耐腐蚀性。

22、综上所述，本技术具有以下有益效果：

23、第一、本技术以三维多孔不锈钢纤维毡作为基体，并与碳纤维缠结，形成了一种新型的复合结构。三维多孔不锈钢纤维毡具有优良的耐腐蚀性和机械强度，能够在电解过程中提供稳定的支撑。同时，它的多孔结构可以提供较大的比表面积，使得电解液和电极表面之间的接触面积增加，从而提高电化学反应的效率。

24、本技术通过碳纤维与三维多孔不锈钢纤维毡缠结形成稳定的材料，同时碳纤维本身具有较高的电化学稳定性，可以在一定程度上减缓不锈钢的氧化过程，改善其耐腐蚀性能。同时，与碳纤维的结合进一步增强了导电性和增强了电极的强度，确保在高电流密度情况下的稳定性。

25、第二、本技术优化了三维多孔不锈钢纤维毡基体的表面结构，通过在三维多孔不锈钢纤维毡基体表面包覆耐腐蚀改性层，使其在电解过程中，特别是在高氯离子环境下，通过引入碳气凝胶层能够提供有效的化学保护，显著提高电极的耐腐蚀性，从而延长其使用寿命。此外，碳气凝胶的多孔特性不仅有助于保持良好的导电性能，还能促进反应物的扩散，提高电极的电化学活性。这种耐腐蚀改性设计为阴极材料提供了强有力的保障，使其在苛刻的电解环境下仍然能稳定运行，提高次氯酸钠的生产效率。

26、第三、本技术通过聚苯胺-碳纳米管复合气凝胶包覆层的引入，进一步提升了阴极材料的性能。聚苯胺作为导电聚合物，具有优异的导电性，而与碳纳米管的复合不仅增强了整体的导电性，还提高了材料的热稳定性和抗氧化性能。这种复合材料能够在电化学反应中表现出更高的稳定性和效率，尤其是在苛刻的电解环境中。通过这种改性，阴极材料能够更有效地推动次氯酸钠的生成，同时延长其使用寿命。