Resumo: Neste trabalho investiga-se o desempenho de eletrodos de difusão gasosa modificado com
partículas de Cu, para a redução do oxigênio no processo de produção de cloro durante a
eletrólise da salmoura. Para a realização dos experimentos voltamétricos foi inicialmente estudada, a reação anódica relativa à oxidação do íon cloreto. Utilizada uma célula de compartimento único, com anodo do tipo DSA com área de 1,5 cm2, contra eletrodo de EDG e eletrodo de referência de
calomelano saturado (solução de KCl saturada) em solução de NaClO4 0,05 mol L-1 para a
identificação do potencial de desprendimento do oxigênio. Posteriormente adicionou-se 20g/L de
NaCl à solução de NaClO4 para observar o potencial de desprendimento do gás cloro na
superfície do DSA. Nesses ensaios duas temperaturas foram analisadas: 25 °C e 70 °C.
Na preparação dos catodos de difusão de oxigênio, foi usada uma massa precursora,
composta pelo pigmento carbonoso Printex e suspensão de pó de PTFE. O catalisador
introduzido foi o Cu metálico na forma de pó. O Cu foi introduzido na massa precursora
utilizando diferentes métodos, na proporção de 10% m/m. Para que fosse possível chegar na
porcentagem ótima de catalisador, estudos foram realizados com diferentes porcentagens de Cu
(5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%) sendo que a melhor foi de 10% m/m. Após as massas terem
sido preparadas, os eletrodos de difusão gasosa foram sinterizados. Para a sinterização dos eletrodos de difusão gasosa (EDG) foi pesada 0,2 g da massa
precursora e colocada no molde. O molde foi aquecido a uma temperatura de 340 °C para a
sinterização do eletrodo, sob pressão de 146 kgf/cm2, durante 2 horas. Após a sinterização, os
eletrodos foram submetidos a ensaios de permeabilidade.
Em etapa subseqüente, os eletrodos de difusão gasosa foram usados nos estudos
voltamétricos tendo sido submetidos a varreduras lineares de potencial de 0 a -2 V vs. ECS. Para
analisar a reação de redução do oxigênio no EDG, a solução de trabalho foi 320g/L de NaOH pH
13,6. A seguir, foram realizados ensaios de eletrólise a corrente constante usando o EDG ou
grafite pirolítico como catodos e o DSA como anodo. Nestes ensaios, utilizou-se uma célula com
dois compartimentos, separados por uma membrana catiônica NafionÒ N242. Cada
compartimento possuía um volume de 40 ml. Os eletrodos tinham área de 3,14 cm2. O anólito foi
uma solução de 250 g/L NaCl com pH 3 ajustado com HCl concentrado e o católito 320 g/L
NaOH. Durante as eletrólises o cloro dissolvido na forma de hipoclorito e o gás cloro foram
quantificados por meio de iodometria. Nos ensaios de voltametria linear o eletrodo que obteve um melhor desempenho, foi o EDG modificado com 10 % Cu tendo mostrado uma redução de 1.95 V na diferença de potencial da célula quando comparado ao carbono pirolítico. Já com temperatura de 70°C o potencial diminuiu cerca de 1.2 V.
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Abstarct: This work is investigating the performance of electrodes modified with gaseous diffusion
of particles of Cu, for reduction of oxygen in the production of chlorine during the electrolysis of
brine. Initially, the reaction was studied on the anodic oxidation of chloride ion. Using a single
cell compartment, with the type DSA anode with an area of 1.5 cm2 as work of reference and the
calomel electrode in KCl solution saturated cyclic voltammetries were performed using the
NaClO4 solution of 0.05 mol L-1 for identifying the potential for evolution of oxygen. By adding
20g / L of NaCl in the solution of NaClO4 to see the potential for evolution of chlorine gas on
the surface of the DSA. In these two tests were analyzed temperature: 25 °C and 70 °C.
In preparing the cathodes of diffusion of oxygen, was used a mass precursor, composed of
carbonaceous pigment Printex and suspension of the PTFE powder. The catalyst was introduced
in the form of Cu metal powder. The Cu was introduced in the mass precursor using different
methods, the proportion of 10% m / m. What could be reached in the great percentage of catalyst, studies were made with different percentages of Cu (5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%) and the
best was 10% m / m. After the bodies were prepared, the electrodes of gaseous diffusion were
synthesized. For the sintering of the electrodes of gaseous diffusion (GDS) was weighed 0.2 g of mass precursor and placed on the mold. The mold was heated to a temperature of 340 ° C for the
sintering of the electrode, under pressure of 146 kgf/cm2 for 2 hours. After sintering, the
electrodes were being tested for permeability. In subsequent stage, the electrodes of gaseous diffusion were used in voltammetric studies and submitted to linear potential sweeps from 0 to-2V vs. ECS. To examine the reactions of reduction of oxygen in the GDS, the solution of work was 320g / L NaOH pH 13.6. Then, tests were performed using constant current electrolysis to the GDS or pyrolytic graphite as cathode and DSA as anode. In these tests, using a cell with two compartments, separated by a membrane cationic Nafion N242. Each compartment has a volume of 40mL. The electrodes were area of 3.14 cm2. The anolyte was a solution of 250g / L NaCl at pH 3 adjusted with concentrated HCl and the catholyte was a solution of 320g / L NaOH. During the electrolyses the chlorine dissolved in the form of hypochlorite and chlorine gas were quantified by iodometry titration. The electrode that had a better performance as a cathode, the GDS was modified with 10% Cu having shown a reduction of 1.95 V difference in potential in the cell when compared to pyrolytic carbon. Already with a temperature of 70 °C decreased the potential 1.2 V.
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