1. Elektrodas
Anodas
Anodas ir katodas atlieka skirtingas funkcijas ir turi skirtingus medžiagų reikalavimus.
Skirstoma į dvi kategorijas: tirpus ir netirpis. Variui rafinuoti skirtose elektrolitinėse ląstelėse anodo medžiaga yra tirpus varis, kurį reikia rafinuoti. Jis ištirpsta tirpale elektrolizės metu, kad papildytų varį, kuris išeina iš tirpalo prie katodo. Vandeniniams tirpalams (pavyzdžiui, druskos vandens tirpalams) elektrolizuoti naudojamuose elektrolitiniuose elementuose anodai yra netirpūs ir elektrolizės proceso metu iš esmės nesikeičia, tačiau dažnai turi katalizinį poveikį elektrodo paviršiuje vykstančioms anodo reakcijoms. Chemijos pramonėje dažniausiai naudojami netirpūs anodai.
Anodo medžiagos, be pagrindinių bendrųjų elektrodų medžiagų reikalavimų (pvz., laidumo, katalizinio aktyvumo stiprumo, apdorojimo, šaltinio, kainos), turi būti netirpios ir nepasyvuotos stiprioje anodinėje poliarizacijoje ir aukštesnės temperatūros anolituose. , su dideliu stabilumu. Grafitas jau seniai buvo plačiausiai naudojama anodo medžiaga. Tačiau grafitas yra akytas, silpnas mechaninis stiprumas ir lengvai oksiduojamas į anglies dioksidą. Elektrolizės proceso metu jis nuolat rūdija ir nulupamas, todėl elektrodo atstumas palaipsniui didėja, o elementų įtampa didėja. Kai naudojamas druskos vandens tirpalo elektrolizei, chloro išsiskyrimo ant grafito elektrodo potencialas taip pat yra didelis.
Metalo oksido elektrodas, gautas padengus rutenio oksidą ir titano oksidą ant titano pagrindo, septintajame dešimtmetyje pasiūlė H. Beer, buvo pagrindinė anodo medžiagų naujovė. Rutenio dioksidas turi gerą katalizinį aktyvumą tam tikroms anodo reakcijoms, tokioms kaip chloro išsiskyrimas ir deguonies išsiskyrimas, ir gali veikti esant dideliam srovės tankiui, esant santykinai žemai elementų įtampai. Išskirtinis bruožas yra tai, kad jis turi gerą cheminį stabilumą ir jo tarnavimo laikas yra daug ilgesnis nei grafito anodų. Pavyzdžiui, chloro šarmų gamyboje naudojamuose diafragminiuose elektrolizatoriuose jų tarnavimo laikas gali siekti daugiau nei 10 metų. Kadangi jis nėra lengvas korozijai ir yra stabilus pagal matmenis, jis vadinamas stabiliu matmenų anodu. Siekiant prisitaikyti prie skirtingų reikalavimų ir naudojimo būdų, į dangą galima pridėti kitų komponentų. Pavyzdžiui, alavo ir iridžio pridėjimas gali padidinti deguonies potencialą ir pagerinti anodo selektyvumą. Platinos pridėjimas gali pagerinti elektrodo stabilumą. Šiuo metu chemijos pramonėje plačiai reklamuojami tauriaisiais metalais dengti metalo anodai.
Išlydytos druskos elektrolizatoriuose, kadangi elektrolizės temperatūra yra daug aukštesnė nei vandeninio tirpalo elektrolizatoriuose, anodo medžiagoms keliami griežtesni reikalavimai. Išlydyto natrio hidroksido elektrolizei dažniausiai naudojamas plienas, nikelis ir jų lydiniai. Išlydyto chlorido elektrolizei galima naudoti tik grafitą.
Katodas
Kai metalas arba lydinys naudojamas kaip katodas, kadangi jis veikia esant santykinai neigiamam potencialui, jis dažnai gali atlikti katodinės apsaugos vaidmenį ir yra mažiau korozinis, todėl katodo medžiagą lengviau pasirinkti. Vandeniniame elektrolitiniame elemente katodas paprastai sukelia vandenilio išsiskyrimo reakciją ir turi didelį potencialą. Todėl pagrindinė katodinių medžiagų tobulinimo kryptis yra sumažinti vandenilio išsiskyrimo potencialą. Išskyrus atvejus, kai kaip elektrolitą naudojama sieros rūgštis, kaip katodas turi būti naudojamas švinas arba grafitas, mažai anglies turintis plienas yra dažniausiai naudojama katodo medžiaga. Siekiant sumažinti energijos suvartojimą, šiuo metu naudojami įvairūs metodai, skirti didelio specifinio paviršiaus ploto ir katalizinio aktyvumo katodams ruošti, pavyzdžiui, akytieji nikeliuoti katodai.
Siekiant pagerinti gaminio kokybę, taip pat gali būti naudojamos specialios katodinės medžiagos. Pavyzdžiui, gyvsidabrio katode, naudojamame druskos vandens tirpalui elektrolizuoti, kad būtų gauta kaustinė soda naudojant gyvsidabrio metodą, didelis vandenilio išsiskyrimo iš gyvsidabrio potencialas naudojamas natrio jonams išleisti, kad susidarytų natrio amalgama, kuri vėliau naudojama specialioje įranga, natrio amalgama skaidoma vandeniu, kad būtų paruoštas didelio grynumo, didelės koncentracijos šarmo tirpalas. Be to, siekiant taupyti elektros energiją, deguonį sunaudojantis katodas taip pat gali būti naudojamas deguoniui katode sumažinti, kad pakeistų vandenilio išsiskyrimo reakciją. Remiantis teoriniais skaičiavimais, elemento įtampa gali būti sumažinta 1,23 V.
2. Diafragma
Siekiant išvengti katodo ir anodo produktų maišymosi ir išvengti galimų kenksmingų reakcijų, elektrolitinėse ląstelėse katodo ir anodo kameroms atskirti iš esmės naudojamos diafragmos. Diafragma turi turėti tam tikrą poringumą, kad jonai galėtų prasiskverbti, neleisdami praeiti molekulėms ar burbulams. Srovei tekant per diafragmą, diafragmos ominės įtampos kritimas turi būti mažas. Šie eksploatacinių savybių reikalavimai iš esmės nesikeičia naudojimo metu ir jiems reikalingas geras cheminis stabilumas ir mechaninis stiprumas, veikiant elektrolitams katodo ir anodo kamerose. Elektrolizuojant vandenį katodo ir anodo kamerose esantys elektrolitai yra vienodi. Elektrolizės elemento diafragmai tereikia atskirti katodo ir anodo kameras, kad būtų užtikrintas vandenilio ir deguonies grynumas ir išvengta sprogimų, kuriuos sukelia vandenilio ir deguonies maišymas. Dažnesnė ir sudėtingesnė situacija yra ta, kad elektrolito elemento katodo ir anodo kamerose elektrolitų sudėtis skiriasi. Šiuo metu diafragma taip pat turi užkirsti kelią elektrolitinių produktų tarpusavio difuzijai ir sąveikai katodo ir anodo kamerų elektrolituose. Pavyzdžiui, diafragma diafragmos elektrolizės elemente gaminant chloro šarmą gali padidinti hidroksido jonų iš katodo kameros į anodo kamerą atsparumą.
Diafragmos yra pagamintos iš inertinių medžiagų, tokių kaip asbesto diafragmos, ilgai naudojamos chloro ir šarmų pramonėje. Tačiau asbesto separatorių veikimas yra nestabilus. Kai sūryme yra kalcio ir magnio priemaišų, separatoriuje lengvai susidaro hidroksido nuosėdos, todėl sumažėja pralaidumas. Esant santykinai aukštai temperatūrai ir veikiant elektrolitui, gali atsirasti patinimas ir atsipalaidavimas. Nusiimk. Šiuo tikslu prie asbesto kaip sutvirtinančios medžiagos gali būti dedama derva arba gali būti pagaminta mikroporinė membrana, kurios pagrindinis korpusas yra derva, o tai gali labai pagerinti stabilumą ir mechaninį stiprumą. Pastaraisiais metais chloro ir šarmų gamyboje sukurta katijonų mainų membrana yra naujo tipo membraninė medžiaga. Jis turi selektyvumą jonų prasiskverbimui, kuris iš esmės gali užkirsti kelią chlorido jonams patekti į katodo kamerą, kad būtų galima pagaminti šarminį tirpalą, kuriame yra ypač mažai natrio chlorido.