Skip to main content
SUPERVISOR
Ezatoallah Jodaki,Ahmad Moheb
عزت اله جودکی (استاد راهنما) احمد محب (استاد راهنما)
 
STUDENT
Meysam Soleymani
میثم سلیمانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1385

TITLE

Manufacture & evaluating of gas diffusion electrode for use in advanced chlor-alkali cell
Today the electrochemical chlor-alkali process is the most common method for simultaneous production of chlorine gas and caustic solution, which accomplishes by three methods of mercury process, diaphragm process and membrane process. Among these the membrane chlor-alkali technology is the most economical and environmental friendly method. Therefore other methods will be forced to change to membrane process in future. However the membrane chlor-alkali process is one of the most expensive processes in chemical industries from the energy consumption point of view. Therefore studies for reduction in energy consumption of this process have led to major improvements in the structure of this process. By replacement of hydrogen generating cathodes with porous and diffusible oxygen reduction cathodes and change in the cathodic reaction of the process, necessary cell voltage and therefore energy consumption can be reduced as much as 30% at current density of 0.4 A/cm 2 . Chlor-alkali process using oxygen reduction cathode known as advanced chlor-alkali process, despite of considerable reduction in the energy consumption for mass unit, has some drawbacks. The most important problem along with advanced chlor-alkali process is production of an undesirable intermediate product called hydrogen peroxide which is generated by a secondary oxygen reduction reaction. Hydrogen peroxide can cause serious problems during the operation of the cell by intensifying corrosion of the cathode surface and sodium peroxide precipitation on this electrode at high sodium hydroxide concentrations. The main goal of this project was synthesis and evaluation of the performance of an alloy catalysis with capability of preventing from the undesired production of hydrogen peroxide for application in the advanced chlor-alkali process. To this aim at first nano size particles of alloy catalysts of perovskite La 1-x Ca x MnO 3 were synthesized by modification in one of the most recent methods for synthesis of nano particles to increase the surface area of the catalyst particles. Then the structure and chemical composition of the synthesized catalyst particles were characterized by different characterizations test methods. Also the efficiency of the nano size catalyst particles was evaluated before and after manufacturing of oxygen diffusion cathode for preventing from production of unwanted hydrogen peroxide product. Experimental evaluations showed that the synthesized catalysis of La 0.4 Ca 0.6 MnO 3 with specific surface area of 40 m 2 /gr, beside preventing from production of the mentioned unwanted product was able to reduce the energy consumption of the advanced chlor-alkali cell by working at the ideal voltage of 2.25 volt. In Addition, the modified
در حال حاضرفرایند الکتروشیمیایی کلرآلکالی متداول‌ترین فرایند تولید کننده کلر و سود در دنیا می‌باشد که توسط سه روش جیوه‌ای، دیافراگمی و غشائی انجام می‌پذیرد. تکنولوژی کلرآلکالی غشائی، پیشرفته ترین، زیست سازگارترین و از لحاظ انرژی کم مصرف‌ ترین تکنولوژی کلر آلکالی می‌باشد. از این رو واحدهایی که از دیگر روش‌ها برای تولید سود و کلر استفاده می‌کنند، با گذشت زمان با تغییر فرایند خود به فرایند کلرآلکالی غشائی روی خواهند آورد. با این وجود فرایند کلرآلکالی غشایی از لحاظ مصرف انرژی هنوز به‌عنوان یکی از پرهزینه‌ترین صنایع شیمیایی محسوب می‌شود. تلاش در جهت کاهش مصرف انرژی در این روش منجر به ایجاد اصلاحات اساسی در ساختار این فرایند شده است، بطوریکه با جایگزین کردن کاتدهای آزاد کننده هیدروژن با کاتدهای متخلخل و نفوذ‌پذیر احیای اکسیژن و تغییر در واکنش کاتدی انجام شده در این واحد، ولتاژ سِل و انرژی مصرفی تا 30% در دانسیته جریان A/cm 2 4/0 کاهش یافته است. فرایند کلر آلکالی غشائی با کاتد‌های احیای اکسیژن که به فرایند کلرآلکالی پیشرفته موسوم است اگرچه مصرف انرژی را به ازای واحد وزن محصولات کاهش داده است، اما دارای مشکلاتی نیز می‌باشند که مهمترین آنها تولید محصول واسطی به ‌نام هیدروژن پروکسید از واکنش کاهش اکسیژن در کاتد این فرایند می‌باشد. هیدروژن پروکسید یک محصول جانبی پردردسر می‌باشد چرا که هم باعث تشدید خوردگی کاتد و هم در غلظت‌های بالای سود تولید رسوب پروکسید سدیم می‌نماید. هدف اصلی این پروژه سنتز و ارزیابی کارایی کاتالیست آلیاژی با توانایی‌های جلوگیری از واکنش ناخواسته تولید هیدروژن پروکسید به منظور استفاده در کاتد فرایند کلرآلکالی پیشرفته می‌باشد. به این منظور در این پروژه ابتدا نانو کاتالیست‌های آلیاژی پروسکایت La 1-x Ca x MnO 3 با استفاده از اصلاح یکی از جدیدترین روشهای سنتز نانو ذرات با هدف افزایش سطح ویژه آنها سنتز شدند. سپس با استفاده از انواع تست‌های مشخصه یابی ساختار آنها مورد تائید قرار گرفت و پس از آن کارایی آنها هم بطور مجزا و هم پس از ساخت کاتد نفوذ اکسیژن و قرارگیری در ساختار این کاتد‌ها برای جلوگیری از تولید محصول ناخواسته هیدروژن پروکسید مورد ارزیابی قرار گرفت. ارزیابی های صورت گرفته نشان داد که کاتالیست La 0.4 Ca 0.6 MnO 3 با داشتن سطح ویژه حدود m 2 /gr 40 ضمن جلوگیری از تولید محصول ناخواسته اشاره شده می تواند با ولتاژ ایده آل 25/2 ولت بخوبی باعث کاهش مصرف انرژی در سل کلروآلکالی پیشرفته شود. همچنین روش سیترات اصلاح شده بکار رفته برای سنتز کاتالیست منجر به کاهش قابل توجه در زمان و دمای سنتز کاتالیست گردید. نتایج حاکی از این می باشد که این ترکیب کاتالیستی بدست آمده کارایی بهتری نسبت به دیگر کاتالیست‌ها همچون پلاتین و نقره که هم اکنون بعنوان کاتالیست در کاتد این فرایند بکار می‌روند، دارند و با توجه به اینکه این ترکیبات از لحاظ قیمت بسیار ارزان‌تر از پلاتین و نقره می‌باشند بر لزوم بکارگیری آنها در کاتد این فرایند می‌افزاید. کلمات کلیدی : کلرآلکالی، پروسکایت، کاتالیست، سنتز، نانوذرات

ارتقاء امنیت وب با وف بومی