Influence of Cathode Material on the Electrochemical Synthesis of Sodium Hypochlorite in Coaxial Flow Cells

ENG: The features of synthesis of sodium hypochlorite solutions in membraneless flow electrolyzers are mainly determined by the electrolyzer design, electrolysis parameters, and electrode material. In most models, titanium is traditionally used for the cathode, while other materials have not been sufficiently studied in this role. This article discusses alternative cathode materials, such as titanium Grade 2 pre-treated in different ways, various types of platinized titanium, palladium-plated titanium, and stainless steel. A comparative analysis of their effect on the efficiency of the electrolysis process and the quality of the resulting solutions is performed. It is shown that smooth titanium Grade 2 is the optimal cathode material for preparing low-concentration (up to 1500 mg/L) sodium hypochlorite solutions in many respects. An increase in the specific surface area of this material reduces the current efficiency of hypochlorite. However, when using titanium, the electrolysis process is the most energy-intensive. To reduce electricity consumption by 20–25%, it is advisable to use cathodes made of platinized titanium. Heat treatment of platinized titanium under air atmosphere additionally leads to an increase in the integral current efficiency of sodium hypochlorite from 65 to 70% and a slight increase in the energy efficiency of synthesis. The cathode material has practically no effect on the sodium chlorate impurity content, and all obtained solutions have sufficiently high purity for medical applications.

UKR: Закономірності синтезу розчинів гіпохлориту натрію в проточних безмембранних електролізерах в основному визначаються конструкцією електролізера, параметрами електролізу та матеріалом електродів. У більшості моделей для виготовлення катода традиційно використовується титан, а інші матеріали в цій ролі вивчені недостатньо. У даній статті розглянуто альтернативні катодні матеріали, а саме титан Grade 2, попередньо оброблений різними способами, різні види платинованого титану, титан з паладієвим покриттям та нержавіюча сталь, а також виконано порівняльний аналіз їх впливу на ефективність процессу електролізу та якість одержуваних розчинів. Показано, що гладкий титан Grade 2 за багатьма параметрами є оптимальним катодним матеріалом для отримання низькоконцентрованих (до 1500 мг/л) розчинів гіпохлориту натрію. Збільшення питомої поверхні цього матеріалу знижує вихід за струмом гіпохлориту. Однак при використанні титану процес електролізу є найбільш енергоємним. Для зниження витрат електроенергії на 20–25% доцільно використовувати катоди з платинованого титану. Термічна обробка платинованого титану в повітряному середовищі додатково призводить до підвищення інтегрального виходу за струмом гіпохлориту натрію з 65 до 70% і незначного підвищення енергоефективності синтезу. Матеріал катода практично не впливає на вміст домішки хлорату натрію, а всі отримані розчини мають високу чистоту, достатню для їх медичного застосування.