电解亚氯酸钠制备二氧化氯的催化反应动力学研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2024-0308

摘要/Abstract

摘要：

为了开发一种安全、高效、便捷的高纯ClO₂制备新方法，系统考察了双室电解池中不同催化剂对电解NaClO₂制备ClO₂的影响因素及反应动力学规律，并对长期运行下电极的腐蚀情况进行了表征。结果表明，在双室电解池中电解NaClO₂可以制得高纯度ClO₂。最佳反应条件：NaClO₂浓度为0.6 mol/L、NaCl浓度为0.2 mol/L、电流为3 A、反应时间为30 min，此时ClO₂收率和纯度分别可达51.2%和95.1%。反应过程为零级反应，k=13.62 mol/（L·min）。MnO₂催化效果较好，最佳的物质的量比n（MnO₂）/n（NaClO₂）=0.10，此时ClO₂收率和纯度分别可达66.1%和98.1%；催化反应过程依然为零级反应。MnSO₄对制备ClO₂有一定催化作用，但浓度过高会堵塞质子膜降低其收率，MnSO₄的最佳投加浓度为0.05 mol/L，此时ClO₂收率和纯度分别可达56.4%和96.7%。NiSO₄、CoSO₄会堵塞质子交换膜影响质子迁移效率，从而抑制ClO₂生成。XRD、SEM和EDS表征结果表明，长期运行的电极表面会生成TiCl₂，但所用的钛基钌铱合金电极并未明显腐蚀，可以长期使用，其结果对开发ClO₂新的制备方法提供了理论依据。

关键词: 消毒, 二氧化氯, 亚氯酸钠, 电解, 反应动力学

Abstract:

In order to develop a safe，efficient and convenient method for the preparation of high-purity ClO₂，the factors influencing the preparation of ClO₂ from electrolysis of NaClO₂ by examining the influence of different catalysts in a double-compartment electrolytic cell were systematically investigated and the law of reaction kinetics，and the corrosion of the electrodes under long-term operation was characterized.The results showed that high-purity ClO₂ could be prepared by electrolyzing NaClO₂ in a double chamber electrolytic cell.The optimal reaction conditions were NaClO₂ concentration of 0.6 mol/L，NaCl concentration of 0.2 mol/L，current of 3 A，and reaction time of 30 min，at which the ClO₂ yield and purity could reach 51.2% and 95.1%，respectively.The reaction process was a zero-stage reaction，k=13.62 mol/（L·min）.MnO₂ showed better performace，the best substance ratio n（MnO₂）/n（NaClO₂）=0.10，the yield and purity of ClO₂ could reach 66.1% and 98.1%，respectively.The catalytic reaction process was still a zero-stage reaction.MnSO₄ had certain catalytic effect on the preparation of ClO₂，the concentration was too high and block the proton membrane to reduce its yield，the optimal concentration of MnSO₄ was 0.05 mol/L，the yield and purity of ClO₂ could be up to 56.4% and 96.7%，respectively.NiSO₄，CoSO₄ blocked the proton exchange membrane to affect the efficiency of proton migration，which inhibited the generation of ClO₂.The characterization results of XRD，SEM and EDS showed that TiCl₂ was generated on the surface of the electrode for a long period of time，but the titanium-based ruthenium-iridium alloy electrode used did not corrode significantly，and it could be used for a long period of time，and the results provided a theoretical basis for the development of a new method of preparation of ClO₂.

Key words: disinfection, chlorine dioxide, sodium chlorite, electrolysis, reaction kinetics

中图分类号:

TQ124.43

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图/表 7

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