本發(fā)明涉及次氯酸鈉生產(chǎn)的，尤其是涉及一種無(wú)隔膜電解制備次氯酸鈉發(fā)生器陰極材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、無(wú)隔膜電解低濃度的氯化鈉溶液可制備次氯酸鈉。溶液在直流電作用下被電?解，槽內(nèi)陽(yáng)極產(chǎn)生氯氣，陰極產(chǎn)生氫氧化鈉和氫氣，兩種產(chǎn)物接觸并反應(yīng)生成次?氯酸鈉溶液。在無(wú)隔膜的電解池中，用泵將電解液快速地注入兩個(gè)平行的電極板?之間，得到大體積，低濃度的naclo，因?yàn)槟塬@得的次氯酸鹽的最大濃度受限于?副反應(yīng)。目前，大多數(shù)的電解實(shí)驗(yàn)方法都是隔膜法，無(wú)隔膜法卻很少使用，主要是因?yàn)楦裟しㄊ沟秒娊鈱?shí)驗(yàn)產(chǎn)率提高，但是考慮到無(wú)隔膜電解池與隔膜電解池相比會(huì)更加經(jīng)濟(jì)，它具有能夠降低槽電壓，減少能耗，操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

2、不銹鋼陰極材料是指用于電化學(xué)反應(yīng)中的陰極部分，通常由不銹鋼制成，因其優(yōu)異的耐腐蝕性和導(dǎo)電性而被廣泛應(yīng)用于各種電化學(xué)設(shè)備和工業(yè)過(guò)程。不銹鋼的耐腐蝕性主要來(lái)源于其合金元素，如鉻和鎳，這些元素形成的鈍化膜能夠有效防止金屬基體被腐蝕，延長(zhǎng)陰極的使用壽命。但是在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，次氯酸鈉發(fā)生器運(yùn)行一段時(shí)間停機(jī)后，如不及時(shí)排空電解槽內(nèi)的次氯酸鈉溶液，會(huì)造成之后每次開機(jī)時(shí)，電解槽內(nèi)的陰極不銹鋼材料因次氯酸鈉溶液的腐蝕而出現(xiàn)黑水，影響了次氯酸鈉的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了改善上述技術(shù)問題，本技術(shù)提供一種無(wú)隔膜電解制備次氯酸鈉發(fā)生器陰極材料及其制備方法。

2、一種無(wú)隔膜電解制備次氯酸鈉發(fā)生器陰極材料，采用如下的技術(shù)方案：

3、一種無(wú)隔膜電解制備次氯酸鈉發(fā)生器陰極材料，包括三維多孔不銹鋼纖維氈基體和與所述三維多孔不銹鋼纖維氈基體纏結(jié)的碳纖維。

4、通過(guò)上述技術(shù)方案，本技術(shù)以三維多孔不銹鋼纖維氈作為基體，并與碳纖維纏結(jié)，形成了一種新型的復(fù)合結(jié)構(gòu)。三維多孔不銹鋼纖維氈具有優(yōu)良的耐腐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度，能夠在電解過(guò)程中提供穩(wěn)定的支撐。同時(shí)，它的多孔結(jié)構(gòu)可以提供較大的比表面積，使得電解液和電極表面之間的接觸面積增加，從而提高電化學(xué)反應(yīng)的效率。

5、本技術(shù)通過(guò)碳纖維與三維多孔不銹鋼纖維氈纏結(jié)形成穩(wěn)定的材料，同時(shí)碳纖維本身具有較高的電化學(xué)穩(wěn)定性，可以在一定程度上減緩不銹鋼的氧化過(guò)程，改善其耐腐蝕性能。同時(shí)，與碳纖維的結(jié)合進(jìn)一步增強(qiáng)了導(dǎo)電性和增強(qiáng)了電極的強(qiáng)度，確保在高電流密度情況下的穩(wěn)定性。

6、進(jìn)一步的，所述碳纖維直徑為0.1-4.0μm。

7、通過(guò)上述技術(shù)方案，本技術(shù)優(yōu)化了碳纖維的直徑尺寸，該尺寸的碳纖維可以提供更大的比表面積，增加活性位點(diǎn)，進(jìn)而提升電化學(xué)反應(yīng)的速率。此外，較細(xì)的碳纖維能夠在三維基體中形成更為緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)整體強(qiáng)度，減少在高電流密度下的電極損傷風(fēng)險(xiǎn)。這種設(shè)計(jì)使得電極材料在惡劣的電解環(huán)境中保持較高的穩(wěn)定性，提高操作便捷性和安全性。

8、進(jìn)一步的，所述三維多孔不銹鋼纖維氈基體平均孔徑為15-20μm，孔隙率為75-85%。

9、通過(guò)上述技術(shù)方案，本技術(shù)優(yōu)化了三維多孔不銹鋼纖維氈基體的平均孔徑和孔隙率，有助于提高電解液的流動(dòng)性，使反應(yīng)物能夠更好地接觸到電極表面，進(jìn)而提升反應(yīng)速率。優(yōu)化了電極材料的整體性能，確保在長(zhǎng)時(shí)間使用中始終具備穩(wěn)定的反應(yīng)能力，使得次氯酸鈉的生成過(guò)程更加高效和可靠。

10、進(jìn)一步的，所述三維多孔不銹鋼纖維氈基體表面還包覆有耐腐蝕改性層，所述耐腐蝕改性層為碳?xì)饽z包覆層。

11、進(jìn)一步的，所述碳?xì)饽z包覆層采用以下方案制成：

12、取氧化纖維素與去離子水混合并均質(zhì)處理，收集均質(zhì)液并添加碳納米管，攪拌混合并置于超聲波細(xì)胞粉碎儀中，分散處理并收集得分散液；

13、取三維多孔不銹鋼纖維氈基體浸漬于分散液中，待浸漬完成后，將其置于管式爐中，升溫加熱并置于惰性氣體保護(hù)下，碳化處理，即可制備得碳?xì)饽z包覆層。

14、通過(guò)上述技術(shù)方案，本技術(shù)優(yōu)化了三維多孔不銹鋼纖維氈基體的表面結(jié)構(gòu)，通過(guò)在三維多孔不銹鋼纖維氈基體表面包覆耐腐蝕改性層，使其在電解過(guò)程中，特別是在高氯離子環(huán)境下，通過(guò)引入碳?xì)饽z層能夠提供有效的化學(xué)保護(hù)，顯著提高電極的耐腐蝕性，從而延長(zhǎng)其使用壽命。此外，碳?xì)饽z的多孔特性不僅有助于保持良好的導(dǎo)電性能，還能促進(jìn)反應(yīng)物的擴(kuò)散，提高電極的電化學(xué)活性。這種耐腐蝕改性設(shè)計(jì)為陰極材料提供了強(qiáng)有力的保障，使其在苛刻的電解環(huán)境下仍然能穩(wěn)定運(yùn)行，提高次氯酸鈉的生產(chǎn)效率。

15、進(jìn)一步的，所述耐腐蝕改性層為聚苯胺-碳納米管復(fù)合氣凝膠包覆層。

16、進(jìn)一步的，所述聚苯胺-碳納米管復(fù)合氣凝膠包覆層采用以下方案制成：

17、取碳納米管置于去離子水中，超聲分散并添加聚乙烯醇，攪拌混合并收集得分散液；

18、取分散液并添加苯胺單體、過(guò)硫酸銨和質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%鹽酸，攪拌混合并保溫反應(yīng)，收集反應(yīng)液并將三維多孔不銹鋼纖維氈基體浸漬于反應(yīng)液中，待浸漬完成后，液氮冷凍并置于-5℃下低溫聚合，待聚合完成后，解凍樣品并去除雜質(zhì)，真空冷凍干燥，即可制備得聚苯胺-碳納米管復(fù)合氣凝膠包覆層。

19、通過(guò)上述技術(shù)方案，本技術(shù)通過(guò)聚苯胺-碳納米管復(fù)合氣凝膠包覆層的引入，進(jìn)一步提升了陰極材料的性能。聚苯胺作為導(dǎo)電聚合物，具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，而與碳納米管的復(fù)合不僅增強(qiáng)了整體的導(dǎo)電性，還提高了材料的熱穩(wěn)定性和抗氧化性能。這種復(fù)合材料能夠在電化學(xué)反應(yīng)中表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性和效率，尤其是在苛刻的電解環(huán)境中。通過(guò)這種改性，陰極材料能夠更有效地推動(dòng)次氯酸鈉的生成，同時(shí)延長(zhǎng)其使用壽命。

20、進(jìn)一步的，所述苯胺單體、過(guò)硫酸銨和質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%鹽酸的質(zhì)量比為（150-200）：（400-500）：（80-90）。

21、通過(guò)上述技術(shù)方案，本技術(shù)優(yōu)化聚苯胺-碳納米管復(fù)合氣凝膠的合成反應(yīng)條件。通過(guò)合理的質(zhì)量比，確保聚合反應(yīng)的充分性，從而提高材料的電導(dǎo)性和穩(wěn)定性。此外，優(yōu)化反應(yīng)條件有助于提高聚合度和均勻性，使得材料在電化學(xué)反應(yīng)中表現(xiàn)出更好的導(dǎo)電性和耐腐蝕性。

22、綜上所述，本技術(shù)具有以下有益效果：

23、第一、本技術(shù)以三維多孔不銹鋼纖維氈作為基體，并與碳纖維纏結(jié)，形成了一種新型的復(fù)合結(jié)構(gòu)。三維多孔不銹鋼纖維氈具有優(yōu)良的耐腐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度，能夠在電解過(guò)程中提供穩(wěn)定的支撐。同時(shí)，它的多孔結(jié)構(gòu)可以提供較大的比表面積，使得電解液和電極表面之間的接觸面積增加，從而提高電化學(xué)反應(yīng)的效率。

24、本技術(shù)通過(guò)碳纖維與三維多孔不銹鋼纖維氈纏結(jié)形成穩(wěn)定的材料，同時(shí)碳纖維本身具有較高的電化學(xué)穩(wěn)定性，可以在一定程度上減緩不銹鋼的氧化過(guò)程，改善其耐腐蝕性能。同時(shí)，與碳纖維的結(jié)合進(jìn)一步增強(qiáng)了導(dǎo)電性和增強(qiáng)了電極的強(qiáng)度，確保在高電流密度情況下的穩(wěn)定性。

25、第二、本技術(shù)優(yōu)化了三維多孔不銹鋼纖維氈基體的表面結(jié)構(gòu)，通過(guò)在三維多孔不銹鋼纖維氈基體表面包覆耐腐蝕改性層，使其在電解過(guò)程中，特別是在高氯離子環(huán)境下，通過(guò)引入碳?xì)饽z層能夠提供有效的化學(xué)保護(hù)，顯著提高電極的耐腐蝕性，從而延長(zhǎng)其使用壽命。此外，碳?xì)饽z的多孔特性不僅有助于保持良好的導(dǎo)電性能，還能促進(jìn)反應(yīng)物的擴(kuò)散，提高電極的電化學(xué)活性。這種耐腐蝕改性設(shè)計(jì)為陰極材料提供了強(qiáng)有力的保障，使其在苛刻的電解環(huán)境下仍然能穩(wěn)定運(yùn)行，提高次氯酸鈉的生產(chǎn)效率。

26、第三、本技術(shù)通過(guò)聚苯胺-碳納米管復(fù)合氣凝膠包覆層的引入，進(jìn)一步提升了陰極材料的性能。聚苯胺作為導(dǎo)電聚合物，具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，而與碳納米管的復(fù)合不僅增強(qiáng)了整體的導(dǎo)電性，還提高了材料的熱穩(wěn)定性和抗氧化性能。這種復(fù)合材料能夠在電化學(xué)反應(yīng)中表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性和效率，尤其是在苛刻的電解環(huán)境中。通過(guò)這種改性，陰極材料能夠更有效地推動(dòng)次氯酸鈉的生成，同時(shí)延長(zhǎng)其使用壽命。