專利名稱：用太陽(yáng)能由含水鹽溶液制備氫氧化鈉、氯氣和氫氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用電太陽(yáng)能(electrical solar energy)由氯化鈉水溶液 制備氫氧化鈉、氯氣和氫氣的方法。
背景技術(shù)：
Parker等的美國(guó)專利5186794公開了用于制備堿金屬氫氧化物、氫 氣和卣氣的復(fù)雜裝置，其采用電動(dòng)電解槽和太陽(yáng)能來(lái)為方法中使用的 光解槽(photolysis cell)提供動(dòng)力。Venkatesan等的美國(guó)專利申請(qǐng) 2005/0092618公開了用于從氯化鈉水溶液中去除氯離子和鈉離子的方 法和裝置，其中采用了由電能提供動(dòng)力的槽。
需要有如下實(shí)用的、經(jīng)濟(jì)的方法釆用電太陽(yáng)能將氯化鈉水溶液
轉(zhuǎn)換成氫氧化鈉、氯氣和氫氣。

發(fā)明內(nèi)容
用于制備氫氧化鈉、氫氣和氯氣的方法，包括 (1 )形成氯化鈉的水溶液，
(2)將所述氯化鈉水溶液置于槽中，所述槽具有由分隔物 (separator )隔開的兩個(gè)隔室(compartment),所述分隔物選自(a ) 碳氟化合物聚合物膜，(b)玻璃纖維氫氧化鎂或者氧化鎂膜，(c)石 棉紙，(d)膜(a)和膜(b)的組合，或者(e)膜(a)和石棉紙(c)
的組合。
(cH吏所述槽承受大約3-24V和0.1-500K安培的直流電流；由此 生成氫氣、氯氣和氫氧化鈉水溶液，并且其中所述電流由太陽(yáng)能電池 板(solar panel)生成。


圖l示出了電解槽，其電連接到向所述槽供電的太陽(yáng)能電池板上。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及采用來(lái)自太陽(yáng)能電池板的電能電解氯化鈉水溶液形成 氫氧化鈉、氯氣和氬氣的簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)方法。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于可以釆用 小規(guī)模的相對(duì)低成本的設(shè)備，以及通過(guò)太陽(yáng)能電池板提供電能，這使 得本方法對(duì)于非常小規(guī)模的或非常大規(guī)模的操作而言都具有經(jīng)濟(jì)性和 有益性。
圖1示出了用于電解氯化鈉水溶液的典型方法，其中，電解槽2 電連接到向電解槽2提供電能的太陽(yáng)能電池板1上。太陽(yáng)能電池板2 電連接到槽的陰極3和陽(yáng)極4。分隔物5設(shè)置在槽2的中間，從而在槽 中形成兩個(gè)隔室。鹽水(NaCl水溶液)入口 10位于陽(yáng)極4附近。形成 氫氣的氫離子(H+)和鈉離子(Na+)集中在槽的帶負(fù)電荷的陰極3附 近，形成氯氣(Cl2)的氯離子(CD集中在槽的帶正電荷的陽(yáng)極4附 近。出口 6用于去除所生成的氫氣，出口 7用于去除槽所生成的氯氣。 完成所述含水鹽溶液的電解時(shí)，形成氫氧化鈉水溶液，并通過(guò)槽的出 口 8排出。
水可以通過(guò)入口 9加入到槽中以調(diào)整氬氧化鈉溶液的濃度到所需 水平。
典型地，生成的氫氣可以收集起來(lái)并壓縮和存儲(chǔ)在氣瓶或桶中， 或者可以供給加熱設(shè)備并用作所述設(shè)備的燃料。相似地，氯氣可以收 集起來(lái)并壓縮和存儲(chǔ)，或者可以用管道傳輸?shù)椒磻?yīng)器并用于反應(yīng)中形 成其它產(chǎn)物，例如，氯氣可以和生成的氫氧4匕鈉反應(yīng)，以形成次氯酸 鈉，所述次氯酸鈉具有許多用途，例如，用于消毒劑中或作為漂白劑。
氫氣、氯氣和氫氧化鈉是主要的工業(yè)材料。例如，氫氣和氮?dú)庠?鉑催化劑存在下反應(yīng)形成氨，氫氣和植物或動(dòng)物蛋白反應(yīng)形成硬脂酸 或棕櫚酸，硬脂酸或棕櫚酸可以進(jìn)一步和氫氧化鈉反應(yīng)形成家用肥皂。 作為主要工業(yè)原料的氯氣可以用于制備氯乙烯和氯化溶劑。
太陽(yáng)能電池板1必須能夠產(chǎn)生3-24V和0.1-500K安培的直流電流。 優(yōu)選的，太陽(yáng)能電池在3-12V和l-100K安培運(yùn)行。太陽(yáng)能電池板的輸 出依賴于太陽(yáng)能電池板的尺寸、太陽(yáng)的強(qiáng)度、和太陽(yáng)能電池板暴露到太陽(yáng)中的時(shí)間長(zhǎng)度?？捎糜诒景l(fā)明方法中的典型有用的太陽(yáng)能電池板
是由晶體硅、無(wú)定形珪、碲化鎘(cadium telluride )或銅-銦-鎵硒化物 制成的板。典型的所述太陽(yáng)能電池板是GE Kyocera Solar Cell和 Evergreen Solar Cell。
電解槽2典型的是非導(dǎo)電材料，比如，玻璃或者陶瓷，或者涂有 非導(dǎo)電材料比如聚合物或陶瓷的金屬。槽的尺寸可以從小(例如，1升) 到大(例如100升或更大)變化，具體取決于運(yùn)行范圍。槽由分隔物5 分成兩個(gè)隔室。優(yōu)選的是碳氟化合物聚合物膜分隔物，所述膜優(yōu)選是 由磺化四氟乙烯形成的Nafioi^膜?？梢允褂玫牧硪环N分隔物是包含氫 氧化鎂或氧化鎂的玻璃纖維分隔物。氧化鎂或氫氧化鎂可以浸漬到玻 璃纖維層中，或者氧化物或氫氧化物層可以施加到玻璃纖維層上。石 棉紙也可用作分隔物。 一種優(yōu)選的分隔物是碳氟化合物聚合物膜和玻 璃纖維氫氧化鎂或氧化鎂膜的組合的膜。另 一種有用的膜是碳氟化合 物聚合物膜和石棉紙的組合。典型的，所述膜的厚度為大約2-15mil。
電池槽2包含陰極3和陽(yáng)極4。典型地，陰極和陽(yáng)極是導(dǎo)電材料的， 比如石墨、鈦金屬、或者涂有氧化釕的鈦金屬。
在本發(fā)明方法的操作中，氯化鈉水溶液通常制備成含有3-60重量 %的氯化鈉，優(yōu)選含有30-50重量％的氯化鈉。氯化鈉溶液的溫度是大 約5-IO(TC,優(yōu)選10-60。C。在所述氯化鈉水溶液承受DC電流時(shí)， 氬離子和鈉離子遷移到陰極，氯離子和氫氧根離子遷移到陽(yáng)極。氫氣 在陰極處形成并收集，氯氣在陽(yáng)極處形成并收集。在氯化鈉溶液完成 水解時(shí)，形成氬氧化鈉溶液，并將其從槽中去除。
下列反應(yīng)在槽中發(fā)生
2NaCl + 2&0+太陽(yáng)能電流—2NaOH + H2+Cl2 本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)在于它在沒(méi)有常規(guī)電力的情況下操作，這是因
為太陽(yáng)能提供了動(dòng)力需求。它可以是適于小區(qū)域的非常緊湊的方法，
或者可以成比例縮放到所需尺寸。本方法可以是成本極低的小型操作，
或者可以4艮容易按比例放大到明顯更大的尺寸。
下列實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了舉例說(shuō)明。除非另有說(shuō)明，所有份數(shù)
和百分比基于重量。
實(shí)施例1
5采用了小型隔膜式電解槽，具有10mil厚的石棉紙分隔物，配有在 陽(yáng)極室中的鈦金屬棒陰極、鹽水入口、氯氣出口和在陰極室中的石墨 陰極、氳氣出口、氫氧化鈉出口和水入口。采用GE Kyocera Solar Cell ， 并將其連接到電解槽的陰極和陽(yáng)極。電解在太陽(yáng)升起時(shí)開始，在太陽(yáng)
落下時(shí)結(jié)束。電壓和安培數(shù)在大約0.1-6伏特之間變化，安培數(shù)在大約 0.1-10安培之間變化。
生成的氯氣通過(guò)管道傳輸?shù)綇碾娊獠鄣年帢O室取出的氫氧化鈉水 溶液中，(所述水溶液用水稀釋成4-6% NaOH和l-2。/。 NaCl )，以形 成次氯酸鈉溶液，生成的氫氣送入燃燒器用作所述燃燒器的燃料。
實(shí)施例2
采用小型電解槽，其具有大約2mi1厚的Nafiot^含氟聚合物/玻璃 纖維氧化鎂分隔物，并如同實(shí)施例1中一樣配置。分隔物的玻璃纖維 氧化鎂層朝向槽的陽(yáng)極部分，分隔物的Nafior^含氟聚合物層朝向槽的 陰極部分。槽從太陽(yáng)升起運(yùn)行到太陽(yáng)下落，電壓和安培數(shù)的變化相似。 氯氣和氫氣都形成。
權(quán)利要求
1. 用于制備氫氧化鈉、氫氣和氯氣的方法，包括(1)形成氯化鈉的水溶液，(2)將所述氯化鈉水溶液置于槽中，所述槽具有由分隔物隔開的兩個(gè)隔室，所述分隔物選自(a)碳氟化合物聚合物膜，(b)玻璃纖維氫氧化鎂或者氧化鎂膜，(c)石棉紙，(d)膜(a)和膜(b)的組合，或者(e)膜(a)和石棉紙(c)的組合；(c)使所述槽承受大約3-24V和0.1-500K安培的直流電流；由此生成氫氣、氯氣和氫氧化鈉水溶液，并且其中所述電流由太陽(yáng)能電池板生成。
2. 權(quán)利要求l的方法，其中所述分隔物是碳氟化合物聚合物膜。
3. 權(quán)利要求2的方法，其中所迷碳氟化合物聚合物是磺化含氟聚 合物。
4. 權(quán)利要求1的方法，其中所述分隔物是碳氟化合物聚合物膜和 玻璃纖維氫氧化鎂或氧化鎂膜的組合。
5. 權(quán)利要求1的方法，其中所述分隔物是碳氟化合物聚合物膜和 石棉紙的組合。
6. 權(quán)利要求1的方法，其中所述氯化鈉水溶液含有30 - 50重量 %的氯化鈉，處于大約5 - IO(TC的溫度，并且直流電流是3-12V和1 -IOOK安培。
7. 權(quán)利要求l的方法，其中所述太陽(yáng)能電池板包括選自晶體硅、 無(wú)定形硅、碲化鎘或者銅-銦-鎵硒化物的板。
8. 權(quán)利要求1的方法，其中所述生成的氯氣和氫氣被壓縮和存儲(chǔ) 在獨(dú)立的氣瓶中。
9. 權(quán)利要求1的方法，其中所述生成的氯氣和本方法形成的氫氧 化鈉反應(yīng)形成次氯酸鈉。
全文摘要
本發(fā)明涉及采用太陽(yáng)能由含水鹽溶液制備氫氧化鈉、氯氣和氫氣的方法，包括(1)形成氯化鈉的水溶液，(2)將所述氯化鈉水溶液置于槽中，所述槽具有由分隔物隔開的兩個(gè)隔室；(c)使所述槽承受大約3-24V和0.1-500K安培的直流電流；由此生成氫氣、氯氣和氫氧化鈉水溶液，并且其中所述電流由太陽(yáng)能電池板生成。
文檔編號(hào)C25B1/20GK101423952SQ200810150000
公開日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月24日
發(fā)明者J·方, 詹姆斯·方 申請(qǐng)人:詹姆斯·方