Employment of cathodes of diffusion of oxygen in eletrotrolise of brine to produce chlorine

Resumo: Neste trabalho investiga-se o desempenho de eletrodos de difusão gasosa modificado compartículas de Cu, para a redução do oxigênio no processo de produção de cloro durante aeletrólise da salmoura. Para a realização dos experimentos voltamétricos foi inicialmente estudada, a reação anódica relativa à oxidação do íon cloreto. Utilizada uma célula de compartimento único, com anodo do tipo DSA com área de 1,5 cm2, contra eletrodo de EDG e eletrodo de referência decalomelano saturado (solução de KCl saturada) em solução de NaClO4 0,05 mol L-1 para aidentificação do potencial de desprendimento do oxigênio. Posteriormente adicionou-se 20g/L deNaCl à solução de NaClO4 para observar o potencial de desprendimento do gás cloro nasuperfície do DSA. Nesses ensaios duas temperaturas foram analisadas: 25 °C e 70 °C.Na preparação dos catodos de difusão de oxigênio, foi usada uma massa precursora,composta pelo pigmento carbonoso Printex e suspensão de pó de PTFE. O catalisadorintroduzido foi o Cu metálico na forma de pó. O Cu foi introduzido na massa precursorautilizando diferentes métodos, na proporção de 10% m/m. Para que fosse possível chegar naporcentagem ótima de catalisador, estudos foram realizados com diferentes porcentagens de Cu(5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%) sendo que a melhor foi de 10% m/m. Após as massas teremsido preparadas, os eletrodos de difusão gasosa foram sinterizados. Para a sinterização dos eletrodos de difusão gasosa (EDG) foi pesada 0,2 g da massaprecursora e colocada no molde. O molde foi aquecido a uma temperatura de 340 °C para asinterização do eletrodo, sob pressão de 146 kgf/cm2, durante 2 horas. Após a sinterização, oseletrodos foram submetidos a ensaios de permeabilidade.Em etapa subseqüente, os eletrodos de difusão gasosa foram usados nos estudosvoltamétricos tendo sido submetidos a varreduras lineares de potencial de 0 a -2 V vs. ECS. Paraanalisar a reação de redução do oxigênio no EDG, a solução de trabalho foi 320g/L de NaOH pH13,6. A seguir, foram realizados ensaios de eletrólise a corrente constante usando o EDG ougrafite pirolítico como catodos e o DSA como anodo. Nestes ensaios, utilizou-se uma célula comdois compartimentos, separados por uma membrana catiônica NafionÒ N242. Cadacompartimento possuía um volume de 40 ml. Os eletrodos tinham área de 3,14 cm2. O anólito foiuma solução de 250 g/L NaCl com pH 3 ajustado com HCl concentrado e o católito 320 g/LNaOH. Durante as eletrólises o cloro dissolvido na forma de hipoclorito e o gás cloro foramquantificados por meio de iodometria. Nos ensaios de voltametria linear o eletrodo que obteve um melhor desempenho, foi o EDG modificado com 10 % Cu tendo mostrado uma redução de 1.95 V na diferença de potencial da célula quando comparado ao carbono pirolítico. Já com temperatura de 70°C o potencial diminuiu cerca de 1.2 V.Abstarct: This work is investigating the performance of electrodes modified with gaseous diffusionof particles of Cu, for reduction of oxygen in the production of chlorine during the electrolysis ofbrine. Initially, the reaction was studied on the anodic oxidation of chloride ion. Using a singlecell compartment, with the type DSA anode with an area of 1.5 cm2 as work of reference and thecalomel electrode in KCl solution saturated cyclic voltammetries were performed using theNaClO4 solution of 0.05 mol L-1 for identifying the potential for evolution of oxygen. By adding20g / L of NaCl in the solution of NaClO4 to see the potential for evolution of chlorine gas onthe surface of the DSA. In these two tests were analyzed temperature: 25 °C and 70 °C.In preparing the cathodes of diffusion of oxygen, was used a mass precursor, composed ofcarbonaceous pigment Printex and suspension of the PTFE powder. The catalyst was introducedin the form of Cu metal powder. The Cu was introduced in the mass precursor using differentmethods, the proportion of 10% m / m. What could be reached in the great percentage of catalyst, studies were made with different percentages of Cu (5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%) and thebest was 10% m / m. After the bodies were prepared, the electrodes of gaseous diffusion weresynthesized. For the sintering of the electrodes of gaseous diffusion (GDS) was weighed 0.2 g of mass precursor and placed on the mold. The mold was heated to a temperature of 340 ° C for thesintering of the electrode, under pressure of 146 kgf/cm2 for 2 hours. After sintering, theelectrodes were being tested for permeability. In subsequent stage, the electrodes of gaseous diffusion were used in voltammetric studies and submitted to linear potential sweeps from 0 to-2V vs. ECS. To examine the reactions of reduction of oxygen in the GDS, the solution of work was 320g / L NaOH pH 13.6. Then, tests were performed using constant current electrolysis to the GDS or pyrolytic graphite as cathode and DSA as anode. In these tests, using a cell with two compartments, separated by a membrane cationic Nafion N242. Each compartment has a volume of 40mL. The electrodes were area of 3.14 cm2. The anolyte was a solution of 250g / L NaCl at pH 3 adjusted with concentrated HCl and the catholyte was a solution of 320g / L NaOH. During the electrolyses the chlorine dissolved in the form of hypochlorite and chlorine gas were quantified by iodometry titration. The electrode that had a better performance as a cathode, the GDS was modified with 10% Cu having shown a reduction of 1.95 V difference in potential in the cell when compared to pyrolytic carbon. Already with a temperature of 70 °C decreased the potential 1.2 V