DE1145143B - Verfahren zur Elektrolyse von Salzloesungen in einer Dreikammerzelle - Google Patents
Verfahren zur Elektrolyse von Salzloesungen in einer DreikammerzelleInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
H14041 IVa/12h
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 14. MÄRZ 1963
Es ist an sich bekannt, in elektrolytischen Systemen
den Anoden- vom Kathodenstrom durch Diaphragmen aus einem selektivpermeablen Material zu trennen,
welches ein starres ionenaustauschendes Gitter und darin beweglich verteilt Ionen der entgegengesetzten
Polarität aufweisen. So kann man Zuckerlösungen in einer Dreikammerzelle entionisieren, in welcher die
Kammern durch Diaphragmen aus Ionenaustauschermaterial voneinander getrennt sind. Die zu behandelnde
Zuckerlösung befindet sich dabei in dem elektrodenfreien Raum. Weiterhin kann in derartigen
Dreikammerzellen eine Elektrodialyse durchgeführt werden, wobei sehr verdünnte Elektrolytlösungen zur
Anwendung kommen und die angelegte Spannung unterhalb der Zersetzungsspannung des Elektrolyten
liegt.
Es wurde nun gefunden, daß auch die Elektrolyse von Salzlösungen sehr zweckmäßig in einer Dreikammerzelle
durchgeführt werden kann, die je ein Kathoden- und ein Anodendiaphragma aus selektiv- a°
permeablem Material enthält, wobei man die Salzlösung in die Anodenkammer einführt und gleichzeitig
durch die Mittelkammer Wasser leitet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gelangt das aus der Mittelkammer abfließende »5
Wasser über eine Leitung in die Kathodenkammer. Es ist ferner sehr zweckmäßig, bei dem neuen Elektrolyseverfahren
ein poröses Kathodendiaphragma zu verwenden.
Ein wesentlicher Vorteil der neuen Arbeitsweise besteht darin, daß mit einer hohen Stromausbeute gearbeitet
werden kann, da die Wanderung bestimmter Ionenarten von einem Elektrolytraum in den anderen
und die Wanderung von Molekülen unterbunden wird und somit auch eine Vermischung der sich bildenden
Reaktionsprodukte sowie eine Erzeugung unerwünschter Nebenprodukte weitgehend verhindert werden
kann.
Bei der bisher üblichen Elektrolyse von z. B. Kochsalzlösungen zwecks Erzeugung von Chlor und Ätznatron
hat man z. B. versucht, ein Vermischen des an der Kathode abgeschiedenen Alkalis und das an
der Anode abgeschiedenen Chlors durch ein poröses Diaphragma abzustellen, welches die Zelle in einen
Kathoden- und einen Anodenraum unterteilt. Die bei der Dissoziierung desÄtznatrons gebildeten Hydroxylionen
wanderten aber unter dem Einfluß der angelegten elektrischen Spannung durch das Diaphragma
hindurch zur Anode, wo sie Anlaß zu einer Reihe sehr unerwünschter Nebenreaktionen gaben. Diesem
Übelstand kann man nur abhelfen, indem man die Elektrolytlösung mit solcher Geschwindigkeit durch
Verfahren zur Elektrolyse von Salzlösungen in einer Dreikammerzelle
Anmelder:
Hooker Chemical Corporation,
Niagara Falls, N. Y. (V. St. A.)
Niagara Falls, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter: Dr.-Ing. K. Boehmert
und Dipl.-Ing. A. Boehmert, Patentanwälte,
Bremen 1, Feldstr. 24
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 23. Januar 1952 (Nr. 267 846)
V. St. v. Amerika vom 23. Januar 1952 (Nr. 267 846)
Sidney Godolphin Osborne, Saint Davids, Ontario
(Kanada),
und George Theodore Miller, Lewiston, N. Y.
und George Theodore Miller, Lewiston, N. Y.
(V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden
sind als Erfinder genannt worden
die Zelle und damit durch das Diaphragma strömen läßt, daß die Hydroxylionen in den Kathodenraum
zurückgeschwemmt werden. Durch diese Maßnahme wird jedoch gleichzeitig die gewünschte Zersetzung
der Salzlösung ziemlich stark behindert, so daß höchstens eine 50°/oige Zersetzung eintritt und damit die
Konzentration der erzeugten Natronlauge nicht mehr als etwa 12% beträgt.
Selbst wenn man diese Natronlauge auf einen Ätznatrongehalt von etwa 50% eindampft, enthält die
Lösung nach dem Abfiltrieren des ausgeschiedenen Kochsalzes immer noch etwa 18 bis 20 kg NaCl auf
1000 kg Ätznatron als Verunreinigung. Ein solches Produkt ist jedoch für viele Anwendungszwecke nicht
zu gebrauchen und muß daher durch umständliche und zum Teil auch kostspielige Kristallisations- und
Extraktionsverfahren weiter gereinigt werden.
Mittels der erfindungsgemäßen Arbeitsweise gelingt es nun, eine Rückwanderung der Hydroxylionen zur
Anode praktisch vollständig zu verhindern, falls man für die Diaphragmen ein selektiv für Kationen permeables
Material verwendet. Die Stromleitung erfolgt dann ausschließlich durch Natriumionen, wodurch
eine hohe Stromausbeute gewährleistet ist.
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3 4
Geeignete selektivpermeable Diaphragmen können dieNaOH-KonzentrationindemMitteh:auml8höchz.
B. unter Verwendung von Ionenaustauscherharzen, stens etwa 5% und im allgemeinen noch weniger, so
Zeolithen oder ähnlichen Stoffen hergestellt werden. daß die Zelle mit sehr hoher Stromausbeute arbeitet.
Derartige Diaphragmen lassen sich unter anderem Diese hochverdünnte Lauge wird über die Leitung 17
aus Filmen od* Folien erzeugen, die aus einer 5 ständig in den Kathodenraum zurückgeführt.
Grundmasse von z.B. natürlichem oder synthetischem Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das
Grundmasse von z.B. natürlichem oder synthetischem Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das
Kautschuk oder aus Polyäthylen bestehen, in die Kathodendiaphragma auch porös ausgestaltet sein, so
kleine Teilchen eines handelsüblichen Ionenaus- daß ein langsames Durchströmen des Elektrolyten
tauscherharzes eingebettet sind; Die" Menge des durch die Gesamtoberfläche dieses Diaphragmas hin-Harzes
kann zwischen 25 und 75% des Gesamt- io durch stattfindet.
gewichtes der Folie ausmachen. Zweckmäßig wird die Das Wasser läßt man über den Einlauf 15 mit
Größe der Harzteilchen dabei so gewählt, daß sie solcher Geschwindigkeit zuströmen, daß in dem Kadurch
ein Sieb mit 20 Maschen pro Zentimeter und thodenraum eine Natronlauge der gewünschten Stärke
0,3 mm Öffnungen hindurchgehen. Auch Zellglasfolie entsteht, die dann über den Abfluß 16 kontinuierlich
oder Folien aus ionenaustauschenden Phenol-Form- 15 abgezogen wird.
aldehydhaizen sind gut brauchbar. Weiterhin kann Wenn bei der Elektrolyse von Natriumchlorid
man wärmebeständige, faserige Materialien, wie Kohlendioxyd in den Katholyten eintritt, und zwar
Asbest, in Folien- oder Plattenform mit einem ionen- sowohl in den Kathodenraum als auch außerhalb der
austauschenden Kunstharz imprägnieren und das Elektrolysezelle, so führt dies zur Bildung von Na-Harz
anschließend in der FoEe härten, wodurch 20 triumcarbonat an Stelle von Natriumhydroxyd.
Diaphragmen mit sehr günstigen Eigenschaften er- Bei solchen Elektrolyseverfahren, bei denen ein
Diaphragmen mit sehr günstigen Eigenschaften er- Bei solchen Elektrolyseverfahren, bei denen ein
halten werden. Gas von einem der an den Elektroden hergestellten
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen noch Stoffe absorbiert werden soll, kann man so vorgehen,
näher erläutert: daß man entweder die Absorption innerhalb oder
Fig. 1 zeigt im Schnitt eine zur Durchführung des 25 außerhalb der Zelle vor sich gehen läßt. Jedoch ist in
Verfahrens geeignete Dreikammerzelle; allen Fällen die grundlegende Arbeitsweise der Zelle
Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau eines semi- und insbesondere der Diaphragmen im wesentlichen
permeablen Diaphragmas. die gleiche.
Di© elektrolytische Zelle 1 wird durch die beiden Der Grad der Vollkommenheit beim Betriebe unter
Diaphragmen 4 in drei Kammern unterteilt, nämlich 30 Verwendung derartiger Elektrolysediaphragmen ist
den Anodenraum 2, den Kathodenraum 3 und einen eine Funktion der Dichtigkeit oder der Anzahl der
Mittelraum 18. Im Anodenraum befindet sich eine größeren Poren, die zwischen den einzelnen Harz-Anode
7, die mit der Natriumchloridlösung 8 in Be- partikeln in der Diaphragmenfolie vorkommen,
rührung steht, und im Kathodenraum ist ein Ka- In einer vollkommenen, aus diesem Material her-
rührung steht, und im Kathodenraum ist ein Ka- In einer vollkommenen, aus diesem Material her-
thode9 angeordnet, die mit Wasser oder mit der 35 gestellten Membran wird der gesamte elektrische
Lauge 10 in Berührung steht. Die Zelle ist mit einem Stromfluß von der Anode zur Kathode durch positiv
Auslaßrohr 11 für das Chlorgas und mit einem Aus- geladene Natriumionen besorgt, und es findet kein
laßrohr 12 für das Wasserstoffgas ausgerüstet und be- Stromfluß in umgekehrter Richtung mit Hilfe von
sitzt außerdem einen Einlauf 13 sowie einen Auslauf Hydroxylionen oder anderen negativ geladenen Ionen
14 für die Salzsole, einen Wassereinlauf 15, ein Lei- 40 statt. In unvollkommenen Diaphragmen kommt es
tungsrohrl7, das den mittleren Raum 18 mit dem infolge von Undichtigkeiten zu einem gewissen Durch-Kathodenraum
3 verbindet, und einen Auslauf 16 für strömen des Elektrolyten, und die Stromausbeute
die Natriumhydroxydlösung sowie gegebenenfalls hängt bis zu einem gewissen Ausmaß von der Konweitere
zusätzliche Vorrichtungen für die je- zentration der erzeugten Natriumhydroxydlösung ab.
weils in ihr vorgenommenen elektrolytischen Ver- 45 Beim Betrieb einer Zelle mit zwei Diaphragmen gefahren,
maß der Erfindung, wobei das der Kathode zuge-
Die beiden Diaphragmen 4 weisen ein starres kehrte Diaphragma porös ist, und mit Wasser zwi-Gitter
aus negativ geladenen Ionen 6 (Fig. 2) und be- sehen den beiden Diaphragmen wird auf der Kawegliche
positiv geladene Ionen 5 auf, die für die thodenseite des ionenaktiven Diaphragmas eine
Elektrolyse von Kochsalzlösungen aus Natriumionen 50 Pufferzone geschaffen, und diese Maßnahme verminbestehen.
Die zu elektrolysierende Salzlösung wird in dert merklich die unerwünschten Folgen von Undichden
Anodenraum eingefüllt, und zwischen den beiden tigkeiten im Diaphragma.
Elektroden wird die zur Zersetzung erforderliche Beim Elektrolysieren von Natriumchloridlösungen
Spannung angelegt. In den Mittelraum 18 füllt man kann mittels des neuen Verfahrens leicht ein Ätz-Wasser
ein. 55 natron gewonnen werden, das in tausend Gewichts-
Bei der Elektrolyse von Kochsalzlösungen werden einheften nur 1/10 Gewichtseinheit Natriumchlorid
die Chlorionen an der Anode entladen, und das ge- enthält.
bildete Chlorgas wird über den Auslaß 11 abgezogen. Es können ohne Schwierigkeiten Ätznatronlösun-
Die frei werdenden Natriumionen treten durch die gen mit einem NaOH-Gehalt von 30 bis 40% erbeiden
Diaphragmen 4 hindurch und bilden an der 60 zeugt werden, was mittels der bisher bekannten
Kathode Natriumhydroxyd, während der frei Arbeisweisen selbst bei einer 100%igen Zersetzung
werdende Wasserstoff über den Auslaß 12 entweicht. des eingesetzten Kochsalzes nicht möglich war.
Es entsteht dabei eine praktisch salzfreie Natron- Die Erfindung wird durch das nachstehende Beilauge, da die Hydroxylionen höchstens in sehr kleinen spiel noch näher erläutert.
Mengen durch das Diaphragma 4 zwischen dem Ka- 65 .
Es entsteht dabei eine praktisch salzfreie Natron- Die Erfindung wird durch das nachstehende Beilauge, da die Hydroxylionen höchstens in sehr kleinen spiel noch näher erläutert.
Mengen durch das Diaphragma 4 zwischen dem Ka- 65 .
thodenraum und dem Mittelraum hindurchtreten Beispiel
können. Wenn z. B. in dem Kathodenraum eine Eine Stahlgitterkathode wurde von einer Graphit-
20%ige NaÖH-Lösung erzeugt worden ist, so beträgt anode durch zwei synthetische, kationenaktive Dia-
phragmen getrennt, die etwa 6,5 mm Abstand voneinander
hatten. Das der Anode zunächst stehende Diaphragma war eine formbeständige kationenaktive,
selektivpermeable Membran, die aus einer innigen und gleichmäßigen Dispersion von Kationen austauschenden
Harzpartikelchen in einer Grundmasse auf Polyäthylenbasis bestand. Das Kationen austauschende
Harz selbst war ein sulfoniertes Mischpolymerisat von Styrol und Divinylbenzol. Das der
Kathode zunächst stehende Diaphragma war ein wenig porös und ließ daher den Elektrolyten in geringem
Ausmaß hindurchtreten. In den Anodenraum wurde gesättigte Natriumchloridlösung und in den
mittleren Raum der Elektrolysezelle wurde Wasser eingefüllt. Während der Elektrolyse sickerte das
Wasser unter dem Einfluß der Elektroosmose langsam aus dem mittleren Raum durch das der Kathode
zunächst liegende Diaphragma und gelangte dann zur Stahlgitterkathode. Die Elektrolyse wurde über einen
Zeitraum von etwa 17 Stunden fortgesetzt. Es wurde eine Stromdichte von 9,69 Ampere je Quadratdezimeter
Diaphragmenoberfläche aufrechterhalten. Die Zellenspannung betrug 4,1 Volt bei einer Temperatur
von etwa 50° C und 3,65 Volt bei einer Temperatur von etwa 80° C. Die im Kathodenraum gebildete
Lösung wurde gesammelt und analysiert: sie enthielt 200 g Natriumhydroxyd im Liter und keinerlei Spuren
von Natriumchlorid. Die theoretisch berechnete Menge Natriumhydroxyd für die mittels eines Kupfercoulometers
gemessene Strommenge betrug 24,9 g. Tatsächlich wurden 16,44 g kochsalzfreies Natriumhydroxyd
in Form der 2O°/oigen, reinen Ätznatronlösung gewonnen, was einer Stromausbeute von etwa
67% entspricht.
Wenn die Wanderung der Anionen geregelt werden soll, so verwendet man ein anionenaktives Diaphragma,
und wenn die Wanderung sowohl der Anionen als auch der Kationen geregelt werden soll, wie
es bei der Elektrolyse von Natriumsulfat zwecks Herstellung von Schwefelsäure und Natriumhydroxyd erforderlich
ist, so ordnet man gegenüber der Anode ein anionenaktives Diaphragma und gegenüber der
Kathode ein kationenaktives Diaphragma an.
Claims (6)
1. Verfahren zur Elektrolyse von Salzlösungen in einer Dreikammerzelle, die ein Kathodendiaphragma
und ein Anodendiaphragma aus selektivpermeablem Material enthält, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Salzlösung in die Anodenkammer eingeführt und durch die Mittelkammer Wasser
geleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Mittelkammer abfließende
Wasser über eine Leitung in die Kathodenkammer gelangt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein poröses Kathodendiaphragma
verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß kationpermeable
Diaphragmen verwendet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 zur Elektrolyse einer Kochsalzlösung, dadurch gekennzeichnet,
daß Diaphragmen verwendet werden, die aus einem Stützmaterial und einem darin dispergierten gehärteten Ionenaustauschharz bestehen.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 zur Elektrolyse einer Kochsalzlösung, dadurch gekennzeichnet,
daß Diaphragmen verwendet werden, die aus einer mit Kunstharz imprägnierten Folie eines
wärmebeständigen, faserigen Materials bestehen, in welcher das Kunstharz anschließend an die Imprägnierung
gehärtet worden ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Belgische Patentschriften Nr. 484 577, 495 100,
496550;
496550;
französische Patentschrift Nr. 993 345;
norwegische Patentschrift Nr. 78 822;
Kolloid-Zeitschrift, Bd. 86 (1939), S. 313 bis 339; Bd. 112 (1949), S. 21 bis 26;
Journal of the American Chemical Society, Bd. 72 (1950), S. 1044.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
©309 539/349 3.63
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US267846A US2967807A (en) | 1952-01-23 | 1952-01-23 | Electrolytic decomposition of sodium chloride |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1145143B true DE1145143B (de) | 1963-03-14 |
Family
ID=23020376
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEH14041A Pending DE1145143B (de) | 1952-01-23 | 1952-10-03 | Verfahren zur Elektrolyse von Salzloesungen in einer Dreikammerzelle |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US2967807A (de) |
DE (1) | DE1145143B (de) |
GB (1) | GB764181A (de) |
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