Электрохимическая ячейка Советский патент 1985 года по МПК C25C7/02 

Изобретение относится к электролизу, а точнее к средствам контроля и управления процессами, протекающими в многокомпонентных электрохимических системах, содержащих одну или несколько жидких фаз. Целью изобретения является повыше ние эффективности разделения компонентов электрохимической системы, со держащей жидкие фазы,путемдинамического контроля состава этих фаз и последующей Соответствующей коррекции электролиза. На чертеже приведена конструкция предлагаемого устройства. В корпус 1 на подвеске 2 помещен контейнер 3, содержащий фазы электро лита 4 и жидкометаллических электродов 5, 6. Несущей частью остальных элементов является основная крышка 7 через которую выведены и токоподводы 8 к жидкометаллическим электродам. При необходимости внутреннее пространство эвакуируют и заполняют инертным газом. Противоэлектрод 9 контрольного электрода 10 выполнен из индифферентного токопроводящего материала в виде трубы, верхняя, част которой закрыта крышкой 11 из изолятора, фиксирующей контрольный 10 и сравнения 12 электроды. В основной крышке 7 закреплены непроводящие кап сулы 13 с крышками 14, несущими инди каторный электрод 15, противоэлектрод 16 и электрод 17 сравнения для измерения потенциала индикаторного электрода 15. К основной крышке 7 прикреплен электрод 18 сравнения рабочего электрода 5 и чехол термопары 19, Все электроды 12, 17 и 18 сравне ния состоят из чехла с полупроницаемой диафрагмой, внутри которого поме щен собственно электрод сравнения ти повой конструкции, погруженный в электролит. Введение электрода 18 сравнения для контроля потенциала рабочего электрода 5 дает возможность реализо вать обратную связь управления процессами на границе рабочий электрод 5 - электролит 4, например, в виде потенциостатирования рабочего электр да. Введенный противоэлектрод 9 в совокупности с контрольным электродом 10 и электродом 12 сравнения дает во можность контролировать содержание различных компонентов и их валентных форм, например, методами катодной хроновольтамперометрии и хроноамперовольтметрии. Непроводящие капсулы 13, погруженные открытым торцом в жидкометаллические электроды 5 или 6, выделяют часть поверхности соответствующего жидкого электрода. Расположение внутри капсулы 13 индикаторного электрода 15., помещенного неизолированным концом в жидкий металл, а также его противоэлектрода 16 и электрода 17 сравнения обеспечивает принципиальную возможность контроля состава жидкометаллической фазы, например, методами анодной хроновольтамперометрии либо хроноамперовольметрии. Капсула выполнена из непроводящего материала, чтобы обеспечить экранирование помещенных в нее электродов, и предназначена для выделения определенной поверхности фазы жидкого металла. Противоэлектроды выполнены из индифферентного материала, так как не должны взаимодействовать со средой и продуктами реакций, которые могут выделяться на них при реализации хроновольтамперометрии или хроноамперовольтметрии. Полученная экспресс-информация о содержании компонентов в жидких фазах электрохимической системы в ходе процесса позволяет, имея модель управления, корректировать последнее в соответствии с критерием оптимизации решаемой технологической задачи. В качестве базовой рассмотрена общеизвестная конструкция электролизера, содержащая только анод и катод. Реализация процесса в такой конструк ции обычно заключается в пропускании тока постоянной силы или, в лучшем случае, в некоторой коррекции токовой нагрузки по результам химического анализа отобранных проб.Работа устройства заключается в следзющем. Системы электродов и непроводящих капсул 13 крепят на крышках 11, 14 и 7, Контейнер 3, прикрепленный на подвеске 2 к крьшке 7, заполняют фазами системы (4, 5, 6). Эту сборку помещают в корпус 1 и при необходимости вакуумируют с последующим заполнением инегтным газом. Анодно поляризуют индикаторные электроды 15 через цепь вспомогательных противоэлектродов 16, измеряя

потенциалы фаз жидких электродов 5, 6 относительно электродов 17 сравнения, например, в режиме хроновольтамперометрии, и поляризуют катодно контрольный электрод 10 через вспомогательный противоэлектрод 9, измеряя потенциал относительно электрода 12 сравнения, получая также хроновольтамперометрический отклик в фазе электролита.

Данные этих измерений по градуировочным зависимостям позволяют определить оптимальное управление электролизом. Далее процесс реализуют путем поляризации жидких рабочего электрода 5 и вспомогательного электрода 6 через токоподводы 8. Контроль потенциалов этих электродов осуществляется относительно электрода 18 сравнения, а температура процесса - термопарой 19..,

При наличии в системе жидкометаллических фаз добавляются по кол 1честву этих фаз датчики концентрации, состоящие из индикаторного электрода со своими элетродом сравнения и противоэлектродом и заключенные в непроводящие капсулы. Измерения происходят аналогично описанному, только методом анодной хроновольтамперометрии, а содержание определяется по величине амплитуды тока, соответствующего потенциалу прохождения анодной ионизации интересующего компонента.

Далее осуществляется коррекция управления в зависимости от совокупности полученных результатов измерения содержания интересующих компонентов во всех фазах и заданной модели протекающего процесса.

Высокая скорость (по сравнению с характерными временами основного процесса электролиза), измерения концентраций во всех фазах позволяют осуществить это управление в реальном времени.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЯЧЕЙКА, содержащая пару анод-катод и пару электрод сравнения - контрольный электрод, незачехленная изолятором нижняя часть которого расположена непосредственно у диафрагмы электрода сравнения, отличающаяся тем что, с целью повышения эффективности разделения компонентов электрохимической системы, содержащей жидкие фазы, путем динамического контроля состава этих фаз и последующей соответствующей коррекции электролиза, ячейка дополнительно снабжена электродом сравнения для контроля потенциала рабочего электрода, противоэлектродом контрольного электрода, выпол- ненным в виде трубы из индифферентного токопроводящего материала, в которой размещены контрольный электi род и его электрод сравнения, а так же по количеству жидкометаллических (Л фаз - непроводящими капсулами, содержащими пару индикаторный электрод из нерастворимого в жидком металле проводника первого рода - противо - электрод из индифферентного материй-. ла и электрод сравнения для измерения потенциала индикаторного электрода. м 00 00