Co to jest elektroliza membrany?

Elektroliza membrany odnosi się do ustawienia membrany między anodą a katodą w celu oddzielenia produktów katody i anody. Separator jest porowatą warstwą przepuszczalną, która nie utrudnia migracji jonów i przepływu prądu oraz sprawia, że ​​przepływają one do katody z określoną prędkością, ale może zapobiegać dyfuzji OH- do anody i mechanicznemu mieszaniu między produkty katodowe i anodowe.

Obecnie w przemyśle coraz częściej stosuje się elektrolizery z membraną pionową. Anoda wykonana jest z grafitu lub metalu, a katoda z drutu kolczastego lub perforowanej płyty żelaznej. Po doprowadzeniu prądu stałego do elektrolizy, część jonów chlorkowych w roztworze solanki traci elektrony na anodzie, aby wytworzyć gazowy chlor i uciec. Pozostałe jony sodu w roztworze anodowym wraz z roztworem migrują do katody i wpływają do elektrolitu katody, gdzie jony wodorowe uzyskują elektrony na katodzie, aby wytworzyć wodór i uciec z komory katodowej elektrolizera. Ze względu na ciągłe odprowadzanie jonów wodorowych uwalniany jest gazowy wodór, co dodatkowo sprzyja jonizacji wody. Pozostałe jony wodorotlenkowe i jony sodu w roztworze tworzą roztwór alkaliczny, który jest w sposób ciągły odprowadzany z ogniwa elektrolitycznego razem z nieelektrolizowanym roztworem chlorku sodu. Świeża solanka jest w sposób ciągły uzupełniana i produkowana w komorze anodowej elektrolizera.

Ponieważ technologia elektrolizy membranowej jest szeroko stosowana w przemyśle chloro-alkalicznym, najnowszy proces wytwarzania alkaliów, metoda elektrolizy membranowej jonowymiennej, stanowi przykład ilustrujący jego zasadę. Membrana kationowymienna jest używana do oddzielenia komór katodowych i anodowych ogniwa elektrolitycznego w celu utworzenia dwukomorowego ogniwa elektrolitycznego. Do komory anodowej wprowadza się nasycony roztwór NaCl, a do komory katodowej wodę destylowaną. Pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego prądu stałego anoda wytwarza gazowy chlor, a katoda wytwarza gazowy wodór. Ponieważ ustalona grupa (R-SO-3-) membrany kationowymiennej jest naładowana ujemnie, przyciąga przeciwne ładunki jonów Na plus w roztworze, w wyniku czego tylko jony Na plus mogą przejść przez , podczas gdy jony Cl- są odpychane, więc jony Na plus Przemieszczając się do przedziału katodowego, łączą się z OH- tworząc NaOH. Główną reakcją elektrody jest:

W przedziale anodowym:

NaCl==Na plus plus Cl - (1)

2Cl==Cl2 plus 2e (2)

W przedziale katodowym:

H2O==H plus plus OH - (3)

2H plus plus 2e ==H2 (4)

Na plus plus OH-==NaOH (5)

Powyższe dotyczy zasady stosowania membrany jonowymiennej do elektrolizy słonej wody w celu wytworzenia alkaliów.

Reakcje elektrodowe są na ogół reakcjami redukcji, które zachodzą na katodzie w przedziale katodowym, a reakcje utleniania, takie jak uwalnianie Cl2, zachodzą na anodzie w przedziale anodowym.