[其他]鈀合金電解透氫陰極制法

在審

• 申請號: 101985000000882
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN1004496B
• 公開（公告）日: 1989-06-14
• 發明（設計）人: 許元澤;郭礎;王鳴貴
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 代理公司: 中國科學院化學科研所
• 代理人: 黃永奎

本發明選用鈀合金作為電解透氫陰極材料，找到一種用高價態鎳催化，以ＮａＯＨ活化陰極表面的方法，從而制成高效率透氧鈀銀合金陰極。以此制成的電解池，可制成小型電解超純氧氣發生器，應用于廣泛科技領域。

本發明屬于電解水制備超純氫氣方法的改進。

在化學分析和精密技術方面，尤其是在尖端技術、國防和環境污染監測等用途上往往需要小型、便攜、高純、安全的氫氣源。在這方面，鈀陰極電解超純氫氣發生器是無可代替的。現在該技術被美國米爾頓.羅依（Milton Roy）公司壟斷。其技術核心為以純鈀為陰極材料，經過在高溫氧化氣氛中浸堿的活化工藝處理而成為高壽命、高效透氫陰極。其缺點是純鈀機械性能較差，消耗鈀量大，陰極壽命較短，按規定使用一年后要回廠重新活化，對使用甚為不便。該公司專利[Fr、1，472，697（1967）]曾提到：若用鈀銀合金，壽命較短，不予推薦。此外，也有采用鈀銀合金為陰極的（AD664361，特開昭58-48683，特公昭53-46493），但只能用很濃的電解液，在高溫下工作，不能在常溫下使用，因為沒有解決陰極表面活化技術。

本發明的目的是克服上述缺點，發明一種新的活化鈀合金的方法，制成省鈀、長壽命、再生方便的鈀合金陰極，發展為新的可在常溫下電解水的超純氫氣發生器系列。

此種電解超純氫發生器可在常溫下電解水，直接獲得極高純度的氫氣。其核心部件是包括一組管狀鈀合金陰極的電解池。其陽極為鎳，電解液為氫氧化鈉水溶液。電解時在鈀合金管外表面上因電解產生的氫原子溶入鈀合金內部，合金內氫原子濃差產生的擴散過程使氫原子運動至內表面并復合為氫分子，則在陰極管內壁收集到純度可達99.9999%的氫氣。該裝置的關鍵工藝是鈀合金陰極的制作。

陰極選用鈀銀合金可行的合金配方：鈀中含銀量5-25%。鈀合金經過熔煉、鑄錠、冷軋成管坯，再冷拉成薄壁管。每道加工工序加工率控制在25%左右，中間需經過一次退火處理（氬氣氛中750℃，退火1小時）。控制時用水潤滑，不得采用有機潤滑劑。表面保持潔凈和控制后作清潔處理是必要的。鈀管用純銀封頭以氫焰熔化封住一端，另一端以純銀真空焊接在底盤上。

陰極表面活化處理是將鈀合金管在氧化態金屬，如鎳的催化下，在熔融氫氧化鈉中處理其表面。例如，在480-500℃的鎳坩堝中進行浸堿處理5-15分鐘。該過程中足夠的氧化態鎳的存在是關鍵。為獲得氧化態鎳，可在鎳坩堝中加入NaOH，予先在600-700℃加熱5-10小時。因為，它是消耗性的，所以在處理一組鈀合金管以后，要再次在650℃附近加熱含鎳熔堿4-8小時。

合格表面應為亮黑微蘭帶微細龜紋的牢固活化層。若不符合此要求，須進行陰極再生處理。

再生處理的目的是要除去不合格的活化層，恢復活化前的鈀管。例如，可以用鹽酸、氨水、去離子水順序清洗，以氫火焰快速燒至暗紅色，再冷卻。

陽極由表面鍍純鎳的金屬制成。表面進行陽極化處理是有益的。應仔細除去使陽極中毒的Fe，Cu，Pb等重金屬離子。氫氧化鈉電解液也應進行予電解，以除去金屬離子雜質。

實施例一

選用含銀25%的鈀合金拉制成φ3×0.08mm的薄壁管，一頭以真空焊接在底盤上。在鎳坩堝中加入NaOH，在700℃加熱5小時，然后將陰極管組在480℃浸泡10分鐘。取出降溫，用去離子水浸泡，洗去NaOH，將管端用純銀堵住。活化處理好的鈀合金陰極為一組8根一端封閉的鈀銀管。電解池陽極由外殼和中心棒組成。陰極和陽極間距要盡量均一。電解池以整流直流電源供電。產生氫氣經蓄氣瓶、穩壓閥、開關閥連接用氣裝置。發生器內氫壓的穩定可以用壓力傳感器帶動繼電器控制電解直流電源的電流來實現。這樣就組成了簡便、穩定氣壓的小型超純氬氣源。陰極壽命可達兩年以上。

實施例二

選用含銀20%的鈀合金拉制成φ3×0.08mm的薄壁管。將一組8根鈀合金管，一頭先不封口另一頭以高頻焊接在底盤上。該底盤包括氫氣出口，在650℃下加熱盛NaOH的鎳坩堝10小時然后將合金管組在500℃的上述熔融NaOH中浸泡5分鐘。取出冷卻后，以去離子水洗凈，干燥以氫焰將純銀封頭封死鈀合金管末端。其余裝置系統與實施例一同。陰極壽命可達兩年以上。