En la producción industrial de cloro, recientemente se han introducido electrodos especiales, que consumen mucha menos corriente que los sistemas convencionales. El método requiere oxígeno que se introduce en una solución de hidróxido de sodio altamente concentrada y caliente, en la cual es poco soluble. EsTodavía no está claro cómo se pueden lograr las densidades de corriente industrial en estas condiciones. En colaboración con ingenieros de la Universidad Técnica de Clausthal, investigadores del Centro de Ciencias Electroquímicas CES de la Ruhr-Universität Bochum han obtenido una nueva visión de los procesos que involucran estos tiposde electrodos, también conocidos como cátodos despolarizados de oxígeno. El equipo que incluye a Alexander Botz, Denis Öhl y el profesor Dr. Wolfgang Schuhmann informa sobre sus resultados en la revista Angewandte Chemie publicado en línea el 3 de agosto de 2018.
Condiciones de reacción que cambian constantemente
El cloro es una materia prima importante para la industria química. Se produce a través de la electrólisis de sal de mesa y agua, produciéndose hidróxido de sodio e hidrógeno como subproductos en el proceso convencional. Mientras que los cátodos que consumen oxígeno requieren oxígeno comomaterial de partida, se elimina el subproducto hidrógeno, con un ahorro de aproximadamente 30 por ciento en electricidad. La reacción ocurre a 80 grados Celsius en hidróxido de sodio altamente concentrado. El oxígeno es muy poco soluble en estas condiciones ". Estos tipos de electrodos tienenhan sido utilizados industrialmente durante años, pero no entendemos por qué realmente funcionan ", explica Wolfgang Schuhmann, Jefe del Departamento de Química Analítica y CES.
Con sus experimentos, los investigadores mostraron que las condiciones de reacción cambian constantemente durante la producción de cloro. Tres fases se encuentran cerca del cátodo que consume oxígeno, que consiste en plata: las partículas de plata sólida se bañan en hidróxido de sodio líquido altamente concentrado, mientras que el oxígeno gaseoso es forzadoen el sistema desde la parte posterior. Hasta ahora, los investigadores han estudiado principalmente la concentración del oxígeno que reacciona en el entorno de fase sólida, desarrollando modelos que atribuyen la alta densidad de corriente a este parámetro.
No solo el oxígeno determina la densidad de corriente
Para el estudio actual, los científicos de Bochum desarrollaron un método con el que también podían analizar los procesos en la fase líquida. Colocaron un microelectrodo delgado, de un centésimo de grosor de cabello humano, directamente en la superficie delcátodo que consume oxígeno en funcionamiento. Con esto, rastrearon los cambios del agua y las concentraciones de iones de hidróxido OH-, que surgen en la reacción. El resultado: la concentración de agua e iones de hidróxido en la superficie del electrodo muestra una fluctuación intensa a través deel curso de la reacción y no es uniforme en todo momento
"Hemos sospechado durante años que debe haber fluctuaciones de concentración locales significativas dentro del electrodo que podrían contribuir a las altas densidades de corriente", explica Schuhmann.
"Estos cambios drásticos aún no se han considerado en los modelos que reflejan la reacción", dice Alexander Botz. "Los resultados son tremendamente importantes para la optimización futura de tales electrodos".
enlace de CO 2
Como parte de un grupo de investigación financiado por la Fundación Alemana de Investigación, junto con socios de cooperación, el equipo de Bochum espera obtener aún más información sobre los detalles del mecanismo de reacción ". Estas investigaciones son esenciales para el desarrollo de electrodos de difusión de gas, queserá de gran importancia en el futuro para la unión de CO 2 desde el aire y, por lo tanto, contribuir a una reducción en la emisión de gases de efecto invernadero ", explica Schuhmann.
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Materiales proporcionado por Ruhr-Universidad Bochum . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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