Điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn ra sản phẩm gì? Ứng dụng như thế nào?

Có thể thu được 3 hóa chất quan trọng NaOH, H2 và Cl2 khi điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn trong nước. Sản phẩm có tính ứng dụng cao trong ngành công nghiệp và thương mại. Vậy cụ thể điện phân NaCl là gì? Quá trình điện phân NaCl có màng ngăn diễn ra như thế nào? Mời bạn đọc tiếp tục cùng Minchico tìm hiểu chi tiết trong bài viết này.

Thí nghiệm điện phân dung dịch muối NaCl có màng ngăn

Điện phân là gì?

Điện phân là phương pháp tách các nguyên tố và hợp chất có liên kết bằng cách cho dòng điện chạy qua chúng. Nó sử dụng dòng điện một chiều (DC) để thúc đẩy một phản ứng hóa học không tự phát. Phương pháp điện phân được sử dụng phổ biến như một giai đoạn trong quá trình tách các nguyên tố khỏi các nguồn tự nhiên. Chẳng hạn như quặng, sử dụng một tế bào điện phân.

Các thành phần chính để thực hiện quá trình điện phân:

• Chất điện phân: Chất chứa các ion tự do, là hạt mang dòng điện trong chất điện phân.
• Nguồn cung cấp dòng điện 1 chiều: Cần thiết để tạo hoặc giải phóng điện các ion trong chất điện phân. Dòng điện do các electron ở mạch ngoài mang theo.
• Hai điện cực: một vật dẫn điện cung cấp mặt phân cách vật lý giữa mạch điện cung cấp năng lượng và chất điện phân.

Điện phân chính là quá trình oxy hóa – khử. Quá trình oxy hóa các ion hoặc phân tử trung hòa xảy ra ở cực dương, và quá trình khử các ion hoặc phân tử trung hòa xảy ra ở cực âm. Khi điện phân, cation chạy về cực âm (catot). Còn anion chạy về cực dương (anot).

Phương pháp điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn

Điện phân có màng ngăn là sử dụng một loại màng polymer ngăn cách giữa 2 điện cực. Lớp màng này chỉ cho phép các ion dương đi qua nó. Trong phản ứng điện phân NaCl, chỉ có ion Na+ có thể đi qua màng ngăn. Ưu điểm là tạo ra dung dịch NaOH trong màng ngăn bên phải. NaOH không bị nhiễm bất cứ dung dịch NaCl nào.

Yêu cầu dung dịch NaCL sử dụng để điện phân phải tinh khiết. Nếu nó có chứa thêm bất kỳ kim loại nào khác, ion của kim loại đó cũng sẽ đi qua màng ngăn làm ô nhiễm dung dịch NaOH.

Ngoài ra, sử dụng màng ngăn còn có tác dụng ngăn cản dung dịch NaOH phản ứng với khí Cl2

Quy trình điện phân NaCl

Phương trình điện phân muối NaCl nóng chảy

Điện phân Natri Clorua nóng chảy có thể thu được kim loại natri và khí clo. NaCl nóng chảy ở nhiệt độ rất cao – 801 độ C. Khi tiến hành điện phân NaCl, hai phân tử Na+ và Cl- sẽ tách ra và di chuyển về 2 cực. Trong đó, Na+ chạy về phía điện cực âm. Còn Cl- chạy về phía điện cực dương.

PTPU: NaCl → Na⁺ + Cl^–

Khi ion Na+ di chuyển về phía cực âm, pin mang điện thế đủ lớn để buộc các ion này nhận thêm electron tạo thành kim loại Natri. Điện thế cần để khử Na+ thành kim loại Natri là -2,71 vôn.

Cực âm xảy ra sự khử Na+ (Catot): 2Na⁺ + 2e → 2Na

Còn ion Cl- di chuyển về phía cực dương bị oxy hóa thành khí Cl2. Ở đây có hiện tượng sủi bọt khí. Điện thế cần để oxy hóa Cl- thành Cl2 là -1,36 vôn.

Cực dương xảy ra sự oxi hóa (Antot): 2Cl^–  →  Cl₂ + 2e

Phương trình điện phân dung dịch nước NaCl ra NaOH có màng ngăn

Điện phân Natri Clorua trong nước có màng ngăn sẽ thu được natri hydroxit, clo và hidro. Nguyên nhân là do sự khác biệt là sự khử Na ⁺ (E ° = –2,7 v) về mặt năng lượng khó hơn sự khử nước (–1,23 v). Ở phản ứng này, Na+ và Cl- cũng di chuyển về phía điện cực âm và dương. Nhưng có 2 chất có thể bị khử ở cực âm là Na+ và phân tử nước.

PTPU: 2NaCl + 2H₂O  →  2NaOH + H₂ + Cl₂

Nước dễ khử hơn Na+ nên sản phẩm duy nhất tạo thành ở cực âm là khí hidro.

H2O  +2e → H2 + 2O

Ở cực dương cũng có 2 chất có thể bị oxy hóa là ion Cl- và phân tử nước. Điện thế ở quá trình này gần bằng nhau nên có thể xuất hiện cả khí Cl2 và O2. Trong thực tế, sản phẩm duy nhất thu được là phản ứng Cl2

2Cl^–  →  Cl₂ + 2e

Điện phân NaCl không có màng ngăn diễn ra như thế nào?

Điện phân dung dịch nước NaCl không có màng ngăn thì NaOH tạo thành sẽ tiếp tục phản ứng với Cl2 tạo ra Natri hypochlorite (NaOCl), NaCl và nước.

PPTU1: Cl₂ + 2NaOH →  NaCl + NaClO + H₂O

Sau đó, NaCl tiếp tục phản ứng với nước tạo thành NaOCl và khí H2.

PTPU2: NaCl + H₂O →  NaClO + H₂

NaOCl thu được từ cả 2 phản ứng ở trên sẽ tiếp tục phản ứng với nước để tạo thành axit hipoclorơ (HClO) và NaOH.

PTPU3 : NaClO + H₂O → HClO + NaOH

Axit hipoclorơ (HClO) tham gia vào sự oxy hóa khử tạo thành axit Clohidric.

PTPU4: HOCl → HCl + O

Phản ứng cuối cùng xảy ra mà NaOH phản ứng với Axit HCl tạo thành muối NaCl là nước.

PTPU5: NaOH + HCl → NaCl + H₂O

Ứng dụng điện phân NaCl trong đời sống

NaOH thu được sau quá trình điện phân cô đặc đến 50%. Sau khi bay hơi có thể sử dụng ngay, không cần thêm quá trình nào.

Natri hydroxit là bazơ mạnh được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp hóa chất, dùng để thúc đẩy các phản ứng hóa học trung hòa vật liệu có tính axit. Ngoài ra, NaOH điều chế còn tham gia sản xuất xà phòng, dầu diesel sinh học, khắc nhôm, ngành chế biến thực phẩm.

Một trong những ứng dụng phổ biến của điện phân NaCl là khử trùng nước hồ bơi. Khi Cl2 sinh ra có tác dụng tiêu diệt vi khuẩn, mầm bệnh. Đồng thời ngăn chặn nấm mốc, rêu tảo phát triển trong hồ bơi. Đây là phương pháp an toàn, tiết kiệm chi phí, hiệu quả lâu dài. Nước bể bơi được khử trùng liên tục, chủ quản lý không cần dùng đến hóa chất xử lý nước bể bơi chuyên dụng.

Ưu nhược điểm của công nghệ điện phân muối NaCl trong hồ bơi

Điện phân muối NaCl nóng chảy tạo ra Clo lỏng. Phương pháp này được ứng dụng trong xử lý nước hồ bơi. Vậy nó có ưu nhược điểm như thế nào?

Ưu điểm

• Phương pháp điện phân muối trong nước bể bơi có chi phí duy trì thấp, thân thiện với môi trường và người sử dụng.
• Hệ thống máy điện phân muối vận hành đơn giản, dễ dàng bảo dưỡng.
• Nước muối từ quá trình điện phân có tác dụng tích cực với làn da và tóc, không gây hại. Chấm dứt cảm giác khó chịu, cay mắt, đỏ mắt, dị ứng da khi tiếp xúc với nước hồ bơi.
• Nước hồ bơi sẽ được khử trùng liên tục, vị mặn mặn giúp tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh.
• Clo được sử dụng trong quá trình điện phân làm sạch nước bể bơi sẽ được chuyển hóa trở lại thành muối trong vài giờ.
• Quy trình điện phân muối nước bể bơi không tạo ra sản phẩm độc hại.
• Muối NaCl rẻ tiền, giúp giảm đáng kể chi phí vận hành hồ bơi.

Nhược điểm

• Điện phân muối NaCl cho bể bơi cần có thiết bị chuyên dụng. Vì vậy chi phí đầu tư ban đầu sẽ cao hơn phương pháp sử dụng hóa chất.
• Sau một vài năm sử dụng, một số thiết bị đòi hỏi người dùng phải thay thế điện cực. Bởi vì chúng sẽ giảm dần tác dụng theo thời gian.
• Điện phân NaCl trong nước hồ bơi có thể làm cho nồng độ pH trong nước tăng lên. Bạn phải thường xuyên kiểm tra nồng độ pH trong hồ bơi và can thiệp để đưa về mức cân bằng.
• Cl sản xuất ra từ quá trình điện phân cũng kém bền vững, dễ chuyển hóa thành muối. Nên đương nhiên khả năng khử trùng sẽ không cao bằng xử lý hóa chất.
• Tuy có một vài nhược điểm nhưng phương pháp điện phân muối trong hồ bơi vẫn là cách an toàn và nhiều tiềm năng phát triển. Hiện nay ở Việt Nam cũng có nhiều dự án bể bơi tư nhân, hồ bơi thương mại sử dụng máy điện phân muối, tạo thành bể bơi nước mặn thu hút khách hàng.

Sở hữu đội ngũ kỹ thuật viên lành nghề, giàu kinh nghiệm với giải pháp công nghệ lắp đặt thông minh, hiện đại, Minchico tự hào mang đến dịch vụ thiết kế thi công bể bơi gia đình trọn gói tối ưu nhất cho mọi nhà. Liên hệ ngay 0975951345

Sử dụng thiết bị gì điện phân muối NaCl trong hồ bơi?

Ứng dụng phương pháp điện phân muối trong nước hồ bơi cần có sự hỗ trợ của thiết bị chuyên dụng. Bộ thiết bị sẽ bao gồm bảng điều khiển và CELL điện phân gồm các kim loại được kết nối với hộp điều khiển. Dưới đây là danh sách các thiết bị điện phân muối hồ bơi tốt nhất:

Máy điện phân muối Kripsol KLS30.C

Máy điện phân muối Kripsol KLS30.C có khả năng tạo ra hiệu suất tối đa Cl là 30g/giờ với nồng độ muối từ 5 – 6kg/m3. Máy có thiết kế nhỏ gọn, phù hợp với hồ bơi có thể tích từ 90 – 150m3. Các tế bào điện phân của chiếc máy được thiết kế với hơn 15.000 giờ hoạt động, tương đối bền bỉ, tuổi thọ kéo dài.

Máy điện phân muối Emaux Series SSC

Máy điện phân muối Emaux Series SSC có sẵn 3 dòng:

• SSC – E tạo Clo bản tiêu chuẩn. Sản phẩm có nhiều model khác nhau, phù hợp với hồ bơi có thể tích từ 45.000 lít – 110.000 lít. Thời gian vận hành của thiết bị từ 15g/ giờ – 45g/ giờ.
• SSC – T tạo Clo có công tắc thời gian. Tương tự, sản phẩm cũng có nhiều model khác nhau với thể tichs bể bơi từ 45.000 lít – 110.000 lít. Tuy nhiên máy có công tắc thời gian linh hoạt.
• SSC – TLT là dòng cao cấp hơn, tích hợp cả công tắc thời gian và đèn báo.

Máy điện phân muối  Kripsol KLX

Máy điện phân muối  Kripsol KLX có thiết kế nhỏ gọn, dễ sử dụng. Thiết bị có nhiều model khác nhau, phù hợp với hồ bơi có thể tích từ 20 đến 200m3. Thiết bị có khả năng duy trì nồng độ muối trong nước hồ bơi ở mức 3g/l – 100g/l. Trung bình lượng Clo tạo ra trong quá trình điện phân là 8, 16, 22, 33, 50 g/h

Lưu ý quan trọng khi sử dụng phương pháp điện phân NaCl cho hồ bơi

Máy điện phân muối cho hồ bơi dễ sử dụng và tương đối an toàn. Tuy nhiên có một vài lưu ý quan trọng cho người sử dụng:

• Tắt toàn bộ hệ thống, điều chỉnh về mức 0 khi châm thêm muối NaCl cho máy.
• Luôn duy trì nồng độ muối trong hồ bơi ở mức khuyến nghị 4000ppm trở lên (tương đương 4kg muối/m3 nước).
• Không nên chạm tay vào bộ phận tản nhiệt của máy, vì nó có thể gây bỏng cho bạn.
• Minchico khuyên bạn nên sử dụng thêm hóa chất Clo với liều lượng vừa phải để xử lý hồ bơi khi nước quá đục, bẩn để đạt chất lượng sử dụng tốt nhất.

Kết luận

Trên đây là toàn bộ quá trình điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn và ứng dụng của phương pháp điện phân NaCl trong đời sống cũng như xử lý nước hồ bơi. Hiện nay, rất nhiều khách hàng của Minchico quan tâm và ứng dụng phương pháp điện phân muối trong xây dựng hồ bơi nước mặn an toàn. Nếu quý khách hàng đang có nhu cầu tìm hiểu cho công trình của mình trong tương lại, đội ngũ kỹ thuật viên Minchico sẵn sàng hỗ trợ.