DE2409193B2 - Elektrolysezelle und ihre verwendung zur chloralkali-elektrolyse - Google Patents
Elektrolysezelle und ihre verwendung zur chloralkali-elektrolyseInfo
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Description
35
Die Elektrolyse wäßriger Salzlösungen erfolgt gewöhnlich in Zellen, in denen Anode und Kathode durch
ein poröses Diaphragma getrennt sind Beim Betrieb derartiger Zellen kommt es jedoch in den meisten
Fällen zu einer beträchtlichen Ionen- und Molekülwanderung durch das poröse Diaphragma, so daß die
Kathodenflüssigkeit mit nicht zersetztem Elektrolyt und die Anodenflüssigkeit mit Reaktionsprodukten des
Kathoden- und Anodenmaterials verunreinigt sind. Um die Ionen- und Molekülwanderung während der
Elektrolyse zu kontrollieren, wurde bereits vorgeschlagen, das poröse Diaphragma dieser Zellen durch ein
flüssigkeits- und gasundurchlässiges Diaphragma zu ersetzen. So sind z. B. aus den US.Patentschriften
67 807 und 33 90 055 sowie der FR-PS 15 10 265 Elektrolysezellen bekannt die aus synthetischen organischen
lonenaustauscherharzen gefertigte Membranen als Diaphragmen bzw. Trennwände aufweisen. Als
geeignete Kunstharze sind z. B. Kationenaustauscherharze und sulfonierte Copolymerisate von Styrol und
Divinylbenzol genannt. Derartige Kunstharze besitzen jedoch verschiedene Nachteile:
a) sie werden durch starke Laugen und/oder konzentrierte
Säuren bei Temperaturen oberhalb etwa ho 7 5° C angegriffen;
b) sie sind nur über relativ kurze Zeit wirksam;
c) sie sind bei relativ hohen Herstellungskosten sehr kostspielig;
d) der Spannungsabfall durch die Membran nimmt 6s
außergewöhnlich zu, sobald die Liiugenkonzentration
in der Kathodenkammer über etwa 200 g/Liter
e) die lonenselektivität und chemische Verträglichkeit der Membran nimmt mit steigender Laugenkonzentration
im Katholyten ab;
f) die Laugenausbeute bzw. der Elektrolysewirkungsgrad
nehmen mit steigender Laugenkonzentration in der Kathodenkammer ab.
Aus der GB-PS 11 84 321 sind elektrochemische
Zellen bekannt, die zwischen Anode und Kathode eine einschichtige Membran mit selektiver Permeabilität als
Trennwand aufweisen. Die Membran ist praktisch flüssigkeits- und gasundurchlässig, verhält sich gegenüber
dem Elektrolyten und den Elektrolyseprodukten inert und besteht aus einem hydrolysierten Copolymerisat
von Tetrafluoräthylen und einem sulfonierten Perfluorvinyläther. Versuche haben ergeben, daß
EJektrolysezelJen mit einer Trennwand aus diesem Copolymerisat bei der Chloralkali-Elektrolyse ohne
Zersetzung des Diaphragmamaterials über längere Zeit betrieben werden können und hierbei Natronlauge mit
einem niedrigen Gehalt an Natriumchlorid liefern. Es hat sich jedoch herausgestellt daß die Laugen-Stromausbeute
mit steigender Laugenkonzentration im Katholyten oberhalb etwa 100 g/Liter abnimmt
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrolysezelle aus einem Gehäuse mit einer Anodenkammer
und einer Kathodenkammer sowie einer praktisch flüssigkeits- und gasundurchlässigen Trenn
wand zwischen Anodenkammer und Kathodenkammer zu schaffen, die aus einem hydrolysierten Copolymerisat
von Tetrafluoräthylen und einem sulfonierten Perfluorvinyläther der Formel
FSO2CF2CF2OCF(CF3)CF2OCf=CFj
mit einem Äquivalentgewicht von etwa 900 bis 1600 besteht, die mit hoher Stromausbeute über lange Zeit
ohne Zerstörung des Diaphragmas bzw. der Trennwand betrieben werden kann und in hoher Ausbeute
hochreine Produkte liefert und keine duirch lonen-
und/oder Molekülwanderung bedingte Strom- bzw. Produktverluste mit sich bringt
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst Die Erfindung betrifft somit den in den Patentansprüchen
gekennzeichneten Gegenstand.
Die erfindungsgemäß verwendete Trennwand besitzt selektive Permeabilität, ist praktisch flüssigkeits- und
gasundurchlässig und verhält sich gegenüber dem Elektrolyten sowie den Elektrolyseprodukten inert. Sie
unterdrückt bzw. vermindert die Wanderung von Molekülen und unerwünschten Ionen, ohne jedoch den
durch Wanderung der gewünschten Ionen bewirkten Stromfluß zu behindern. Die erfindungsgemäß verwendete
Trennwand besteht aus mindestens zwei Schichten der semipermeabien Membran, die entweder unmittelbar
aneinandergefügt oder durch ein poröses Material, vorzugsweise Asbest, voneinander getrennt sind.
Das Membranmaterial wird nach dem in der US-PS 32 82 875 beschriebenen Verfahren dadurch hergestellt,
daß man einen Perfluorvinyläther der Formel
FSO2CF2CF2OCF(Cf3)CF2OCF = CF2
bei Temperaturen unterhalb etwa 1100C mit Tetrafluorethylen
in wäßriger Phase vorzugsweise bei einem pH-Wert unterhalb 8 in Gegenwart eines Radikalinitiators,
wie Ammoniumpersulfat, umsetzt und anschließend die Acylfluoridgruppen auf übliche Weise zur
freien Säure bzw. zum Salz hydrolysiert.
Die Elektrolysezelle der Erfindung wird vorzugsweise
Die Elektrolysezelle der Erfindung wird vorzugsweise
Kir Elektrolyse einer wäßrigen Natriumchloridlösung
Jnter Entwickhing von Chlor, Natronlauge und Wasserstoff eingesetzt Im folgenden wird di ζ Erfindung
anhand dieser Ausführungsform erläutert.
In der Zeichnung ist eine beispielhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Elektrolysezelle gezeigt Die
Elektrolysezelle 1 weist eine Anode 2 und eine Kathode 3 auf, die durch eine zweischichtige »Sandwich«-Membran 4 voneinander getrennt sind, so daß eine
Anodenkammer 13 und eine Kathodenkammer 14 gebildet werden. Die Zelle 1 hat einen Einlaß S in der
Anodenkammer 13 für den Elektrolyten und einen Auslaß 6 für Chlorgas. Ferner sind ein Einlaß 7 zum
Einleiten von Flüssigkeiten, z. B. verdünnter wäßriger
Natronlauge, in die Kathodenkammer 14, ein Auslaß 8 zum Ableiten von Natronlauge aus der Kathodenkammer und ein Auslaß 9 für Wasserstoff vorhanden. Die
Salzlösung wird kontinuierlich in der Anodenkammer 13 zirkuliert, indem man sie durch den Einlaß 5 einleitet
und durch den Oberlauf 10 zu einer Nachfüllvorrichtung H abzieht, wo die Salzlösung mit Natriumchlorid
wieder angereichert und gegebenenfalls angesäuert wird. Der angereicherte Elektrolyt fließt dann durch die
Leitung 12 und den Einlaß 5 wieder in die Zelle 1.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden Natriumchloridlösungen mit einem Gehalt von etwa 200
bis 320 g/Liter Natriumchlorid in Zellen elektrolysiert, in denen die Anodenkammer und die Kathodenkammer
durch ein zweischichtiges Sandwich aus einer honioge
nen kationenaktiven Membran der genannten Art voneinander getrennt sind. Man legt hierzu eine
Zersetzungsspannung an die in den jeweiligen Kammern befindlichen Elektroden an, hält die Alkalimetallhydroxidkonzentration in der Kathodenkammer oberhalb etwa 10 Gewichtsprozent vorzugsweise etwa 24
bis 38 Gewichtsprozent und zieht aus der Kathodenkammer Natronlauge mit einem Gehalt von weniger als
etwa 1 Gewichtsprozent Natriumchlorid sowie aus der Anodenkammer Chlorgas ab.
Die Elektrolysezelle der Erfindung hat den Vorteil,
daß sie ohne Schwierigkeiten auch zur Elektrolyse von Salzsäure umgewandelt werden kann. Hierbei entstehen
Chlorgas und praktisch chlorfreier Wasserstoff. Die Elektrolysezelle der Erfindung läßt sich leicht und
wirtschaftlich je nach Bedarf für die Elektrolyse von Natriumchloridsole oder Salzsäure modifizieren. Das
erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es daher, Chlorgas in hoher, z. B. etwa 99prozentiger Anodenausbeute,
sowie hochreine Natronlauge bzw. hochreinen Wasserstoff als Hauptprodukte herzustellen.
Bei der Chloralkali-Elektrolyse wird vorzugsweise
angesäuerte Sole in die Anodenkammer eingespeist. Durch Zusatz von Salzsäure werden die vom Katholyten in den Anolyten wandernden Hydroxylionen
neutralisiert Die der Sole zugesetzte Säuremenge kann sich in weiten Grenzen bewegen. Durch den Säurezusatz läßt sich auch der pH-Wert des Anolyten in einem
breiten Bereich verändern. Vorzugsweise wählt man die zugesetzte Säuremenge so, daß der pH-Wert des
Anolyten im Bereich von etwa 1 bis 5, insbesondere etwa 3,0 bis 4,5, liegt Hält man den pH der
Anodenkammer in diesem Bereich, so wird die Hydroxylionenkonzentration im Anolyten vermindert
und die Bildung von Natriumchlorat unterdrückt. Je niedriger der pH-Wert des Anolyten liegt, desto
weniger Natriumchlorat wird im Anolyten gebildet und desto höher ist der Wirkungsgrad der Zelle.
weise in die Anodenkammer der Zelle eine etwa 10- bis
36gewichtsprozentige, vorzugsweise etwa 15- bis
25gewichtsprozentige wäßrige Salzsäurelösung ein. Die
Kathodenkammer kann entweder mit Wasser oder
s vorzugsweise einer etwa 1- bis lOgewkhtsprozentigen,
insbesondere etwa 1- bis 5gewichtsprozentigen wäßrigen Salzsäurelösung beschickt werden. Die Beschickung
der Anoden- und Kathodenkammer ist vorzugsweise frei von Alkalimetall- oder anderen Ionen, jedoch kann
ίο man bei Verwendung von Stahl- oder anderen
korrodierbaren Kathoden der Anodenkammer Alkalimetallchlorid zusetzen, um die Korrosion zu unterdrükken. Der Zusatz an Alkalimetallchlorid, z. B. Natriumchlorid, beträgt üblicherweise etwa 1- bis 26 Gewichts-
prozent des Anolyten.
Das Verfahren kann sowohl bei der Elektrolyse von Natriumchloridsole als auch Salzsäure in einem breiten
Temperaturbereich, ζ. B. von Raumtemperatur bis zum
Siedepunkt des Elektrolyten, durchgeführt werden,
jedoch sind Temperaturen von etwa 65 bis 900C
bevorzugt Auch die elektrischen Betriebsbedingungen können in einem weiteren Bereich verändert werden. So
eignen sich z. B. Zellspannungen von etwa 23 bis 5 V
und Anodenstromdichten von etwa 0,0775 bis 0,62 A/
s cm2.
Das Gehäuse und der Deckverschluß der Elektrolysezelle besteht aus einem beliebigen, elektrolytisch nicht
leitenden Material, das gegenüber Chlor, Salzsäure und Natronlauge beständig ist und den Betriebatemperatu
ren der Zelle standhält Diese Temperaturen liegen
vorzugsweise bei etwa 65 bis 900C Spezielle Beispiele für geeignete Materialien sind Hochtemperatur-Polyvinylchlorid, Hartgummi und Polyesterharze auf Basis von
HET-Säure. Die für das Gehäuse verwendeten Materia
lien besitzen vorzugsweise genügend Steifigkeit um
selbsttragend zu sein. Das Gehäuse kann jedoch auch aus Materialien bestehen, die die vorstehenden Bedingungen nicht erfüllen, z. B. aus Beton oder Zement,
welche gegenüber Salzsäure und Chlorgas nicht
beständig sind, in diesem Fall sind die Innenflächen mit
Materialien beschichtet die die genannten Anforderungen erfüllen. Auch bei Verwendung von praktisch
selbsttragenden Materialien, wie hartem Polyvinylchlorid, ist es etwa bei der Herstellung größerer
Vorrichtungen vorteilhaft zusätzliche Verstärkungselemente, z. B. Metallbänder, anzubringen.
Die Elektroden für die erfindungsgemäße Elektrolysezelle können aus einem beliebigen elektrisch leitfähigen Material bestehea daß dem korrodierenden Angriff
der verschiedenen Ausgangsverbindungen und Produkte in der Zelle, wie Alkalimetallhydroxiden, Salzsäure
und Chlor, widersteht Geeignete Materialien sind z. B. Graphit, Eisen und Suhl, wobei Stahl bevorzugt ist falls
nicht starke Salzsäure elektrolysiert wird. Auch die
ss Anoden können z. B. aus Graphit oder Metall bestehen.
Üblicherweise werden Metallanoden aus den sogenannten »Ventilmetallen«, wie Titan, Tantal oder Niob bzw.
Legierungen mit einem Gehalt von mindestens etwa 90 Prozent Ventilmetall verwendet Die Oberfläche des
Ventilmetalls kann dadurch aktiviert werden, daß man sie mit einem oder mehreren Edelmetallen, Edelmetalloxiden oder Gemischen dieser Oxide bzw. deren
Gemischen mit Oxiden des Ventilmetalls beschichtet. Als Edelmetalle eignen sich z. B. Ruthenium, Rhodium,
f>5 Palladium, Iridium oder Platin. Besonders bevorzugt
sind die aus der US-PS 36 32 498 bekannten Metallanoden, die aus Titan bestehen und einen Titanoxid/Rutheniumoxidüberzug aufweisen. Das Ventilmetallsubstrat
kann auch auf einen elektrisch besser leitenden Metallkern, z. B. aus Aluminium, Stahl oder Kupfer,
aufgebracht sein.
Anstelle von getrennten Anoden und Kathoden, d. h. monopolaren Elektroden, können gegebenenfalls auch s
bipolare Elektroden eingesetzt werden. In diesem Fall ist eine Seite der Elektrode positiv und die andere Seite
negativ. Obwohl derartige bipolare Elektroden auch homogen zusammengesetzt sein können, besteht die
Kathodenseite vorzugsweise aus Stahl, während die ι ο Anodenseite vorzugsweise aus einem aktivierten
Ventilmetall, wie Titan, besteht und z. B. mit einem oder
mehreren Edelmetallen oder Edelmetalloxiden überzogen ist.
Bei der Elektrolyse von Natriumchloridlösungen in is
dieser Zelle mit praktisch flüssigkeits- und gasundurchlässiger Sandwich-Trennwand hat die Trennwand die
Struktur eines festen ionisierten Salzes, wobei die Struktur durch ein geladenes Netzwerk von negativen
Ionen oder Aggregaten negativer Ionen und im elektrischen Gleichgewicht dazu durch eine Anzahl
positiver Ionen aufrechterhalten wird, die in die Struktur eindringen und diese durchwandern können;
das heißt, es handelt sich um eine kationaktive Trennwand. Beschickt man die Kathodenkammer zu 2 s
Beginn mit Wasser oder verdünnter wäßriger Natronlauge und die Anodenkammer mit einer Natriumchloridlösung,
so werden die Chloridionen von der Anode angezogen und dort entladen. Während die Natriumionen
die Trennwand durchdringen, werden die Chloridio- y>
nen und Natriumchlorid vom Eindringen in die Kathodenkammer praktisch vollständig abgehalten. Da
praktisch nur Natriumionen die Trennwand durchdringen und an der Kathode entladen werden, erhält man im
wesentlichen salzfreies Natriumhydroxid in der Kathodenkammer.
Bei Anwendung der erfindungsgemäß eingesetzten kationaktiven Trennwand wird durch die Hydroxylionenwanderung
von der Kathodenkammer in die Anodenkammer verhindert Der Stromfluß von der
Anode zur Kathode wird daher praktisch ausschließlich von den Natriumionen bewirkt so daß die durch die
Rückwanderung der Hydroxylionen verursachten Schwierigkeiten im Verfahren praktisch vollständig
vermieden werden.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle liegen im niedrigen Spannungsabfall in der Zelle, der
Möglichkeit zur Herstellung von hochreiner, d.h. praktisch salzfreier, konzentrierter Natronlauge, im
Zellbetrieb bei relativ niedriger Zellspannung, in der
hohen Stromausbeute sowie in der gegenüber ähnlichen Zellen mit nur einschichtiger Membrantrennwand
zwischen Anoden- und Kathodenkammer höheren Laugenausbeute. Da die semipermeable Membran
sowohl gegenüber Chlor als auch Natronlauge bei höheren Temperaturen, z.B. etwa 80 bis 1100C
widerstandsfähig ist, können die Zellen gegenüber bekannten Elektrolysezellen überraschend lange kontinuierlich betrieben werden.
Die Trennwand der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle kann in Form mehrerer Schichten von dünnen
Folien hergestellt und eingesetzt werden, oder aber man bringt diese auf einen inerten Träger, z. B. ein
Polytetrafhioräthylen- oder Glasfasergewebe auf. Die
Dicke der Trägermembranschichten kann in einem fts
breiten Bereich gewählt werden und betragt z. B. etwa
0.127 bis 0381 nun.
werden. Üblicherweise fällt das Copolymerisat in Form
des Sulfonylfluorids an, das relativ weich und biegsam ist und beim Naht- bzw. Punktschweißen Schweißverbindungen
ergibt, die ebenso fest sind, wie das Membranmaterial selbst. Vorzugsweise wird das nichthydrolysierte
Copolymerisat verarbeitet. Nach dem Verformen zur gewünschten Membrananordnung wird das Copolymerisat
durch Hydrolyse der Sulfonylfluoridgruppen mit siedendem Wasser oder Alkalilaugen zu den freien
Sulfonsäure- oder Nalriumsulfonatgnippen gebrauchsfertig
gemacht. Bei etwa 16stündiger Behandlung in siedendem Wasser quillt das konditionierte Membranmaterial
zu etwa 28 Prozen, d. h. isotrop zu etwa 9 Prozent in jedeir Richtung. Bei Einwirkung von
Natriumchloridsole vermindert sich der Quellgrad auf
etwa 22 Prozent, so daß die Membran im Betrieb etwas dichter wird. Die Konditionierung kann entweder
außerhalb der Zelle oder aber bei eingebauter Trennwand in der Zelle durchgeführt werden. Vorzugsweise
wird die Trennwand so hergestellt daß man zwei oder mehrere Schichten der nichtkonditionierten
Membran in einem geeigneten Rahmen aufeinanderlegt, hierauf die nichtkonditionierte Membran-Sandwich-Trennwand
in die Zelle einsetzt und schließlich hydrolysiert.
Es wurde gefunden, daß die Laugenausbeute von Verfahren mit semipermeablem Membranmaterial
gesteigert werden kann, wenn man zwei oder mehrere Membranen aus dem genannten Copolymerisat sandwichartig
verbindet und das Sandwich als Trennwand zwischen Anode und Kathode einsetzt
Das Sandwich kann aus zwei oder mehreren Schichten des semipermeablen Membranmaterials oder
abwechselnd aus diesen Membranschichten und porösen Membranen, z. B. Asbest-Polypropylen-Gewebe
oder Polytetrafiuoräthyien-Gewebe, bestehen. Die Trennwand kann z. B. ein Sandwich aus zwei Schichten
des genannten homogenen Fluorkohlenstoff-Copolymerisats,
ein Sandwich aus zwei Schichten dieses Copolymerisats und einer porösen Asbest-Zwischenmembran
oder ein Vierschichten-Sandwich sein, das aus einer ersten Asbestschicht, zwei Schichten der Copolymerisatmembran
und nochmals einer Asbestschicht besteht. Es können jedoch auch andere Kombinationen
von porösen Materialien und semipermeablen Membranen angewandt werden. Mit zunehmender Dicke der
Trennwand nimmt der Spannungsabfall zu, so daß der Energieverlustfaktor und die damit verbundene Kostensteigerung
gegen die Verwendung von zu dicken Trennwänden sprechen. Zur Optimierung des Verfahrens
ist es daher erforderlich, die erfindungsgemäß ermöglichte Steigerung der Laugenausbeute gegen die
Energiekosten abzuwägen.
Während eine einschichtige semipermeable Trenn wand in üblichen Chloralkali-ElektrolysezeHen eine
Laugenausbeute von etwa 75 Prozent (bei einei kathodischen Laugenkonzentration von etwa 150 g/Liter) bis etwa 50 Prozent (bei einer Laugenkonzentratior
von etwa 260 g/Liter) erlaubt, ermöglicht eine zwei
schichtige Sandwichmembran in der ZeDe der Erfindung eine Laugenausbeute von etwa 86 Prozent (bei einei
Laugenkonzentration von 150g/liter) bis zu etwa &
Prozent (bei einer Laugenkonzentration von etws 390 g/Liter).
Die erfindungsgemäß verwendeten Sandwichmem
branen erlauben nicht nur eine gegenüber ähnuchei Verfahren mit einschichtiger Membrantrennwand hö
here Laugenausbeute, sondern die Laugenausbeut«
nimmt auch mit geringerer Geschwindigkeit ab und behält auch bei höheren Katholyt-Laugenkonzentrationen
brauchbare Werte bei.
Die Beispiele erläutern die Erfindung. Alle Teile und Prozente beziehen sich auf das Gewicht, falls nichts >
anderes angegeben ist.
Eine etwa 250 g/Liter Natriumchlorid enthaltende >
Lösung, die genügend Salzsäure enthält, um den pH des Anolyten im Bereich von etwa 3,0 bis 4,5 zu halten, wird
kontinuierlich in die Anodenkammer der in der Zeichnung gezeigten Zweikammer-Elektrolysezelle eingeleitet,
die eine mit Rutheniumoxid beschichtete is Titan-Netzanode und eine Stahl-Netzkathode aufweist.
Die Elektroden besitzen eine wirksame Oberfläche von 390 cm2 und sind durch ein zweischichtiges Sandwich
der kationaktiven semipermeablen Membran voneinander getrennt. Das Membransandwich besitzt ebenfalls
eine wirksame Oberfläche von 390 cm2 und besteht aus zwei Schichten einer 0,254 mm dicken Folie eines
hydrolysierten Copolymerisats aus Tetrafluorethylen und sulfoniertem Perfluorvinyläther mit einem Äquivalentgewicht
von etwa 1100, das nach dem Verfahren der US-PS 32 82 875 hergestellt worden ist und durch etwa
löstündiges Behandeln mit siedendem Wasser in die Säureform überführt wurde. Die Kathodenkammer wird
kontinuierlich mit Wasser beschickt, das zusammen mit dem infolge Osmose durch die Trennwand tretenden
Wasser den Katholyt-Flüssigkeitsspiegel konstant hält. Die in der Kathodenkammer erzeugte Lauge fließt über
die Überlaufleitung kontinuierlich ab und wird etwa 16 Stunden lang gesammelt sowie etwa 8 Stunden gelagert.
Die Zelltemperatur wird zwischen etwa 60 und 85" C verändert, wobei jeder Temperaturwert etwa 24
Stunden beibehalten wird. Die Zelle wird kontinuierlich 24 Tage lang mit einer Stromdichte von 0,155 A/cm2 des
Diaphragmas betrieben. Die erzielten Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.
Tag | Temperatur | Anolyt-pH | Spannung | NaCI-Konzemration | Mutiere | NaOH- |
im Katholyten | NaOH-Konzentration | Ausbeute | ||||
CQ | (g/Liter) | (g/Liter) | (%) | |||
4 | 60 | 3,9 | 3,63 | 1,16 | 290 | 722 |
5 | 65 | 3,9 | 3.63 | 0,82 | 256 | 82,0 |
6 | 67 | 4,0 | 3,54 | 0,44 | 137 | 863 |
8 | 59 | 3,1 | 4,11 | 0.47 | 318 | 70,3 |
9 | 61 | 3,4 | 4,12 | 0,19 | 230 | 86.4 |
10 | 81 | 3,9 | 3,22 | 0.37 | 186 | 83,4 |
!2 | 82 | 3.7 | 3,45 | 0,33 | 383 | 62,8 |
14 | 82 | 2,2 | 3.53 | 0,35 | 355 | 74,1 |
15 | 78 | 4.3 | 3,20 | 0,58 | 170 | 85,9 |
16 | 82 | 43 | 3.08 | 0.26 | 153 | 86,1 |
17 | 79 | 4,2 | 3,29 | 0.30 | 120 | 81.4 |
20 | 75 | 4,4 | 331 | 0.40 | 295 | 673 |
23 | 76 | 4,4 | 3,36 | 0.54 | 348 | 66,7 |
Die Ergebnisse zeigen, daß die Sandwich-Trennwand der Erfindung äußerst hohe Laugenausbeuten ermöglicht.
Die Laugenausbeuten liegen gegenüber unter ähnlichen Bedingungen betriebenen Einmembran-Trennwänden
bei relativ niedrigen Laugenkonzentrationen (etwa 150 g/Liter) um etwa 10 bis 15 Prozent
höher und bei höheren Laugenkonzentrationen (etwa 300 g/Liter und höher) um etwa 20 bis 30 Prozent höher
Eine wäßrige Natriumchloridlösung wird in einer
üblichen Zweikammerzelle elektrolysiert, die mit einer
bipolaren Elektrode ausgerüstet ist, deren Kathodenseite aus Stahl und deren Anodenseite aus einem
rutheniumoxidbeschichteten, titanplattierten Stahlnetz besteht Drei derartige Zweikammerzellen werden in
einem Gehäuse eingeschlossen. Die Elektroden der beiden ersten Zellen A und B sind durch eine
Trennwand voneinander getrennt, die aus einer 0,178 mm dicken, semipermeablen Membran aus einem
hydrolysierten Copolymerisat von Tetrafluoräthylen und sulfoniertem Perfluorvinyläther mit einem Äquivalentgewicht von etwa 1100 besteht Die Trennwand der
dritten Zelle besteht aus zwei Schichten derselben Copolymerisatmembran. Die Elektroden besitzen eine
wirksame Oberfläche von 390 cm2; zwischen den Elektroden fließt ein Strom von 60 A. Zu Beginn des
Durchgangs wird eine 50 g/Liter NaOH enthaltende wäßrige Natronlauge durch die Kathodenkammern
zirkuliert, während gleichzeitig eine etwa 250 g/Liter NaQ enthaltende, auf einen pH von etwa 3,5
angesäuerte, wäßrige Natriumdüoridlosung zugeleitet
wird Die Zelle wird AU2 Stunden bei etwa 65° C
betrieben, wobei man die entstehende Lauge sammelt Nach Unterbrechung des kontinuierlichen Betrieb:
beträgt die Zellspannung in Zelle A 3,08 V, und dei
Katholyt enthält 381 g/Liter NaOH, was eine Laugen
ausbeute von 593 Prozent ergibt
In Zelle C betragt die Zellspannung 3,65 V, und dei
Katholyt enthält 392 g/Liter NaOH. woraus sich ein»
Laugenausbeute von 72^ Prozent errechnet
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Elektrolysezelle aus einem Gehäuse mit einer Anodenkammer und einer Kathodenkammer sowie
einer praktisch flüssigkeits- und gasundurchlässigen Trennwand zwischen Anodenkammer und Kathodenkammer,
die aus einem hydrolysierten Copolymerisat von Tetrafluoräthylen und einem sulfonierten
Perfluorvinyläther der Formel to
FSO2CF2CF2CXZF(CF3)Cf2OCF=CF2
mit einem Äquivalentgewicht von etwa 900 bis 1600 besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die
Trennwand mindestens zwei Schichten des Copo- >5 lymerisats aufweist
2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand aus zwei Schichten des
hydrolysierten Copolymerisats besteht
3. Zelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die einzelnen Schichten eine
Dicke von etwa 0,127 bis 0381 mm haben.
4 Zelle nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß die Trennwand einen
Sandwich-Aufbau aufweist, wobei mindestens zwei der Copolymerisatschichten jeweils durch eine
poröse Membran voneinander getrennt sind.
5. Zelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die poröse Membran aus Asbest besteht
6. Verwendung der Elektrolysezelle nach den Ansprüchen 1 bis 5 zur Chloralkali-Elektrolyse.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US05/335,975 US3976549A (en) | 1973-02-26 | 1973-02-26 | Electrolysis method |
US33597573 | 1973-02-26 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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