DE2226434A1 - Verfahren zum herstellen von wasserstoffperoxid - Google Patents
Verfahren zum herstellen von wasserstoffperoxidInfo
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Description
zur Eingebe vom 26. Mal 1972 VA/ Name d. Anm. H. DUDLEY WRIGHT
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Wasserstoffperoxid, insbesondere die Herstellung verdünnter wäßriger Lösungen von
Wasserstoffperoxid durch kathodische Reduktion von Sauerstoff. Die Erfindung betrifft ferner eine semipermeable Membran von in
einem Fluorkohlenstoffpolymer dispergiertem Kohlenstoff, die zur
Herstellung von Wasserstoffperoxid auf elektrochemischem Wege als Kathode brauchbar ist.
Wasserioffperoxid ist bekanntlich insbesondere zur Desinfektion
ein für den Umweltschutz wertvolles Mittel; siehe zum Beispiel
W. C. Schumb et al, "Hydrogen Peroxide", Reinhold, New York (1955) und W. Machu, "Das Wasserstcffperoxyd und die Perverbindungen",
Springer, Wien (1951)· Die Verwendung von Wasserstoffperoxid beruht auf seinen oxidierenden Eigenschaften; siehe zum Beispiel
H. J. H. Penton, J. Chem. Soc. 65, 899 (1892O, 0. Masson, J. Chem.
Soc. 91» 1449 (1907)» das besonders in Gegenwart katalytischer
2+ 2+ + Mengen von Schwermetallionen wie Fe ,Mn , Ag hervorragende
bakterizide Eigenschaften hat; siehe zum Beispiel H. R. Ditmar et al, J. Bacteriol., 19, 203 (1930), L. Colbert et al, Ann. Inst.
Pasteur, 102, 278 (1962). .
Wasserstoffperoxid 1st besonders für die Entfernung verschiedener Arten von organischen Verunreinigungen, zum Beispiel von Phenolen
aus Wasser, und auch zur wirksamen Zerstörung von Cyaniden brauchbar. Wegen seiner ausgezeichneten desinfizierenden Wirkungen findet
Wasserstoffperoxid auch in der Nahrungsmittelindustrie, zum Beispiel in Molkereien und Schlachthäusern, weitgehende Anwendung,
sowie auch zur Sterilisierung von Trink- und Swimmingpoolwasser.
Ein wesentlicher Vorteil der Verwendung von Wasserstoffperoxid als
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Umweltschutzmittel besteht darin, daß es nach der Oxidation lediglich
Wasser zurückläßt. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem am meisten für die Reinigung und Desinfektion von Wasser
verwendeten Chlor. Bei der Lösung von Chlor in Wasser werden gemäß folgender Gleichung Hypochlor- und Salzsäure gebildet:
Cl2 + H2O HOCl.+ HCl
In Berührung mit einer oxidierbaren Substanz und unter dem Einfluß
von Sonnenlicht zersetzt sich die Hypochlorsäure gemäß folgender Gleichung:
HOCl 1/2 O2 + HCl
Die infolge der Bildung von Salzsäure eintretende Erniedrigung des pH-Wertes ist für viele Anwendungen>
zum Beispiel in Swimmingpools, unannehmbar. Selbst wenn der pH-Wert durch Zusatz einer Base
erhöht wird,, bleiben Chloridionen im Wasser. Diese Ionen korrodieren
schnell viele Metalle, insbesondere Eisen und Stahl, und sie sind deshalb unerwünscht.
Die Chlorierung von Abwässern ist ferner ein sehr komplexer Vorgang,
der zur Bildung giftiger Chlorverbindungen führen kann. Wenn zum Beispiel Cyanidionen enthaltende Abwässer mit Chlor behandelt
werden, finden die folgenden Umsetzungen statt:
CN" + ClO" + H2O ClCN + 2OH"
ClCN + 3H2O CNO" + Cl + 2H2O+
ClCN ist bei Raumtemperatur ein kurzlebiges Zwischenprodukt, das ein pH von 9 und mehr hat. Wenn die Konzentration der Cyanidionen
1 g/l übersteigt, führt die Reaktionswärme zu einer Erhöhung der Temperatur und zur Bildung von dem sehr giftigen Cyanchlorid. Die
gleiche Wirkung tritt ein, wenn die Acidität des Systems unter ein pH von 9 fällt.
Spuren verschiedener Phenole liegen oft in dem Grundwasser indu-
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strialisierter Gebiete vor. Bei der Behandlung dieser Verbindungen
mit Chlor entstehen chlorierte Phenole, die selbst bei einer Verdünnung von einem Teil je Billion dem Wasser einen unerwünschten
medizinischen Geschmack geben.
Trotz der vorstehend aufgezeigten Nachteile hat Wasserstoffperoxid
anstelle von Chlor noch keine weite Anwendung gefunden, und zwar hauptsächlich wegen der Herstellungskosten großer Mengen von Wasserstoffperoxid,
die etwa drei- bis viermal so hoch wie die von Chlor sind. Obwohl Chlor äußerst giftig ist und mit größter Sorgfalt
gehandhabt werden muß, ist es bei weitem nicht so gefährlich wie Wasserstoffperoxid, das nicht giftig ist, aber sich leicht zu
Wasser und Sauerstoff zersetzt, das zu einer Selbsterhitzung führt und rasch den Druck in geschlossenen Behältern mit der Gefahr
von Explosionen erhöht. Die Zersetzung kann durch gelöste Ionen insbesondere solcher der Übergangsmetalle, durch die Oberfläche
von Feststoffen, insbesondere den Oxiden oder Hydroxiden von Eisen, Blei und Quecksilber, katalysiert werden. Wasserstoffperoxid
ist im allgemeinen in Form einer wäßrigen 3 Hp^ en^hal~
tenden Lösung erhältlich. Aber auch solche Lösungen sind so unbeständig,
daß ihre Handhabung nur unter besonderen Vorsichtsmaßnahmen
erfolgen kann, wie äußerste Reinheit der für seine Anwendung erforderlichen Vorrichtungen, die aus bestimmten Materialien, insbesondere
vorzugsweise Kunststoffen oderAluminium, hergestellt
sein müssen. Die Kosten und die Schwierigkeiten, die mit der Handhabung von Wasserstoffperoxid verbunden sind, haben seina Anwendung
für den Umweltschutz sehr beeinträchtigt.
Ozon ist ein anderes Oxidationsmittel, das als Nebenprodukt nach seiner Reduktion lediglich ein harmloses Pe-rodukt, nämlich Sauerstoff,
hinterläßt. Auf den ersten Blick erscheint es überraschend, daß Ozon, das sogar noch weniger beständig als Wasserstoffperoxid
ist, so ein wichtiges Mittel für die Behandlung von Wasser wurde. Die mit der Handhabung und dem Transport von Ozon verbundenen Probleme sind indes durch die Entwicklung vonGeneratoren wesentlich
überwunden, durch welche Ozon durch die Oxidation von Sauerstoff am Ort der Anwendung gebildet"wird.
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Ozon ist ein ausgezeichnetes Germicid und ein starkes Oxidationsmittel;
aber es hat auch verschiedene offensichtliche Nachteile. Seine Herstellung ist teuer; für die Bildung von 1 kg Ozon sind
etwa 20 kWh an elektrischem Strom aufzuwenden, von Arbeitskraft, Kapital usw. abgesehen, so daß 1 kg Ozon etwa 20 Cent kostet, das
heißt das Dreifache wie Chlor. Z Ozon ist ferner ein Gas mit geringer Löslichkeit in Wasser, so daß besondere Vorrichtungen erforderlich
sind, um eine wirksame Auflösung in Wasser zu gewährleisten. Der bedeutendste Nachteil ist indes, daß Ozon zur eine
kurze Lebensdauer hat, so daß das mit Ozon behandelte Wasser praktisch keinen anhaltenden Schutz hat.
Wasserstoffperoxid weist keinen dieser Nachteile auf; es wird als Lösung in Wasser erhalten und ist bei niedriger Konzentration ausreichend
beständig, so daß es dem Wasser einen längeren Schutz gewährt .
Eine weitergehende Anwendung von Wasserstoffperoxid für den Umweltschutz
scheint im wesentlichen durch die Schwierigkeiten behindert worden zu sein, die mit seinem Transport und seiner Handhabung
verbunden sind; es besteht demnach ein großes Bedürfnis nach Generatoren, die auf einfache und preiswerte Art am Anwendungsort
die Herstellung von Wasserstoffperoxid ermöglichen. Die bekannten industriellen-Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffperoxid,
nämlich das zum Beispiel aus der US-Patentschrift 2.Ο59.569 bekannte Anthrachinonverfahren, nach welchem praktisch
das gesamte Wasserstoffperoxid heute hergestellt wird, oder das alte elektrochemische Verfahren, das auf der anodischen Oxidation
von Schwefelsäure beruht und das bis 1953 von großer Bedeutung war, sind schwierig, wenn nicht unmöglich in der Art zu vereinfachen,
daß sie auch durch weniger geübtes Personal ausgeführt werden können.
Es ist lange bekannt, daß Wasserstoffperoxid elektrolytisch durch kathodische Reduktion von Sauerstoff hergestellt werden kann. Nach
einem der ersten Verfahren, das von Fischer in der US-Patentschrift I.128.966 beschrieben worden ist, wird ein vorzugsweise saurer
Elektrolyt mit Wasserstoff oder Luft bei erhöhten Drücken, zum
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Beispiel von 100 Atmosphären, gesättigt. Der Sauerstoff reagiert
unter Bildung von Wasserstoffperoxid mit dem an der Kathode gebildeten Wasserstoff, die vorzugsweise eine amalgamierte Goldkathode
ist. Es sind dann weitere Metallkathoden bekannt. Aus der US-Patentschrift 2.000.815 sind Kathoden bekannt, die aktivierten Kohlenstoff
aufweisen, der auf einem leitenden porösen Teil, wie porösem Graphit oder Metall, abgelagert ist; Sauerstoff wird durch
die Elektrode geleitet, die, wie angenommen wird, mit dem an der Kathodenoberfläche in Berührung mit dem Elektrolyt gebildeten
Sauerstoff reagiert. Aus der US-Patentschrift 3.^521.477 ist bekannt,
daß die Berl-Kathode mit einem Redoxharz imprägniert werden
muß, um wiederkehrende Hydrochinoneinheiten zu haben, die angemessene
Ausbeuten an Wassersbaffperoxid gewährleisten.
Die bekannten elektrolytischen Methoden leiden an einem oder mehreren
Nachteilen. Ihre industrielle Anwendung scheitert insbesondere an der Entwicklung einer geeigneten Kathode. Bei Anwendung von Kathoden
aus Edelmetallen oder Graphit katalysiert das Kathodenmaterial die Zersetzung von Wasserstoffperoxid zu Wasser und Sauerdtoff,
wodurch die Ausbeute an Wasserstoffperoxid verringert wird. In anderen Fällen, besonders wenn Blei oder nicht behandelte Kohlenstoffkathoden
angewendet werden, zerstört das Wasserstoffperoxid die Kathode. In weiteren Fällen kann die Kathode durch die
Absorption von Verunreinigungen auf der Elektrodenoberfläche desaktiviert werden, die für einige Zellen erforderlichen erhöhten
Sauerstoffdrücke ergeben eine beachtliche Beanspruchung der Kathode.
Vorliegender Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, verbesserte Mittel zur Herstellung von Wasserstoffperoxid zur Verfügung zu
stellen.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte elektrolytische Methode zur Herstellung von Wasserstoffperoxid
auszubilden.
Eine weitere Aufgabe ist die Herstellung eines verbesserten Apparates
zur Herstellung von Wasserstoffperoxid.
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Eine weitere Aufgabe ist die Bildung eines verbesserten Kathodenmaterials,
das für die elektrolytische Herstellung von Wasserstoffperoxid verwendet werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die, daß wäßrige Lösungen von Wasserstoffperoxid mit niedrigen Kosten hergestellt werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung von Wasserstoffperoxid,
das als Desinfektionsmittel für den Umweltschutz eingesetzt werden kann.
Gemäß vorliegender Erfindung ist eine elektrolytische Zelle vorgesehen,
die eine Anode, eine Kathode und einen geeigneten alkalischen Elektrolyten aufweist. Die Kathode weist eine semipermeable
Membran auf, die aus Aktivkohle und einem fluorierten Polymer zusammengesetzt ist. Sauerstoff wird zwecks elektrochemischer Reduktion
zur Kathode geführt, der reduzierte Teil reagiert unter Bildung einer wäßrigen Lösung von Wasserstoffperoxid oder eines Alkalimetallsalzes
entweder mit Wasser oder Alkalimetallhydroxid.
Beispielsweise Ausführungen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt; es bedeuten:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht- einer erfindungsgemäßen Zelle;
Fig. 2 einen Längsschnitt der Zelle der Figur 1 nach 2-2; Fig. 3 einen Querschnitt der Zelle der Figur 1 nach 3-3; und
Fig. 4 ein Fließbild, das die Herstellung von Wasserstoffperoxidlösungen zur Verwendung im Umweltschutz zeigt.
Die in den Figuren 1 bis 3 gezeigte Zelle weist folgende Teile auf: eine zylindrische Kathode, deren Enden durch nicht leitfähigey
undurchlässige Endglieder 2 und 3 abgeschlossen sind; eine axial angeordnete Anode 4, einen Einlaß 5 für den Elektrolyten und Auslässe
6 zur Entfernung des Elektrolyten. Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist die Zelle mit einem ringförmigen Separator verse-
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f -7- 2226A34
hen, der zwischen und im Abstand von der zylindrischen Kathode 1
und der axialen Anode 4 angeordnet ist. Die Anode 2J erstreckt sich
durch ein Endglied, zum Beispiel das Endglied 2, undbis^· kurz vor
dem gegenüberliegenden Endglied, zum Beispiel dem Endglied 3. Der Separator steht in Berührung mit dem gegenüberliegenden Endglied
3 und erstreckt sich bis kurz vor das erste Endglied 2. Das gegenüberliegende Endglied 3 weist einen axial verlaufenden Einlaß 5
für den Elektrolyten auf und mehrere radial angeordnete Auslässe 6 für den Elektrolyten. Der Elektrolyt gelangt demnach durch den
Einlaß 5 in die Zelle, strömt durch den Anodenringraum zwischen Anode 4 und Separator 7 und dann durch den Kathodenringraum zwischen
der Kathode 1 und dem Separator 7 und dann durch die Auslässe 6. Die Außenseite der Kathode 1 ist Sauerstoffgas ausgesetzt,
das durch die Kathode 1 diffundiert und zu Wasserstoffperoxid reduziert wird.
Wenn auch die in Fig. 1 dargestellte Zelle eine bevorzugte Ausführung
der Erfindung ist, können auch andere Zellen angewendet werden, zum Beispiel die Zellen von Berl und Grangaard.
Die Zelle kann mit reinem Sauerstoff oder mit Sauerstoff enthaltenden
Gasgemischen wie Luft in Berührung gebracht werden. Der Gasdruck kann über oder unter atmosphärischem Druck liegen; es ist
indes ein Vorteil der Kathode vorliegender Erfindung, daß Luft bei atmosphärischem Druck gut verwendet werden kann.
Der Wasserstoffperoxid enthaltende Elektrolyt wird durch einen Auslaß 6 entnommen und als solcher verwendet oder zur Konzentration
oder Reinigung des Wasserstoffperoxids aufgearbeitet. Wenn ein alkalischer Elektrolyt angewendet wird, wird das Peroxid als
ein Salz erhalten. Das freie Wasserstoffperoxid kann in bekannter Weise leicht regeneriert werden, zum Beispiel durch Ionenaustausch
mit einem sauren Kation-austauschharz-. .
Die Struktur und die Zusammensetzung der Elemente der Zelle, von
der Kathode abgesehen, sind nicht Gegenstand der Erfindung, sondern bekannt. Die Anode kann zum Beispiel aus einer geeigneten,
elektrisch leitfähigen Substanz wie Nickel bestehen, das mit einer
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Schicht leitfähigen Nickeloxids oder eines anderen geeigneten Metalls
überzogen ist; der Separator kann aus irgendeinem geeigneten porösen Material, zum Beispiel aus Ionenaustauschmembranen, bestehen,
durch die Strom mit einem Minimum an Wassertransport gehen kann. Die besonderen Bedingungen dieses Systems sind durch den
Druck eines Oxidationsmittels in einem alkalischen Elektrolyten gegeben. Es wurde gefunden, daß die von der Dupont unter der Handelsbezeichnung
"Naflion" gelieferten Polyfluorsulfonsäuremembranen ein Minimum an H3O und H3O2 Transport aufweisen, eine ausgezeichnete
chemische Stabilität bei einem geringen Ohm'sehen Widerstand.
Die Endglieder können aus irgendeinem chemisch inerten, nicht leitfähigen, physikalisch starken Material bestehen.
Die Kathode ist das Kernstück der Zelle, die zu niedrigen Kosten eine wirksame Herstellung von Wasserstoffperoxid ermöglicht; sie
ist eine/Flüssigkeit impermeable, aber für Gas permeable Membran, die fein zerteilten, hochporösen Kohlenstoff aufweist, der in einem hydrophoben, chemisch inerten Fluorkohlenstoffpolymer dispergiert
ist.
Der zur Bildung dieser Membran gemäß der Erfindung verwendete fein
zerteilte poröse Kohlenstoff hat eine Teilchengröße im Bereich von etwa 10 bis etwa 500 Millimikron und eine Porosität bzw. Oberfläche
von etwa 10 bis etwa 100 Quadratmeter je Gramm. Beispiele soleher Kohlenstoffe sind Gasruß und die handelsübliche, Aktivkohle.
Ein bevorzugter Gasruß ist Acetylenruß, der eine Teilchengröße von etwa 40 bis etwa 55 Millimikron und eine Oberfläche von etwa ^O
bis etwa 70 Quadratmeter je Gramm aufweist. Graphitkohlenstoff kann indes nicht angewendet werden, da er die Zersetzung von Wasserstoffperoxid
katalysiert.
Die für die Zwecke der Erfindung brauchbaren Fluorkohlenstoffpolymere
sind die Polymere von Vinylidenfluorid und andere fluorhalti-
1 1
ge Monomere der allgemeinen Formel RR C = CF2, worin R und R Wasserstoff
oder Halogen, vorzugsweise Fluor, und R auch Trifluormethyl bedeuten können. Bevorzugte Monomere dieser Formel sind
R CF=CF2, worin R2 Fluor, Chlor oder Trifluormethyl bedeuten. Beispiele
solcher Monomere sind Vinylidinfluorid, Tetrafluoräthylen,
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— Q —
Monochlortrifluoräthylen, Hexafluorpropylen. Geeignete Polymere sind Homopolymere oder Copolymere dieser Monomere oder Copolymere
mit Pluorid. Das Molekulargewicht und die Struktur dieser Polymere sind für die Erfindung nicht entscheidend, vorausgesetzt, daß das
Polymer eine ausreichende strukturelle Reinheit aufweist, um als Kathode verwendet werden zu können. Das von der Dupont unter dem
Zeichen "Teflon" verkaufte Polytetrafluoräthylen ist bevorzugt. Membranen, die aus Mischungen von Polytetrafluoräthylen und PoIymonochlortrifluoräthylen
gebildet worden sind, sind ebenfalls höchst wünschenswert. Das Fluorkohlenstoffpolymer liegt in Form
eines fein zerteilten Feststoffes vor, der vorzugsweise, wenn gemischt mit dem Kohlenstoff, eine Teilchengröße von nicht mehr als
0,5 Mikron aufweist.
Das Verhältnis von Kohlenstoff zum Fluorkohlenstoffpolymer in der Kathode ist für die Erfindung nicht sehr kritisch\ es hängt von
den jeweils gewünschten Eigenschaften ab. Mit steigendem Kohlenstoffgehalt wird im allgemeinen die elektrische Leitfähigkeit und
die Porosität der Membran erhöht, während die Zugfestigkeit der Membran abnimmt. Brauchbare Membranen können etwa 5 bis etwa 90
Gew.-? des Fluorkohlenstoffpolymers und etwa 95 bis etwa 10 Gew.-#
Kohlenstoff enthalten. Membranen mit einem optimalen Gleichgewicht von Porosität, Leitfähigkeit und Festigkeit werden mit annähernd
gleichen Gewichtsteilen Kohlenstoff und Polymer erhalten, das heißt mit etwa 45 bis 55 Qev.-% Polymer und mit etwa 55 bis etwa
45 Gew.-St Kohlenstoff.
Die Membran wird in der Weise gebildet, daß man den fein zerteilten
Kohlenstoff und die fein zerteilten Polymerteilchen zur Bildung einer homogenen Mischung mischt und dann die Polymerteilchen
zur Bildung der porösen Membran sintert, die - wie wünschenswert ist - eine Stärke von etwa 0,1 bis etwa 2 mm und vorzugsweise von
etwa 0,4 bis etwa 0,6 mm hat.
Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird zur Bildung einer homogenen Aufschlämmung der Kohlenstoff mit einer wäßrigen
Dispersion des Fluorkohlenstoffpolymers gemischt. Die Aufschlämmung wird dann zu einem Blatt verformt und das Blatt wird zur Ent-
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fernung des Wassers erhitzt und das Polymer gesintert. Wenn man zum Beispiel eine im Handel^ erhältliche Emulsion von 60 % PoIytetrafluoräthylen
in Wasser (Teflon 30N) verwendet, wird bei Raumtemperatur eine, bezogen auf Trockenbasis, gleiche Teile Kohlenstoff
und Polymer enthaltende Aufschlämmung erhalten und dann zu einem Blatt ausgerollt. Das Blatt wird vorzugsweise einem ausreichenden
Druck unterworfen, um das Wasser zu entfernen. Drücke von etwa 1 bis etwa 20 kp/cm sind wünschenswert, wobei Drücke an der
oberen Grenze dieses Bereiches, das heißt von mehr als etwa 10
2 ■'"'
kp/cm bevorzugt werden.
Eine zweite Ausrollung erfolgt bei mäßig erhöhter Temperatur, zum Beispiel bei etwa 80 bis 120° C und vorzugsweise bei etwa 90° C,
um weiteres Wasser auszutreiben. Das Blatt wird dann bei etwa 100 bis etwa 150° C, vorzugsweise bei etwa 120° C, erhitzt, um den
Trockenprozeß zu Ende zu führen, und dann kurz Temperaturen von etwa 325 bis etwa 375°» vorzugsweise von 350° C, unterworfen, um
die Polymerteilchen zu schmelzen bzw. zu sintern. Das Verfahrensprodukt ist ein zähes, biegsamea Blatt, das eine Dichte im Bereich
von etwa 0,4 bis etwa 0,8 g/cnr hat, das für Sauerstoff permeablel,
aber für Wasser impermeabel ist.
Die Membran kann als solche verwendet werden, besonders bei den höheren Gehalten an Kohlenstoff. Es wird indes bevorzugt, einen
elektrischen Kontakt zur Membran mit einem porösen, elektrisch leitfähigen Material zu machen. Geeignete Kontaktelemente sind Metallgaze,
Metallsiebe und dergleichen, poröser Graphit oder andere poröse Elemente. Die Strukturfestigkeit der Membran kann durch
Einverleibung faserförmiger Materialien wie Glas- oder polymerer Pasern innerhalb der Membrane selbst gefördert werden.
Der verwendete Elektrolyt ist ein alkalischer wäßriger Elektrolyt,
vorzugsweise eine wäßrige Lösung eines Alkalimetallhydroxids, wie Natrium-, Kalium- oder Lithiumhydroxid, oder ein Alkalimetallcarbonate
wie Natrium- oder Kaliumcarbonat; Hydroxide und Carbionate von Natrium und Kalium sind bevorzugt. Die Konzentration des Elektrolyten
ist nicht Gegenstand der Erfindung, die geeigneten Konzentrationen, um eine angemessene Leitfähigkeit zu erhalten, kön-
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nen durch Versuche einfach ermittelt werden. Ein besonders bevorzugter
Elektrolyt ist 1N-Natriumhydroxid. Wenn solche Elektrolyten
verwendet werden, ö wird der größte Teil des Wasserstoffperoxids in Form seines Monoalkalimetallsalzes, zum Beispiel als.Mononatrium-
oder Monokaliumsalz, gebildet. Wasserstoffperoxid kann in bekannter
Weise aus diesen Salzen gewonnen werden, zum Beispiel dadurch, daß
man den peroxidhaltigen Elektrolyten mit einem sauren Kationaustauschharz behandelt. Wenn gegebenenfalls die Alkalimetallsalze
von Wasserstoffperoxid verwendet werden können, kann man von solchen Entsalzungsverfahren absehen.
In den folgenden Beispielen sind weitere Ausführungen der Erfindung
beschrieben.
Acetylenruß mit einer Teilchengröße von kO bis 50 mu wurde mit einer
60-prozentigen wäßrigen Dispersion von Polytetrafluoräthylen (Teflon 30N) und weiteren Mengen Wasser in Mengen gemischt, die
ausreichen, um eine Aufschlämmung zu ergeben,, die £€ ein Teil Ruß
und ein Teil Polytetrafluoräthylen und zehn Teile Wasser enthielt.
Die Aufschlämmung wurde bei Raumtemperatur zur Bildung eines Blat-
tes unter einem Druck von iO kp/cm ausgerollt. Das Ausrollen wurde
bei etwa 90° C wiederholt und das Blatt dann zwei Stunden auf 120° C erhitzt. Schließlich wurde das Blatt drei Minuten auf 35O0C
erhitzt und auf Raumtemperatur abgekühlt. Die erhaltene Membran war ein flexibles, lederartiges Material mit einer Dichte von 0,5
2
g/cm , die für Sauerstoff permeabel, aber für Wasser impermeabel war. Es wurde dann eine Metallgaze auf eine Seite der Membran als elektrischer Kontakt gepreßt. Das Metall, wie Nickel bzw. säurefester Stahl, müssen gegenüber der gleichzeitigen Einwirkung von Wasserstoffperoxid und einer kaustischen Alkalilösung eine gute Korrosionsfestigkeit haben.
g/cm , die für Sauerstoff permeabel, aber für Wasser impermeabel war. Es wurde dann eine Metallgaze auf eine Seite der Membran als elektrischer Kontakt gepreßt. Das Metall, wie Nickel bzw. säurefester Stahl, müssen gegenüber der gleichzeitigen Einwirkung von Wasserstoffperoxid und einer kaustischen Alkalilösung eine gute Korrosionsfestigkeit haben.
ie erhaltene Membran wurde zu einem Zylinder mit der Nickelgaze auf der Außenseite verformt und dann als Kathode einer Zelle verwendet,
wie sie in den Figuren 1 bis 3 der Zeichnungen dargestellt
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ist. Die Anode ist eine poröse Nickelelektrode; der Separator ist ein Ionenaustauschmembranrohr, das einen Außendurchmesser von 3 cm
und eine Stärke von 0,05 mm hat. Der Abstand zwischen dem äußeren Rand dieses Rohres und dem inneren Rand der Kohlenstoffmembrane
ist 3 mm.
Der Elektrolyt war eine molare Lösung von Kaliumhydroxid in Wasser,
Die Gesamtlänge des Reaktors betrug 25 cm und der Elektrolyt
wurde in einer Menge von 125 ml/h durchgeleitet.
An die Elektroden wurde eine Gleichstromquelle angelegt und bei einer Spannung von 2,4 V ging ein Strom von 5 A durch das System.
Die Außenfläche der Kathode war der Raumluft ausgesetzt und Sauerstoff aus der Luft diffundierte durch die Poren der Kathode und
kam mit dem Elektrolyten in Berührung.
Der Sauerstoff der Luft wird zu Wasserstoffperoxid an der Luft/ Elektrode/Elektrolyt-Zwischenfläche reduziert und der Wasserstoff
als soüier bzw. als das Monokaliumsalz diffundiert in dem Kathodenraum
und wird von dort mit dem Elektrolyten -8· zu dem Auslaß der
Zelle geführt. Die den Reaktor verlassende Lösung hat eine Wasserstoffperoxidkonzentration von 2,4 %t was einer Stromausbeute von
94,6 % entspricht.
Der Versuch des Beispiels 1 wurde wiederholt mit der Abweichung^
daß der Elektrolyt eine fünfmolare Lösung von Kaliumcarbonat in Wasser war, die stationär innerhalb des Reaktors verblieb.
Es wurde Wasserstoffperoxid mit einer anfänglichen Stromausbeute von 200 % gebildet, die mit wachsender Wasserstoffperoxidkonzentration
abfiel, bis eine Konzentration von 10 g Wasser;., toffper-
ent oxid je 100 g Wasser erreicht war. Dann/sprach die Geschwindigke ;
der Zersetzung von Wasserstoffperoxid der seiner Bildung.
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BEISPIEL 3
Der Versuch des Beispiels 1 wurde wiederholt mit der Abweichung, daß die als Kathodenkontakt verwendete Metallgaze durch eine Membran
ersetzt war, die 5 Teile Graphit, dispergiert in 95 Teilen Polytetrafluorätliylen, enthielt, die in einer der Bildung der Kathodenmembran
entsprechenden Weise hergestellt worden war; die Ergebnisse waren die gleichen.
Das Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Abweichung, daß die Kathodenkammer
aus Aktivkohle (Darco G60, hergestellt und vertrieben von der Darco Division of Atlas Chemical Industries, Inc.)
hergestellt worden war; sie hatte eine ]
wurden die gleichen Ergebnisse erzielt.
wurden die gleichen Ergebnisse erzielt.
2 hergestellt worden war; sie hatte eine Dichte von 0,7 g/cm ; es
Der Kern vorliegender Erfindung liegt darin, daß die Kathodenmembran
porös ist. Aus diesem Grunde erfolgt eine Sinterung des teilchenförmigen Polymers. Wenn der Porendurchmesser ausreichend klein
ist, verhindert die hydrophobe Natur des Polymers das Eindringen des wäßrigen Elektrolyten in die Poren. Die Poren der Membran haben
Durchmesser, die oberhalb und unterhalb dieser Porengröße liegen, so daß sowohl der Elektrolyt wie der Sauerstoff eindringen
und innerhalb des Körpers der Membran in Berührung kommen. Es ist indes erwünscht, daß die Porosität der Membran derart ist, daß sie
für Wasser impermeabel ist. Die Membran sollte infolgedessen frei von Poren sein, die sich längs des Weges erstrecken, durch welche
ein Durchgang des Elektrolyten durch die Membran ermöglicht sein würde. Diese ausgeglichene Porosität läßt sich leicht durch das
beschriebene Sinterungsverfahrenerreichen.
Wie bereits angegeben^, kann die beschriebene und dargestellte
Zelle in einem System verwendet werden, das für den Umweltschutz bzw. für Desinfektionen brauchbar Ist. Wie in Pig. 4 veranschaurlicht,
erfolgt der Betrieb eines solchen Systems in folgender Wei-
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se: In 10 wird Wasser entmineralisiert, in 12 wird das entmineralisierte
Wasser basisch gemacht, in Ik wird zum Beispiel mittels einer erfindungsgemäßen Zelle Wasserstoffperioxid erzeugt, in 16
erfolgt die Entsalzung der in Ik gebil-edeten Wasserstoffperoxidlösung
und schließlich weist dieses System Mittel auf, um die erhaltene Wasserstoffperoxidlösung i*r Einwirkung auf die zu behandelnde
Stelle zu bringen.
Die Art der Entmineralisierung ist für die Erfindung nicht kritisch,
vorausgesetzt, daß sie die Konzentration der Mineralsalze auf eine Höhe bringt, bei welcher die folgende Bildung von Wasserstoffperoxid
nicht wesentlich beeinflußt wird, übliche Ionenaustauschverfahren
sind für die meisten Zwecke ausreichen.
Die Mischung in 10 kann mittels eines Mischtanks oder einer Pumpe oder lediglich durch die Verbindung von zwei Rohren erfolgen, um
eine alkalische Substanz mit dem entmineralisierten Waseer zu mischen,
um dieses basisch zu machen. Wie bereits angegeben, ist der im Generator I^ verwendete Elektrolyt ein wäßriger alkalischer
Elektrolyt.
Im Generator 14 werden Hydroxidionen bei der Anode durch die Umsetzung
HOH" ■*► O2 + 2H2O + 4e~
verbraucht, während Hydroxidionen an der Kathode gemäß der Umsetzung
2H2O + O2 + 2e~ *- H2O2 + 20H~
gebildet werden.
Auf diese Weise wird die Erschöpfung des Elektrolyten an der Anode
vermieden, was wesentlich ist, um einen schnellen Transport der Hydroxylionen von der Kathode zur Anode zu gewährleisten, was
durch Pumpen des kaustischen Alkalielektrolyten zunächst durch den Anoden- und dann durch den Kathodenraum geleichtert werden
20988A/1182
Die Art der Entsalzung in 16 ist nicht kritisch für die Erfindung;
es können bekannte Entsalzungsverfahren angewendet werden. Für
diesen Zweck bekannte Mittel sind zum Beispiel Ionenaustausch, Umkehrosmose, Elektrodialyse. Verschiedene, sauerstoff- und alkalibeständige Systeme sind bekannt und können angewendet werden. Für die Entsalzung ist ein Verfahren bevorzugt, bei welchem die Alkaliionen durch eine Membran als Ergebnis der Anwendung elektrischer Energie gefördert werden, zum Beispiel durch ei-e-ne Elektrodialyse; vgl. zum Beispiel S. B. Tuwiner, "Diffusion and Membrane Technology", Reinhold Publishing Corp., New York, New York 1962. Gute Ergebnisse werden mit 0,05 mm starken PolyfluorsulfonsäureCNaflion-)* Membranen erzielt. Die Stärke der Membranen sollte so klein wie
möglich sein, um den Ohmwiderstand zu verringern, und somit Energieverluste, die zu einer Erhitzung des Systems führen und dadurch die Stabilität des Wasserstoffperoxids beeinträchtigen würden.
diesen Zweck bekannte Mittel sind zum Beispiel Ionenaustausch, Umkehrosmose, Elektrodialyse. Verschiedene, sauerstoff- und alkalibeständige Systeme sind bekannt und können angewendet werden. Für die Entsalzung ist ein Verfahren bevorzugt, bei welchem die Alkaliionen durch eine Membran als Ergebnis der Anwendung elektrischer Energie gefördert werden, zum Beispiel durch ei-e-ne Elektrodialyse; vgl. zum Beispiel S. B. Tuwiner, "Diffusion and Membrane Technology", Reinhold Publishing Corp., New York, New York 1962. Gute Ergebnisse werden mit 0,05 mm starken PolyfluorsulfonsäureCNaflion-)* Membranen erzielt. Die Stärke der Membranen sollte so klein wie
möglich sein, um den Ohmwiderstand zu verringern, und somit Energieverluste, die zu einer Erhitzung des Systems führen und dadurch die Stabilität des Wasserstoffperoxids beeinträchtigen würden.
Die so hergestellte Wasserstoffperoxidlösung wird dann mit der zu behandelnden Stelle in Berührung gebracht. Die Bedingungen einer
Berührung sind sehr verschieden, da sie von der zu bewirkenden
Behandlung abhängen. Diese Behandlungen sind nicht -g Gegenstand
der Erfindung. In vielen Fällen sind sie bekannt oder durch· einfache Versuche schnell zu ermitteln. In vielen Gebieten der Anwendung ist es wünschenswert, die Wirkung der Behandlung zu überprüfen mit einer geeigneten Rückführung, um den Strom zum Generator 14 einzustellen, so daß die erforderliche Menge Wasserstoffperoixid gebildet wird. Wenn man zum Beispiel verschmutztes Wasser behandelt, kann entweder die Konzentration des Wasserstoffperoxids oder die Konzentration der Verunreinigung überprüft werden und die Menge des erzeugten Wasserstoffperoxids entsprechend
Berührung sind sehr verschieden, da sie von der zu bewirkenden
Behandlung abhängen. Diese Behandlungen sind nicht -g Gegenstand
der Erfindung. In vielen Fällen sind sie bekannt oder durch· einfache Versuche schnell zu ermitteln. In vielen Gebieten der Anwendung ist es wünschenswert, die Wirkung der Behandlung zu überprüfen mit einer geeigneten Rückführung, um den Strom zum Generator 14 einzustellen, so daß die erforderliche Menge Wasserstoffperoixid gebildet wird. Wenn man zum Beispiel verschmutztes Wasser behandelt, kann entweder die Konzentration des Wasserstoffperoxids oder die Konzentration der Verunreinigung überprüft werden und die Menge des erzeugten Wasserstoffperoxids entsprechend
aufgestellt werden, um zum Beispiel eine gewünschte Konzentration
ι Wasserstoffperoxid oder Verunreinigungen zu erzielen. Geeignee
Vorrichtungen svtr für eine automatische Regelung sind bekannt;
iie sind nicht Gegenstand der Erfindung.
te folgen ,-?n Beispiele veranschaulichen die'Verwendung erfin-
209884/1182 '':
dungsgemäß hergestellter Wasserstoffperoxidlösungen für verschiedene
Zwecke des Umweltschutzes.
Als Modell für Abwässer wurde eine wäßrige Lösung von 5 mg/1 Phenol
verwendet. Nach dem Einstellen des pH der Lösung auf 3 mit einem Standard-Acetatpuffer roch sie stark nach Phenol. Diese Flüssigkeit
wurde mit 2 ml einer dreiprozentigen Lösung der wie oben angegeben hergestellten Wasserstoffperoxidlösung zugleich mit 1 ml
einer 100 g/l Eisen(II)-Chloridlösung versetzt. Aufgrund einer spektroskopischen Analyse ergab sich, daß in zwei Minuten die Konzentration
an Phenol auf 3 mg/1 gefallen und nach fünf Minuten kein Phenol mehr festgestellt werden konnte und daß die Lösung ihren
charakteristischen Geruch völlig verloren hatte. Es wird angenommen, daß in diesem Fall die Mischung von Wasserstoffperoxid und
einem Eisen(II)-Salz als ein Oxidationsmittel durch die Bildung freier Hydroxylgruppen gemäß folgender Gleichung
Fe2+ +
Fe
2+
+ OH" + OH*
wirkt. H. R. Eisenhauer weist in J. Water Pollution Control Federation,
36, 1116-1128 (1964), darauf hin, daß der Mechanismus der Phenoloxidation durch folgende Gleichung wiedergegeben werden kann:
COOH
0OH
0OH
Die letzte Verbindung, die Muconsäure, hat keinen besonderen Geruch
und keine nachteiligen physiologischen Eigenschaften.
BETSPIEL 6
Cyanidlonen gehören zu den giftigsten bekannten Verbindungen und
209884/1182
sie müssen deshalb unbedingt aus industriellen Abwässern entfernt werden. Die in Abwässern erlaubte Konzentration ist etwa 0,01 bis
0,1 mg/1. Cyanide sind die in den Abwässern der Druckereien und in der Industrie der Metallflächenbehandlung, insbesondere der galvanischen
Industrie, üblichen Verunreinigungen. Als ein Modell für ein Cyanidionen enthaltendes Abwasser wurde eine wäßrige Lösung
mit 3 g/l KCN verwendet. Ein Liter einer solchen Lösung wurde mit 80 ml einer fünfprozentigen Lösung von Wasserstoffperoxid versetzt
und festgestellt, daß in neun Minuten 50 % und nach einer Stunde 99 % der Cyanidionen umgesetzt waren und daß nach zwei Stunden
keine Cyanidionen festgestellt werden konnten.
Eine genauere Prüfung der zwischen dem Wasserstoffperoxid und dem Kaliumcyanid eintretenden Umsetzung ergab, daß die folgenden Umsetzungen
wahrscheinlich sind:
1. KCN + H2O2 >
> KCNO + H2O
2. KCNO + 2H2O
K(NH2J)CO3
3. KCN + 2H2O2 ♦« HCOOK + NH,
Es wurde gefunden, daß 80 % des KCN zu K(NHj1)Co-, und der Rest gemäß
Gleichung 3 umgesetzt war, wobei die Umsetzung durch Wasserstoffperoxid katalysiert wird. Die Geschwindigkeit dieser Umsetzungen
wird beachtlich verringert, wenn das pH dieser Lösung kleiner als 7 oder größer als 9 ist.
Es wurde stets als notwendig festgestellt, mit einem Überschuß von
Wasserstoffperoxid zu arbeiten, weil sonst die Umsetzung nur nach der Gleichung 1 verläuft. Da das Cyanation selbst giftig ist, muß
man stets einen großen Überschuß von HpO2, das heißt mindestens
das Zweifache der theoretisch erforderlichen Menge, anwenden.
B E I. S P I E. L .. 7
Wasserstoffperoxid ist bekanntlich ein wirksames Desinfektionsmit
209884/1182
tel; vgl. zum Beispiel E. Ungermann, Hygien. Rundschau 23, 1137
(1913). Seine bakteriziden Eigenschaften sind kürzlich wieder genauestens geprüft worden, und es konnte gezeigt werden, daß durch
2+ Zusetzen geeigneter homogener Katalysatoren, zum Beispiel Pe Ionen, die Geschwindigkeit der Zerstörung pathogener Keime auf Werte
eingestellt werden kann, die denen des Chlors vergleichbar sind; vgl. L. Colbert et al, Ann. Inst. Pasteur 101, 278 (1962); Y. Peloux
et al, Ann. Inst. Pasteur, 101, 6 (1962). Um die Beständigkeit von Wasserstoffperoxid in Wasser und seine Langzeitwirkung
zu prüfen, wurden folgende Versuche mit einem Swimmingpool durchgeführt
:
Das Wasser eines an der offenen Luft liegenden Swimmingpools mit
einem Gesamtvolumen von 7 nr wurde mit Wasserstoffperoxid während eines Zeitraums von zwei Monaten behandelt; während dieser Zeit
wurde der Swimmingpool insgesamt 23 Stunden von Erwachsenen und acht Stunden von Kindern gebraucht. Wie aus P. Steinbrunn,-i» "Chemie
und Praxis dsr Schwimmbadpflege" und W. Husmann, "Vom Wasser",
Verlag Chemie GmbH, Weinheim/Bergstraße (1971), hervorgeht, sind 3 bis 4,5 mg/1 eine angemessene HpOp-Konzentration zur Behandlung
■θ- von Swimmingpoolwasser. Wenn der HpOp-Spiegel auf etwa 50 mg/1
eingestellt wurde, fiel täglich die Konzentration um etwa 5 mg/1. Während dieses Zeitraumes wechselte die Temperatur von einem Höchstwert
von 24° C bei Beginndes Versuchs auf einen niedrigsten Wert von 14° C am Ende des Versuchs. Die Konzentration an Wasserstoffperoxid
kann in einem Swimmingpool dieser Größe mittels eines Wasserstoffperoxidgenerators
konstant gehalten werden, der die Form eines Zylinders mit einer Höhe von 25 cm und einem Durchmesser von
5 era an der Basis hat, und er wird täglich zwei Stunden bei einer
Spannung von 3 V und einer Stromstärke von 8 A eingesetzt. Das Wasser in diesem Swimmingpool war von überragender Qualität; es war
völlig frei von jeglichem Geruch und Geschmack und weder Augen noch Haut wurden gereizt.
Die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist keineswegs auf die Behandlung von Abfallwasser beschränkt. Es gibt viele Möglichkeiten der Anwendung
von Wasserstoffperoxid enthaltenden wäßrigen Lösungen in der Nah-
209884/1 182
rungsmittelindustrie und auch in der Landwirtschaft. Eine allgemeine
Anwendung ist die Sterilisation von Behältern und anderen Einrichtungen,wie aber auch zum Reinigen und Desinfizieren von
Ställen und Tieren.
Es gibt weitere zahlreiche Fälle, für welche eine unmittelbare Behandlung
von Nahrungsmitteln mit Wasserstoffperoxidlösungen empfohlen worden sind, vgl. zum Beispiel die Verbesserung der Lagerungsmöglichkeit
von Ernten in Gegenden mit hoher Feuchtigkeit (US-Patentschrift 3.445.246), zur Entfernung des Geruches, Geschmacks
und Abfallwasser von Fischmehl (niederländische Patentschrift 6.512.234, veröffentlicht März 1967), zur Behandlung von
Eiprodukten zum Schutz gegen Salmonellinfektionen (Arch, Geflügelk.
28, 326-41 (1964)), für die Behandlung von Milch zur Erzielung eines niedrigen Gehaltes an Bakterien (Dairy Sei. Abstr. 28,
517 (1966)). Für alle diese und ähnliche Anwendungen kann die Einrichtung der Erfindung in einfacher Weise angewendet werden. Der
Auslaß des Entsalzers 16 wird in diesen Fällen mit einem geeigneten Behandlungsgefäß verbunden.
Eine weitere wichtige Anwendung der erfindungsgeraäßen Mittel liegt
auf dem Gebiet der Luftverschmutzungskontrolle. Ein allgemein bekanntes Verfahren zur Behandlung verschmutzter Luft ist das Waschen
mit einer Flüssigkeit, in der verschiedene mit den Schmutzstoffen reaktionsfähige Medien gelöst bzw. dispergiert sind; vgl.
zum Beispiel S. Calvert in "Air Pollution" ed. A. C. Stern, Academic
Press, New York, Band III, 457 (1968). Wäßrige Lösungen von
HpOp können zum Waschen von Gas verwendet werden, das SO2,. HpS
bzw. NO enthält; vgl. zum Beispiel Khim. Tekhnol. 13, 77-81 (1968)
(Russ.)}, und in allen weiteren Systemen, die mit HpO2 reagieren.
H2O2 reagiert zum Beispiel mit SO2 unter Bildung von H2SO^:
SO2 + H2O2 >* H2SO4
und mit HpS unter Bildung von Schwefel:
H2S + H2O2 >· S + 2H2O
209884/1182"
Für diese Anwendung ist der Auslaß des Entsalzers 16 mit einem
Wäscher verbunden, in welchem eine wäßrige Lösung von HpOp in den
Gasstrom injiziert wird.
Für diesen Versuch diente ein mit Bleispiralen versehener Luftwäscher
mit einem Gesamtvolumen von etwa 20 : 1. In den Kopf des
■ffasscQUeCc
Wäschers wurde/mit 117HiIfe eines Düsensprühkopfes (Jato D215 mit 5 Jets DIII, Größe 5) mit einer Geschwindigkeit von 18 l/min eingespritzt. Es wurde eine Mischung von SOp in Luft hergestellt, die 1,19 % SOp enthielt. Das Gasgemisch wurde durch den Wäscher mit Hilfe eines Ventilators mit einer Geschwindigkeit von 72 m /h ge-
Wäschers wurde/mit 117HiIfe eines Düsensprühkopfes (Jato D215 mit 5 Jets DIII, Größe 5) mit einer Geschwindigkeit von 18 l/min eingespritzt. Es wurde eine Mischung von SOp in Luft hergestellt, die 1,19 % SOp enthielt. Das Gasgemisch wurde durch den Wäscher mit Hilfe eines Ventilators mit einer Geschwindigkeit von 72 m /h ge-
T€ii£SaskeCt
blasen; die Lö&ttftg- war eine Lösung von 0,1 % H3O2 auf 20 % H2SO1^.
blasen; die Lö&ttftg- war eine Lösung von 0,1 % H3O2 auf 20 % H2SO1^.
Es wurde gefunden, daß am Ausgang des Wäschers der S02-Gehalt der
Luft auf 0,11 % verringert war, das heißt 92 % des SO2 waren entfernt.
Wenn die Lösung kein HpO2 enthielt, war kein SO2 aus dem
Gasgemisch entfernt.
20988W1 182
Claims (20)
1. Eine gaspermeable und flüssigkeitsimpermeable Membran, gekennzeichnet
durch einen fein zerteilen Kohlenstoff mit großer Oberfläche, der gleichförmig durch gesinterte, fein zerteilte
Peststoffteilchen eines hydrophoben Polymers eines Monomers der Formel RR C=CP2/verteilt ist, worin R und Rx Wasserstoff
oder Halogen und R auch Trifluormethyl sein können.
2. Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie etwa 5 bis etwa 90 Gew.-% des Polymers und etwa 95 bis etwa 10 % .
des Kohlenstoffs enthält.
3. Membran nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoff
eine Teilchengröße im Bereich von etwa 10 bis etwa 500 Millimikron und einer Oberfläche von etwa 10 bis etwa 100
Quadratmeter je Gramm besitzt.
4. Membran nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das PoIy-
2 2
mer ein Monomer der Formel R CF=CFp ist, worin R Chlor, Fluor
oder Trifluormethyl bedeutet.
5. Membran nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoff
eine Teilchengröße von etwa 40 bis etwa 55 Millimikron und eine Oberfläche von etwa 40 bis etwa 70 Quadratmeter
je Gramm aufweist.
6. Membran nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie etwa
45 bis etwa 55 Gew.-% Polymer und etwa 55 bis etwa 45 Gew.-?»
Kohlenstoff enthält.
7. Eine Gasdiffusionselektrode, gekennzeichnet durch ein Laminat
einer Membran gemäß Anspruch 1 in elektrischer Berührung mit
209884/ 1182
einem planaren, porösen, elektrisch leitfähigen Glied.
8. Eine elektrische Zelle, gekennzeichn£ durch eine Anode und
eine Kathode, wobei die Kathode eine Elektrode gemäß Anspruch 7 ist.
9. Eine insbesondere zur Herstellung von Wasserstoffperoxid geeignete
Zelle, die eine Kammer aufweist, die als eine Wand eine Elektrode gemäß Anspruch 7 besitzt.
10. Verfahren zum Herstellen wäßrigen Wasserstoffperoxids, dadurch
gekennzeichnet, daß man einen elektrischen Strom durch einen wäßrigen Elektrolyten zwischen einer Anode und einer Kathode
führt, die eine Membran gemäß Anspruch 1 aufweist, von der nur eine Fläche in Berührung mit dem Elektrolyten steht, und Sauerstoff
zu der anderen Fläche der Kathode führt.
11. Verfahren zum Reinigen eines wäßrigen Mediums mit Wasserstoffperoxid
hergestellt gemäß Anspruch 10.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das wäßrige Medium eine phenolische Verbindung enthält.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das wäßrige Medium Cyanidionen enthält.
14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das wäßrige Medium Trinkwasser ist.
15· Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das wäßrige Medium Swimmingpoolwasser ist.
16. Verfahren zum Behandeln verschmutzter Luft, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Luft mit einer wäßrigen Wasserstoffperoxidlösung wäscht, die nach dem Verfahren des Anspruches 10
hergestellt worden ist.
17· Vorrichtung zum Reinigen eines wäßrigen Mediums, gekennzeich-
20988A/ 1 1 82
net durch folgende in Reihe geschaltete Elemente:
(a) eine Zelle gemäß Anspruch 7;
(b) Mittel zur Zuführung eines wäßrigen alkalischen Elektrolyten zu dieser Zelle;
(c) Mittel zur Entfernung des wäßrigen alkalischen Elektrolyten, der wenigstens ein Wasserstoffperoxid- oder das Monoalkalimetallsalz
dieses gelöst enthält;
(d) Mittel, um die so hergestellte Peroxidlösung mit dem wäßrigen Medium in Berührung zu bringen.
18. Apparat nach Anspruch 17a der Mittel zur Bildung des wäßrigen
alkalischen Elektrolyten aufweist, gekennzeichnet durch
(a) Mittel zur Entmineralisierung von Wasser und
(b) Mittel zum Vermischen des Alkalis mit dem entmineralisierten Wasser.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch Mittel zum Entsalzen des Peroxid enthaltenden Elektrolyten, der in der
Zelle gebildet worden ist, und Mittel,um das so aufgenommene Alkali wieder zu f der Mischvorrichtung zurückzuführen,
20. Vorrichtung gemäß Anspruch 17» gekennzeichnet durch' Mittel zur
Peststellung der Konzentration von wenigstens des Wasserstoffperoxids
in oder der aus dem wäßrigen Medium entfernten Verunreinigung und Mittel, die auf diese Mittel zur Peststellung
des Konzentration ansprechen, um den elektrischen Strom zur Zelle einzustellen, wodurch die Geschwindigkeit der Erzeugung
von Wasserstoff im Verhältnis der Konzentration des Peroxids oder der Verunreinigung in dem wäßrigen Medium gesteuert wird.
209884/118-2
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