一种基于固态电解质隔膜材料的电解装置及利用该电解装置制钠的方法与流程

技术特征：

1.一种基于固态电解质隔膜材料的电解装置，其特征在于所述电解装置包括电解槽(1)、nasicon型无机固态电解质隔膜槽(3)、阴极(4)、储氯器(8)、阳极和金属钠收集器(14)，所述阳极由第一阳极(11)和第二阳极(12)组成；

所述电解槽(1)封闭设置，电解槽(1)的内部设置有nasicon型无机固态电解质隔膜槽(3)，所述nasicon型无机固态电解质隔膜槽(3)的内部为阴极电解质腔(13)，nasicon型无机固态电解质隔膜槽(3)的外部为阳极电解质腔(10)；所述金属钠收集器(14)设置在电解槽(1)的外部，nasicon型无机固态电解质隔膜槽(3)的顶部与电解槽(1)的顶部密封连接，nasicon型无机固态电解质隔膜槽(3)的底部通过导钠管(9)与金属钠收集器(14)的进料口连通，导钠管(9)上设有导钠管阀门(15)，金属钠收集器(14)的侧壁设置有保护气体出入气管(22)，所述保护气体出入气管(22)上设有保护气体出入气管阀门(23)；nasicon型无机固态电解质隔膜槽(3)的顶部设置有阴极电解质投料管(5)和阴极端保护气体进气管(7)，所述阴极电解质投料管(5)上设有阴极电解质投料管阀门(21)，所述阴极端保护气体进气管(7)上设有阴极端保护气体进气管阀门(19)，nasicon型无机固态电解质隔膜槽(3)上设置有阴极(4)；所述阳极电解质腔(10)上设置有第一阳极(11)和第二阳极(12)，阳极电解质腔(10)的顶部设置有阳极电解质投料管(6)，所述阳极电解质投料管(6)上设有阳极电解质投料管阀门(20)，导氯管(16)的一端设置在阳极电解质腔(10)的顶部，导氯管(16)的另一端与储氯器(8)的进气口连通，导氯管(16)上设有导氯管阀门(17)。

2.根据权利要求1所述的一种基于固态电解质隔膜材料的电解装置，其特征在于所述电解装置还包括加热设备(2)，所述加热设备(2)设置在电解槽(1)的外表面。

3.根据权利要求1所述的一种基于固态电解质隔膜材料的电解装置，其特征在于所述电解装置还包括金属钠冷却器(18)，所述金属钠冷却器(18)设置在金属钠收集器(14)的底端。

4.根据权利要求1所述的一种基于固态电解质隔膜材料的电解装置，其特征在于所述nasicon型无机固态电解质隔膜槽(3)由电解质材料na1 x yinxzr2-xsiyp3-yo12制成，x和y分别为对应元素所占的摩尔百分比，0≤x≤1，1≤y≤2.2。

5.利用如权利要求1、2、3或4所述的一种基于固态电解质隔膜材料的电解装置制钠的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：

一、先通过阳极电解质投料管(6)的进料口向阳极电解质腔(10)内加入阳极液和阳极电解质，通过阴极电解质投料管(5)的进料口向阴极电解质腔(13)内加入阴极电解质，并通过阴极端保护气体进气管(7)的进气口向阴极电解质腔(13)内通入保护气体，然后将阴极(4)与第一阳极(11)和第二阳极(12)之间均连通直流电压，同时启动加热设备(2)；所述阳极液为由ezncl2 fbacl2 gnacl组成的三元共熔物体系，所述的e、f和g为对应共熔物的含量，其中0≤e≤1，0≤f≤1，0≤g≤1，且e、f和g不同时为0或1，所述阴极电解质为金属钠，所述阳极电解质为由氯化钠和氯化锌组成的混合物；

二、启动金属钠冷却器(18)，电解反应生成的氯气通过导氯管(16)进入到储氯器(8)内，电解反应生成的熔融金属钠通过导钠管(9)进入到金属钠收集器(14)，熔融金属钠经金属钠冷却器(18)冷却成固态金属钠；当金属钠收集器(14)内充满固态金属钠后，关闭导钠管阀门(15)，同时打开保护气体出入气管阀门(23)，向金属钠收集器(14)内通入保护气体，再对固态金属钠进行收集；nasicon型无机固态电解质隔膜槽(3)由电解质材料na1 x yinxzr2-xsiyp3-yo12制成，x和y分别为对应元素所占的摩尔百分比，0≤x≤1，1≤y≤2.2。

技术总结
一种基于固态电解质隔膜材料的电解装置及利用该电解装置制钠的方法，涉及一种固态电解质隔膜材料电解制钠的装置。本发明的目的是要解决传统制钠方法电解效率低、杂质含量高和污染环境，β‑Al2O3隔膜电解法采用的电解质材料离子电导率低、耗能高和合成设备要求高以及常规电解质材料存在严重的钠沉积现象的问题。方法：电解反应生成的氯气进入到储氯器内，电解反应生成的熔融金属钠进入到金属钠收集器，熔融金属钠冷却成固态金属钠；当金属钠收集器内充满固态金属钠后，关闭导钠管阀门，打开保护气体出入气管阀门，通入保护气体，再对固态金属钠进行收集。本发明可获得一种基于固态电解质隔膜材料的电解装置及利用该电解装置制钠的方法。

技术研发人员：刘立敏;周晓亮;刘雨剑
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2021.03.19
技术公布日：2021.07.06