無隔膜法電解制備次氯酸鈉具有反應裝置簡單經(jīng)濟、電解原料簡單易得、能耗低等優(yōu)點，但仍存在一些需要優(yōu)化的方面以提高生產(chǎn)效率。以下將從多個角度闡述如何進一步優(yōu)化該工藝。

電極材料與制備

• 選擇合適的電極材料：不同的電極材料對電解效率有顯著影響。例如，采用電鍍法在鈦電極上電鍍釕和銥可提升催化性能。研究表明，當釕離子濃度為 5 g/L、氯化銨濃度為 30 g/L、氨基磺酸濃度為 20 g/L、硫酸鋁濃度為 0.8 g/L、電鍍溫度為 30℃、電鍍時間為 300 s、電鍍電壓為 - 0.8 V 時制備的 Ru/Ti 電極，以及當釕離子濃度為 5 g/L、銥離子濃度為 1 g/L、尿素濃度為 0.2 g/L、電鍍溫度為 70℃、電鍍時間為 300 s、電鍍電壓為 - 1.2 V 時制備的 Ru - Ir/Ti 電極，電催化性能較優(yōu)。
• 優(yōu)化電極表面粗糙度：電極表面粗糙度會影響電解性能。研究發(fā)現(xiàn)，電極粗糙度可改善電池性能，與光滑電極表面相比，根據(jù)操作條件不同，可使能耗降低 23% - 39%。通過特殊的處理工藝，如機械打磨、化學蝕刻等方法，可增加電極表面的粗糙度，從而增大電極與電解液的接觸面積，提高電解反應速率。

電解條件優(yōu)化

• 調(diào)控電流密度：電流密度對次氯酸鈉的生成效率和產(chǎn)物純度有重要影響。在一定范圍內(nèi)，適當提高電流密度可加快反應速率，但過高的電流密度可能導致陽極表面氧化進入鈍化狀態(tài)，降低次氯酸鹽的電流效率，同時增加氯酸鹽的生成。例如，在 0.15 M NaCl 溶液中，以鍍鉑鈦電極為電極，當電流密度在 20 - 40 mA/cm² 時，陽極表面會進入氧化鈍化狀態(tài)，次氯酸鹽電流效率不超過 40%，氯酸鹽電流效率超過 20% 。而在一些研究中，通過控制電流密度在適宜范圍，如 20 A/cm² 左右，可獲得較好的電解效果。
• 控制溫度：溫度對電解反應速率和產(chǎn)物穩(wěn)定性都有影響。溫度過高可能導致次氯酸鈉分解，降低產(chǎn)率；溫度過低則會使反應速率減慢。一般來說，在 20℃以下進行電解，可使生成的次氯酸鈉穩(wěn)定性較好，且此時電流效率也能高于未優(yōu)化前的平均水平。
• 調(diào)節(jié) pH 值：溶液的 pH 值會影響電解反應的進行以及產(chǎn)物的存在形式。在不同 pH 條件下，活性氯的成分不同，當 pH 小于 6 時，活性氯以 HClO 和溶解氯的形式存在 。在 20℃以下，pH 為 8 - 11 時電解氯化鈉，電流效率較高，且有利于次氯酸鈉的生成和穩(wěn)定。
• 確定合適的極板間距：極板間距影響電阻和傳質(zhì)過程。較小的極板間距可降低溶液電阻，減少電能消耗，但過小的間距可能導致電極之間發(fā)生短路風險增加，同時不利于電解液的流動和物質(zhì)傳遞。研究表明，極板間距為 1 cm 時，可獲得較好的電解效果。
• 優(yōu)化電解質(zhì)濃度：電解質(zhì)濃度對電解效率有影響。適當提高 NaCl 濃度可降低次氯酸鈉生產(chǎn)的能耗，但過高濃度可能導致其他副反應發(fā)生。例如，在一些研究中發(fā)現(xiàn)，當 NaCl 濃度在一定范圍內(nèi)增加時，能量消耗降低。對于不同的電極材料和電解裝置，存在一個最佳的 NaCl 濃度，需要通過實驗來確定。

反應模式與設備改進

• 采用周期性極性反轉(zhuǎn)模式：在低濃度 NaCl 溶液的長期電解中，采用周期性極性反轉(zhuǎn)模式，可顯著（高達 10 倍）降低所得次氯酸鈉溶液中氯酸鹽的含量。例如，在由幾個串聯(lián)的無分隔電極空間的電化學模塊組成的流動型電化學反應器中，以周期性電流反轉(zhuǎn)模式合成次氯酸鈉溶液，可有效減少副產(chǎn)物氯酸鹽的生成。在一個由兩個串聯(lián)電池組成的電解槽中，無電流反轉(zhuǎn)模式下得到的溶液含 500 mg/L 次氯酸鈉和 130 mg/L 氯酸鈉，而每 30 s 進行一次反向電流電解，可將氯酸鈉含量降低至 25 mg/L，從而生產(chǎn)出高純度的 NaClO 溶液。
• 改進反應器設計：從反應器的結構設計上進行優(yōu)化，例如增加電解液的流動速率，可使反應物更均勻地分布在電極表面，提高傳質(zhì)效率，從而加快反應速率。同時，合理設計反應器的形狀和尺寸，可減少死體積，提高空間利用率。對于間歇 / 串聯(lián)式次氯酸鈉發(fā)生器，通過兩個電極串聯(lián)實現(xiàn)同電流、相互獨立電解，在鹽水濃度為 3％、鹽水體積為 120 L、電解時間為 300 min 條件下，有效氯產(chǎn)量為 1038 g，運行成本可低至 6.55 元 /kg，在實際應用中取得了良好效果。
• 開發(fā)連續(xù)化生產(chǎn)設備：相比于間歇式生產(chǎn)，連續(xù)化生產(chǎn)設備可實現(xiàn)不間斷生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。通過設計合理的進料和出料系統(tǒng)，確保電解液的連續(xù)供應和產(chǎn)物的及時排出，同時維持電解過程中的穩(wěn)定條件，可進一步提高次氯酸鈉的生產(chǎn)效率。

添加劑的使用

• 添加表面活性劑和減阻聚合物：在電解過程中添加表面活性劑和減阻聚合物等添加劑，對電池性能有有益影響，可降低電能消耗，尤其是在使用粗糙電極時效果更為明顯。這些添加劑可能改變電極表面的性質(zhì)，影響反應的動力學過程，從而提高電解效率。
• 探索其他添加劑：除了上述添加劑外，還可探索其他類型的添加劑，如一些具有催化作用的物質(zhì)，看其是否能促進次氯酸鈉的生成反應，或抑制副反應的發(fā)生，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)物純度。