Quy trình điện phân sản xuất Xút – Clo

Điện phân NaCl có màng ngăn và không màng ngăn là những kiến thức hóa học học trong trường PT. Nhưng thực tế quá trình điện phân Nacl tạo xút – Clo như thế nào?

Quy trình sản xuất xút ăn da và clo bằng điện phân

San-xuat-xut-Clo-cong-nghiep

Việc xử lý điện phân nước muối để sản xuất soda ăn da, clo và hydro được gọi là quá trình điện phân hay Chloralkali. Hiện nay trên thế giới có 3 công nghệ thực hiện việc điện phân này: Quy trình màng trao đổi ion (membrane), màng ngăn (diaphragm) và thủy ngân (mercury). Công nghệ màng trao đổi ion (membrane) là công nghệ hiện đại nhất và là tiêu chuẩn cho ngành công nghiệp xút tại Nhật Bản và các nước Châu Âu, Mỹ.

Muối đầu tiên được hòa tan trong bể tan. Nước muối bão hòa thu được sau đó được gửi đến một bể lọc để loại bỏ các tạp chất, và một tháp nhựa để làm sạch trước khi đưa vào các tế bào điện phân (electrolytic cell). Nước công nghiệp cũng được tinh chế trước khi đi vào tế bào điện phân.
Buồng cực dương của pin điện phân chứa đầy nước muối, và buồng âm cực với nước tinh khiết (xút loãng). Khi dòng điện trực tiếp đi qua các tế bào tạo ra khí Clo ở cực dương, và xút ăn da cộng với hydro tại cực âm. Sau đó xút sẽ được tách để tạo ra dung dịch Xút với nồng độ khoảng 30%.
Clo được rửa và làm mát để loại bỏ muối, và mất nước thêm nữa trước khi được lưu trữ dưới dạng khí hoặc hoá lỏng.
Hydro được rửa và làm mát, như clo, trước khi được lưu trữ.

Nguyên lý của quá trình điện phân

Nguyên lý của quá trình điện phân là giống nhau ở cả ba công nghệ điện phân. Dưới tác dụng của điện trường các cation chạy về cực âm (catot) còn các anion chạy về điện cực dương (anot), tại đó xảy ra phản ứng trên các điện cực.

Ở đây chung ta mô tả quá trình màng trao đổi ion, vì đây là quá trình hiện đại nhất được áp dụng hiện nay. Công nghệ này sử dụng một màng trao đổi ion tách cực dương và cực âm. Màng được làm bằng nhựa đặc biệt cho phép các anion (ion âm) đi qua nhưng không cho các cation (ion dương) đi qua.

quy-trinh-Dien-Phan-tai-Cty-Dong-A Dien-phan-ion - Dongachem

Minh họa quá trình điện phân màng trao đổi ion

Như thể hiện trong hình, khoang cực dương của một màng tế bào điện phân chứa đầy nước muối, và buồng cực dương chứa đầy nước. Khi có dòng điện một chiều đi qua sẽ hình thành quá trình điện phân.

Nước muối trong buồng cực dương chứa ion Na (Na +) và clorua (Cl-). Các ion này di chuyển khi có dòng điện đi qua như sau: các ion natri tích điện tích dương đi qua màng tế bào sang buồng cực âm, trong khi các ion clorua mang điện âm được thải ra trên bề mặt cực dương để hình thành khí Clo (Cl₂).

Nước trong buồng âm cực phân chia thành các ion hydro (H+) và hydroxit (OH-). Các ion Hydro chiếm các điện tử trên bề mặt catốt để hình thành khí hydro (H2). Các ion hydroxit (OH-) được thu hút vào cực dương, nhưng bị chặn bởi màng, và phản ứng với các ion natri từ buồng cực dương để tạo thành Xút (NaOH – sodium hydroxide – soda caustic).

Tùy yêu cầu sản xuất, nhà sản xuất có thể cho các sản phẩm sau quá trình điện phân phản ứng với nhau để tạo ra: Axit HCL, Javen, PAC.