張亞齋， 張東紅， 張星辰

（1.承德民族師專 化學系,河北 承德 067000 2.石家莊學院 化工學院,河北 石家莊 050035)

SPE夾心電極電解性能的研究

張亞齋1， 張東紅2， 張星辰2

（1.承德民族師專 化學系,河北 承德 067000 2.石家莊學院 化工學院,河北 石家莊 050035)

新型SPE夾心電極比普通SPE電極制備工藝簡單、易操作、機械強度高、成本低，解決了金屬粉易脫落問題，延長使用壽命；為綠色電化學走出實驗室實現(xiàn)工業(yè)化提供了一種可行性方法，本文就它的電解性能進行了研究證明了新型SPE夾心電極的電解性能優(yōu)于傳統(tǒng)的電解方式。

SPE夾心電極；電解性能；綠色化學

1 實驗基本原理

SPE膜既是膜又能起到代替?zhèn)鹘y(tǒng)電解法中的電解質(zhì)的作用，電解過程中膜起到了傳輸正電荷粒子的作用，將電荷直接給到電極，電極反應就發(fā)生在金屬、SPE膜和有機相界面及其附近，電解液只提供反應物和容納產(chǎn)物，電流并不流經(jīng)電解質(zhì)溶液，因此，電解反應不受電解質(zhì)溶液的導電性能的影響。本文由陰陽電極版經(jīng)過潔凈度處理之后通過一定的方式將均相陽離子交換膜復合在一起組成新型的SPE電極，本實驗初步測試一下此電極的電解性能。

2 實驗儀器與藥品一覽表

儀器與藥品 規(guī)格 廠家DSA陽極板 12*20 蘇州市鉑瑞工業(yè)材料科技有限公司高純鉛板 高純＞99.9% 不詳氯化鈉 分析純 天津市佳興化工玻璃儀器工貿(mào)有限公司自制電解槽 隔膜式 自制直流穩(wěn)壓電源 WYJ-15型 中華人民共和國成都元件廠均相陽離子交換膜 均相 浙江千秋環(huán)保水處理有限公司

3 實驗內(nèi)容

3.1 電解蒸餾水

在新型SPE夾心電極電解槽中，恒電流電解蒸餾水，槽電壓3.5V，隨時間不變化。在普通電解槽中，恒電流電解蒸餾水，開始槽電壓9.1V，為了保持電流不變，不斷加入氯化鈉，同時隨氯化鈉的加入，導電性增強，槽電壓逐漸降低，當加入6次氯化鈉（6g）時，槽電壓與新型SPE夾心電極電解槽的槽電壓基本相同，結果如表1所示。

表1 氯化鈉加入次數(shù)對普通電解槽電解蒸餾水槽電壓的影響

圖1

在新型SPE夾心電極電解槽中，恒電壓電解蒸餾水，電解電流1.09A，隨時間不變化。在普通電解槽中，恒電壓電解蒸餾水，開始電解電流0.10A，隨著不斷加入氯化鈉，電解電流升高，當加入6次氯化鈉（6g）時，電解電流與新型SPE夾心電極電解槽的電解電流基本相同，結果如表2所示。

表2 氯化鈉加入次數(shù)對普通電解槽電解蒸餾水電流的影響

圖2

以上結果表明在新型SPE夾心電極電解槽中恒電流、恒電壓電解蒸餾水時，雖然不加電解質(zhì)，仍能正常電解，且電壓、電流保持不變。普通電解法，電解電流、電壓受電解質(zhì)溶液濃度和反應物濃度的影響，只有加入大量電解質(zhì)（6g氯化鈉）才和新型SPE夾心電極電解槽的電解電流電壓相當。

3.2 電解氯化鈉溶液

圖3 電解氯化鈉溶液電流效率隨電解時間的變化

由圖3知：比較舒緩的曲線C為新型SPE夾心電極的電流效率曲線，陡峭的曲線B為普通電極的電流效率曲線；在60min以前普通電流效率大于SPE夾心電極的電流效率，隨著電解的進行溶液中氯化鈉濃度減小，普通電解法電流效率下降較快，SPE夾心電極電解法電流效率下降較慢，60min以后后者的電流效率超過前者。SPE夾心電極的電流效率緩慢下降的原因是由于支持電解質(zhì)硫酸擴散到溶液中造成的，經(jīng)檢測溶液中含有少量的硫酸根，但與普通電極相比仍有明顯優(yōu)勢，若在導電膠中用不擴散電解質(zhì)，完全可以克服電流效率下降問題。

3.3 SPE夾心電極電解葡萄糖

在室溫條件下，分別選取0.3mol/L的葡萄糖溶液兩份，一份置于普通的隔膜電解槽中（非SPE夾心電極）的陰極室，另加氫氧化鈉調(diào)節(jié)PH=10，1mol/L的硫酸鈉做支持電解質(zhì)，另一份至于自制的SPE夾心電極的隔膜電解槽中，另加氫氧化鈉調(diào)節(jié)PH=10，都選用鉛板電極做陰極版DSA陽極作陽極板，同時電解得到：非SPE夾心電極電解的葡萄糖轉化率僅有24.6%，SPE夾心電極電解的葡萄糖轉化率超過50%，轉化率和電流效率提高了一倍。見表3：

表3 SPE夾心電極與非SPE電解葡萄糖的性能比較

由以上可得出如下結論：

（1）通過電解水、氯化鈉、葡萄糖與常規(guī)電解進行比較，新型SPE夾心電極電解法反應體系不需要支持電解質(zhì)。

（2）新型SPE夾心電極電解葡萄糖比非SPE電解葡萄糖，電流效率高，產(chǎn)率高。

（3）新型SPE夾心電極與普通SPE電極：制備工藝簡單、易操作、機械強度高、成本低，解決了金屬粉易脫落問題，延長使用壽命；為綠色電化學走出實驗室實現(xiàn)工業(yè)化提供了一種可行性方法。

[1]顧登平，張星辰.有機電合成[M].石家莊:河北教育出版社.

[2]張學偉.質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極的研究[D].中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫,2007.

[3]張揚健.SPE電解池和再生燃料電池膜電極研究[D].中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫，2007.

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1005-1554（2010）02-0039-02

2010-02-12

張亞齋（1981-），女，河北保定人，承德民族師?；瘜W系講師。