DE2434921A1

DE2434921A1 - Verfahren und vorrichtungen zur elektrolyse ionisierbarer chemischer verbindungen

Info

Publication number: DE2434921A1
Application number: DE2434921A
Authority: DE
Inventors: Jun Edward Hoopes Cook; Alvin T Emery
Original assignee: Hooker Chemicals and Plastics Corp
Current assignee: Occidental Chemical Corp
Priority date: 1973-07-19
Filing date: 1974-07-19
Publication date: 1975-02-06
Also published as: EG11394A; FR2237987A1; JPS5044178A; NL7409591A; AR207588A1; ES428391A1; DD112358A5; AU475720B2; PL90034B1; BR7405996D0; RO69683A; IT1017264B; FI220674A; ATA588474A; DE2434921B2; PH11928A; NO742590L; CS186270B2; AT333787B; IL45141A0

Description

" Verfahren und Vorrichtungen zur Elektrolyse ionisierbarer chemischer Verbindungen "

Priorität: 19. Juli " 1973, V.St.A., Nr. 380 779 15. August 1973, V.St.A., Nr. 388 702

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Elektrolyse ionisierbarer chemischer Verbindungen, insbesondere von Alkalimetallhalogenid-Lösungen.

Zahlreiche Handelschemikalien v/erden auf elektrolytischem Wege hergestellt. So v/erden z.B. Chlor und Natronlauge im industriellem Maßstab durch Elektrolyse von Natriumchloridlösung'hergestellt. Üblicherweise erfolgt hierbei die Elektrolyse in einer Zelle, die aus einer Anodenkammer und einer Kathodenkammer besteht, wobei beide Kammern durch ein flüssigkeitsdurchlässiges Diaphragma, z.B. ein Asbestdiaphragma, voneinander getrennt ^r sind. Die auf diese Weise hergestellte Natronlauge ist jedoch ■ recht verdünnt und wegen der Durchlässigkeit des verwendeten Diaphragmas mit verschiedenen Stoffen, z.B. Natriumchlorid, Natriumchlorat und Eisen, verunreinigt. Um ein brauchbares Pro-_j

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dukt zu erhalten, muß die Natronlauge daher noch eingedampft und gereinigt werden.

In den verwendeten Elektrolysezellen kommt es darüber hinaus zu einer beträchtlichen. Rückwanderung der Hydroxylionen von der Kathodenkammer in die Anodenkammer, so daß Hypochlorite entstehen, die ihrerseits zu Chloraten oxidiert werden. Hierdurch wird nicht nur die Chlorausbeute vermindert, sondern auch die Natronlauge weiter verunreinigt. Außerdem sind je nach der Herkunft des eingesetzten Natriumchlorids Reinigungssysteme erforderlich, die bestimmte Ionen, z.B. Calciumionen, aus dem Elektrolyten entfernen, da diese die flüssigkeitsdurchlässigen Diaphragmen verstopfen.

Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten wurde bereits vorgeschlagen, beim Betrieb derartiger Diaphragmazellen die.flüssigkeitsdurchlässigen Asbestdiaphragmen durch lonenaustauschermembranen mit selektiver Permeabilität zu ersetzen. Bei Verwendung derartiger Membranen könnte es theoretisch gelingen, nur Natriumionen •von der Anodenkammer in die Kathodenkammer übertreten zu lassen, eine Verunreinigung der Natronlauge in der Kathodenkammer zu vermeiden und die Rückwanderung der Hydroxylionen in die Anodenkammer zu verhindern. Verschiedene Kunstharze wurden bereits für diesen Zweck vorgeschlagen, z.B. Kationenaustauscherharze vom Amberlite-Typ und sulfonierte Copolymerisate von Styrol und Di- f vinylbenzol. Beim Einsatz dieser lonenaustauschermembranen mit selektiver Permeabilität zeigte sich jedoch, daß sie gegenüber den stark basischen und/oder sauren Lösungen in den Zellen bei Betriebstemperaturen oberhalb 75⁰C nicht stabil waren und daher _j

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nur relativ kurze Lebensdauer besaßen. Darüberhinaus stellte sich heraus, daß mit zunehmender NaOH-Konzentration im Katholyten, z.B. oberhalb etwa 200 g/Liter, die Ionenselektivität und die chemische Verträglichkeit der Membran abnehmen, der Spannungsabfall durch die Membran außerordentlich zunimmt und die -Laugenausbeute des Elektrolyseverfahrens absinkt. In vielen Fällen sind die verwendeten Kunstharze auch relativ kostspielig, so daß die Herstellungskosten der Membran recht hoch liegen.

Auch durch den Einbau einer oder mehrerer Pufferkammern zwischen die Anoden- und die Kathodenkammer der Zellen, ließen sich dies-.e Schwierigkeiten nicht beheben, so daß die beschriebenen Membranen "· derzeit nicht in nennenswertem Umfang zur industriellen Herstellung von Chemikalien, wie Chlor.und Natronlauge, eingesetzt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zur Elektrolyse von wäßrigen Lösungen ionisierbarer chemischer-Verbindungen, z.B. Alkalimetallhalogenid-Lösungen,zu schaffen, bei dem die geschilderten Nachteile weitgehend vermieden werden. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Elektrolysevorrichtung mit ionenselektiven Membranen zur Durchführung dieses Verfahrens bereitzustellen.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine Elektrolysezelle aus

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einer eine Anode enthaltenden Anodenkammer, einer eine Kathode . enthaltenden Kathodenkammer und mindestens einer Pufferkammer zwischen der Anoden- und der Kathodenkammer,, wobei einige oder samtliche Kammern durch eine praktisch flüssigkeits- und gasun- .

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durchlässige Trennwand voneinander getrennt sind, die im wesentlichen aus einem hydrolysieren Copolymerisat eines perfluorierten Kohlenwasserstoffs und eines sulfonierten Perfluorvinyläthers oder einem mit Styrol umgesetzten und sulfonierten perfluorierten Äthylen-Propylen-Polymerisat besteht.

Vorzugsweise ist zumindest die Kathodenkammer von der angrenzenden Pufferkammer durch ein poröses Diaphragma getrennt.

Bei Verwendung derartiger Elektrolysezellen erhält man mit maximaler Stromausbeute hochkonzentrierte Alkalilaugen von . ' außerordentlich niedrigem Verunreinigungsgr'ad.

In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die- Trennwand aus einer Membran mit selektiver Permeabilität aus einem hydrolysierten Copolymerisat von Tetrafluoräthylen und einem fluorsulfonierten Perfluorvinyläther der Formel

FSO₂CF₂CF₂OCF(CF₃)Cf₂OCF=CF₂

mit einem Äquivalentgewicht von etwa 900 bis 1600. Die Membran ist z.B. auf ein Trägernetz.aus Polytetrafluoräthylen- oder Asbestfasern aufgebracht; Das Copolymerisat kann gegebenenfalls durch Oberflächenbehandlung, Umsetzen der Sulfongruppe oder auf ' andere Weise modifiziert- und aktiviert werden.

Der Zellkörper oder .Behälter der erfindungsgemäßen Elektrolyse-^ zelle ist aus Materialien gefertigt, die entweder als solche oder versehen mit einem geeigneten Überzug elektrisch nicht leitend sind, den Betriebstemperaturen der Zelle standhalten und. gegenüber den in der Zelle verarbeiteten Verbindungen _s wie

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Chlor, Natronlauge oder Salzsäure, widerstandsfähig sind. Ge-.eignete Materialien sind z.B. verschiedene Polymerstoffe, wie Hochtemperatur-Polyvinylchloridj -Hartgummi oder Polyesterharze auf Base von HET-Säure. Ferner eignen sich z.B. Beton und Zement, jedoch müssen in diesem Fall die Innenflächen mit' einem Überzug versehen werden, der gegenüber Salzsäure, Chlor, Natronlauge oder ähnlichen Substanzen, mit denen· die Oberfläche in Berührung kommt, beständig ist. Der Zellkörper kann auch aus einem Metall, wie Stahl oder Titan, gefertigt sein, wobei man die dem Angriff ausgesetzten Oberflächen mit einem Korrosionsschutzüberzug versieht und gegebenenfalls elektrisch isoliert.'

Die Elektroden der erfindungsgemäßen Elektrolysezellen können aus einem beliebigen elektrisch leitfähigen Material bestehen, das gegenüber den verschiedenen, in der Zelle vorhandenen Reaktanten und Produkten, wie Chlor, Salzsäure und Alkalilauge, korrosionsbeständig ist. Geeignete Kathodenmaterialien sind z.B. Graphit, Eisen und Stahl, wobei Stahl im allgemeinen bevorzugt ist. Die Anoden können ebenfalls aus Graphit oder einem Metall bestehen. Unter den Metallanoden eignen sich besonders solche, die aus einem "Ventilmetall" (engl. "valve metal") · wie Titan, Tantal oder Niob bzw. Legierungen dieser Metalle- mit ' einem Ventilmetall-Gehalt von mindestens etwa 90 Prozent bestehen. Die Oberfläche des Ventilmetalls kann durch Beschichten mit einem oder mehreren Edelmetallen, Edelmetalloxiden oder Gemischen derartiger Oxide untereinander oder mit anderen Metalloxiden aktiviert werden. Geeignete Edelmetalle sind z.B. Ruthenium, Rhodium, Palladium, Iridium und Platin. Besonders bevorzugt sind Metallanoden aus Titan, die einen Überzug aus Ti*-

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tanoxid/Rutheniumoxid aufweisen; vgl. US.PS 3 632 498. Das Ventilmetall kann auch auf einen elektrisch besser leitenden Metallkern, wie Aluminium, Stahl oder Kupfer, aufgebracht werden.

Der Zellkörper wird zu mindestens einer Kammereinheit geformt, die aus einer Anodenkammer, einer Kathodenkammer und mindestens einer Pufferkammer zwischen der Anoden- und der Kathodenkammer besteht. Üblicherweise ist die Elektrolysezelle aus mehreren dieser Kammereinheiten zusammengesetzt, z.B. 20 bis 30 Einheiten, je nach der Zellengröße.

Die Kammern sind durch eine Trennwand oder Membran voneinander getrennt, die praktisch flüssigkeits- und gasundurchlässig ist und im wesentlichen z.B. Βμβ einem hydrolysierten Copolymer!sat eines perfluorierten Kohlenwasserstoffs und eines fluorsulfonierten Perfluorvinyläthers besteht. Als perfluorierter Kohlenwasserstoff ist Tetrafluoräthylen bevorzugt, jedoch können auch andere perfluorierte, gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffe mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen verwendet werden, unter denen die monoolefinischen Kohlenwasserstoffe bevorzugt sind, insbesondere jene mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 2 oder 3 Kohlenstoffatomen, wie Tetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen. Als sulfonierter Perfluorvinyläther ist Perfluor-/2- * (2-fluorsulfonyläthoxy)-propyl/-vinylather: FSO₂CF₂CF₂OCF(Cf₃)CF₂OCF=CF₂ bevorzugt. Diener bevorzugte Äther/ kann zu äquivalenten Monomeren modifiziert werden, indem man z.B. die Perfluorsulfonyläthoxygruppe durch die entsprechende Propoxygruppe bzw. die Propylgruppe durch die Äthyl- oder Butylgruppe ersetzt, die Stellung des Sulfonylsubstituenten verändert

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oder Isomere der perfluorierten niederen Alkylgruppen verwendet.

Die Herstellung des hydrolysierten Copolymerisate ist in Beispiel XVII der US-PS 3 282 875 beschrieben. Ein anderes Verfahren ist aus der CA-PS 849 670 bekannt, wo auch die Verwendung der fertigen Membran in Brennstoffzellen (elektrochemischen Zellen) beschrieben ist. Das Copolymerisat läßt sich dadurch herstellen, daß man den Perfluorvinyläther 1 Stunde bei erhöhter Temperatur unter Druck in Wasser mit Tetrafluoräthylen oder einer äquivalenten Verbindung im gewünschten Verhältnis umsetzt und dann das Gemisch abkühlt .Dieses trennt sich in eine untere Perfluorvinylätherschicht und eine obere wäßrige Schicht, in der das gewünschte Polymerisat dispergiert ist. Das Molekulargewicht läßt sich nicht bestimmen, jedoch beträgt das Äquivalentgewicht etwa 900 bis 1600, vorzugsweise 1100 bis 1400, und der Anteil'an Perfluorvinyläther beträgt etwa 10 bis 30 Prozent, vorzugsweise 15 bis 20 Prozent, insbesondere etwa 17 Prozent» Das nicht hydrolysierte Copolymerisat kann bei hoher Temperatur unter Druck zu Folien oder Membranen verarbeitet werden, die eine Dicke von 0,02 bis 0,5 mm aufweisen. Diese werden dann ZoBo mit lOprozentiger Schwefelsäure oder nach anderen₉ in den vorstehenden Patenten genannten Methoden- behandelt„ um die -SOgF-Gruppen zu -SO^H-Gruppen zu hydrolysieren« Die Anwesenheit von -SOJri-Gruppen läßt sich ζ ο B₀ durch Titration feststel-/ xcr>. Weitere .Einzelheiten der verschiedenen Verarbeitungssohritte sind in der CA-PS 752 42? und der US-^s 3 o4i 317 beschrieben.

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Da sich das Copolymerisat bei der Hydrolyse etwas ausdehnt, bringt man die Copolymermembran nach der Hydrolyse auf einem Rahmen oder einem anderen Träger, an dem sie auch in der Elektrolysezelle befestigt ist, in die richtige Lage. Hierauf wird sie eingesetzt oder eingekittet, wobei kein Durchbiegen oder Durchsacken zu beobachten ist. Die Membran wird vorzugsweise vor der Hydrolyse im thermoplastischen Zustand mit einer Versteifung aus Tetrafluoräthyien-oder anderen geeigneten Fäden verbunden, wobei der Copolymerfilm jeden einzelnen Faden bedeckt, in die Zwischenräume eindringt und sie sogar umschließt, so daß er an den Fadenstellen dünner wird.

Die beschriebene Membran ist allen bisher bekannten Membranmaterialien weit überlegen. Sie ist bei höheren Temperaturen, z.B. oberhalb 75°C stabiler, hält viel langer dem Elektrolyten und der Lauge stand und wird selbst bei hohen Zelltemperaturen unter Chloreinwirkung, nicht brüchig. Unter Berücksichtigung der Zeitersparnis und der Fabrikationskosten sind die erfindungsgemäßen Membranen wirtschaftlicher. Der Spannungsabfall durch die Mem-

• bran hält sich in Grenzen und steigt im Gegensatz zu anderen Membranmaterialien nicht zu hoch, wenn die Laugenkonzentration· in der Kathodenkammer auf mehr als etwa 200 g/Liter zunimmt. Im Gegensatz zu anderen Membranmaterialien werden auch die Selekti-* vität der Membran und ihre Verträglichkeit mit dem Elektrolyten bei zunehmender Hydroxylkonzentration im Kathalyten nicht über- /-

-mäßig beeinträchtigt. Die Laugenausbeute nimmt auch im Gegensatz zu anderen-Membranen mit zunehmender Hydroxylionenkonzentration im KathoIyten nicht wesentlich, ab. Diese Vorteile des erfindungs-

- gemäßen Verfahrens erlauben im Gegensatz zu bekannten Verfahren j|

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eine wirtschaftliche Anwendung»

Die bevorzugten Copolymerisate besitzen zwar Äquivalentgewichte von 900 bis 1600, insbesondere 1100 bis 1400, jedoch lassen sich auch brauchbare Membranen mit einem Äquivalentgewicht von 500 bis 4000 herstellen. Polymerisate mit mittleren Äquivalentgewichten sind bevorzugt, da sie zufriedenstellende Festigkeit und Stabilität besitzen, einen selektiveren Ionenaustausch ermöglichen und geringeren Innenwiderstanc" besitzen.

Die beschriebenen Copolymerisate können durch chemische Ober- ¹ flächenbehandlung noch verbessert werden, indem man z.B. die -SO^H-Gruppe umsetzt oder teilweise durch andere Reste ersetzt. Derartige Veränderungen können während oder nach der Herstellung der Membran durchgeführt werden. Bei der Oberflächenbehandlung der fertigen Membran beträgt die Behandlungstiefe üblicherweise 0,001 bis 0,01 mm. Bei Verwendung derartig modifizierter Membranen im erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Laugenausbeuten von etwa 3 bis 20 Prozent, vielfach etwa 5 bis 15 Prozent, erzielen.

Neben den genannten Copolymerisaten hat sich noch ein weiteres Membranmaterial als den bekannten Membranen überlegen erwiesen. Obwohl offenbar Tetrafluoräthylen-Polymerisate, die mit Styrol umgesetzt und dann sulfoniert worden sind, keine brauchbaren _r kationenaktiven Membranen mit.selektiver Permeabilität ergeben," hat sich gezeigt, daß perfluorierte Äthylen-Propylen-Polymeri-. sate (FEP), die mit Styrol umgesetzt und dann sulfoniert worden sind, ausgezeichnete Membranenfür das erfindungsgemäße Elektro-

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lyseverfahren ergeben. Obwohl ihre Lebensdauer nicht die der bevorzugten Copolymerisate erreicht (3 Jahre und mehr), zeigen sie z.B. überraschend geringe Härtungsneigung.

Zur Herstellung der sulfostyrylierten FEP-Membranen setzt man ein übliches FEP-Polymerisat mit Styrol um und sulfoniert dann das styrylierte Polymere. Hierzu stellt man eine etwa 10 bis 20prozentige Lösung von Styrol in Methylenchlorid oder Benzol her, und taucht eine FEP-Folie mit einer Dicke von etwa 0,02 bis 0,5 mm, vorzugsweise 0,05 bis 0,15 mm, in die Lösung. Die Folie wird dann entnommen und mit einer Kobalt -Quelle bestrahlt. "" Die Strahlendosis beträgt z.B. etwa 8000 rad/Std., die Gesamtdosis etwa 0,9 Megarad. Nach dem Spülen mit Wasser werden die Phenylkerne des Styrolanteils durch Behandeln mit Chlorsulfon- . säure, rauchender Schwefelsäure oder SO^ vorzugsweise in der p-Stellung monosulfoniert. Die Sulfonierung erfolgt vorzugsweise innerhalb etwa.1/2 Stunde mit Chlorsulfonsäure in Chloroform.

Beispiele für geeignete, nach diesem Verfahren hergestellte Membranen sind die Produkte 18ST12S und 16ST1JS der RAI Research Corporation, Hauppauge, New York. Das erstgenannte Produkt besitzt einen Styrolgehalt von 18 Prozent und 2/3 der Phenylgruppen sind monosulfoniert. Der Styrolgehalt des anderen Produkts beträgt 16 Prozent und 13/16 der Phenylgruppen sind monosulfoniert. Um einen Styrolgehalt von 18 Prozent zu erhalten, verwendet man eine 17,5prozentige Lösung von Styrol in Methylenchlorid, während für einen Styrolgehalt von 16 Prozent eine I6prozentige Lösung von Styrol in Methylenchlorid eingesetzt wird.

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Die erhaltenen Produkte ergeben in den erfindungsgemäßen Zellen bei einer Stromdichte von O₉31 A/cm einen Spannungsabfall von jeweils etwa 0,2 YoIt, d„h<, ebensoviel wie die genannten bevorzugten Copolymerisate ο

Die Membranen werden vorzugsweise in Form dünner Folien entwe·= der als solche oder aufgebracht auf einen inerten Träger bzw. ein Substratρ z.B. ein Gewebe aus Polytetrafluoräthylen oder Glasfasern, eingesetzt. Die Dicke derartiger Trägermembranen kann beliebig gewählt werden, beträgt jedoch üblicherweise etwa Op0762 bis 0_s381 mm. Die Membranen können je nach der Gestalt '" der verwendeten. Zelle beliebig geformt werden. Das Copolymer!- sat liegt zunächst in der Nicht-Säureform vor, d_oh, als SuIfonylfluorido In dieser Nicht-Säureform ist es relativ weich und biegsam und ergibt beim Naht- oder Punktschweißen Schweißverbindüngen^ die ebenso fest sind,wie das Membranmaterial. Vorzugsweise wird daher das Membranmaterial in der Nicht-Säureform verarbeitet und geformt.

Die in die endgültige Form gebrachte Membran wird schließlich durch Hydrolyse der Sulfonylfluoridgruppen zu freien SuIfonsäuregruppen oder Alkalimetallsulfonatgruppen gebrauchsfertig gemacht» Dies geschieht Z₀B₀ durch Kochen in Wasser oder in Alkalilaugens, ZoBo Natronlauge - Die Konditionierung kann entweder vor dem Einbau der Membran in die Zelle oder bei eingebauter _r Membran in der Zelle erfolgen. Üblicherweise kocht man die Membran etwa- 16 Stunden- in Wasser, xvobei das Material zu etwa 28 Prozent quillt, etwa 9 Prozent in jeder Richtung. Bei der Ein-

wirkung von Sole vermindert sich der Quellgrad auf etwa 22 Pro- «

zent,~ so daß die Membran während des Betriebs etwas dichter wird.

In manchen Fällen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, anstelle einer einzigen Membran ein Sandwich aus zwei oder mehreren dieser Membranen zu verwenden. Setzt man ein derartiges Sandwich in einer Chloralkalizelle ein, so beobachtet man in einigen Fällen eine Zunahme der Laugenausbeute, insbesondere beim Betrieb der Zelle mit einer Laugenkonzentration im Katholyten oberhalb etwa 200 g/Liter. Bei den erfindungsgemäßen Elektrolysezellen, die eine oder mehrere Pufferkammern zwischen der Ano·* den- und der Kathodenkammer aufweisen, mag jedoch die gesteigerte Laugenausbeute die erhöhten Materialkosten für eine derartige Sandwich-Membran unter Umständen nicht aufwiegen. Die mögliche Verwendung einer derartigen Sandwich-Membran in den erfindungsgemäßen Zellen ist daher gegebenenfalls nicht immer bevorzugt.

Die Anodenkammer jeder Kammereinheit wird mit einem Einlaß für den Elektrolyten, z.B. eine wäßrige Alkalimetallhalogenidlösung, und einem Auslaß für die gasförmigen Reaktionsprodukte, z.B. Chlor, versehen. Die Kathodenkammer jeder Kammereinheit wird mit einem Auslaß für die flüssigen Reaktionsprodukte, z.B. der Alkalilauge, und einem Auslaß für die gasförmigen Nebenprodukte, wie Wasserstoff, versehen. Gegebenenfalls kann in der Kathodenkammer auch ein Einlaß für einen Elektrolyten, z.B. Wasser oder verdünnte Alkalilauge, vorgesehen werden. Jede der Pufferkammern weist ■ einen Einlaß für den Elektrolyten, z.B. Wasser, und gegebenenfalls einen Auslaß für flüssige Reaktionsprodukte, z.B. verdünn-

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te Alkalilauge auf. Die Flüssigkeitseinlässe und die Auslässe .für die gasförmigen Produkte werden in den einzelnen Kammern vorzugsweise·im oberen Bereich angeordnet, während die Flüssigkeitsauslässe vorzugsweise im unteren Bereich angeordnet sind. Andere Anordnungen sind jedoch ebenfalls denkbar.

Die einzelnen Einheiten aus Anoden-, Puffer- und Kathodenkammern können auf beliebige Weise zu der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle zusammengesetzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die Zelle einen sogenannten Filterpressen-Aufbau. Hierbei werden die Anoden, Kathoden und Membranen in geeignete' Einbau- oder Rahmenelemente eingesetzt, die mit geeigneten Dichtungsscheiben versehen und so geformt sind, daß sie den gewünschten Abstand zwischen den Einzelbestandteilen und damit die Anoden-, Kathoden- und Pufferkarnmern ergeben. Die Rahmenelemente sind mit den beschriebenen Einlassen und Auslässen versehen und werden z.B. durch Riegel oder Bolzen zusammengehalten. Ein typischer Filterpressen-Aufbau ist in der US-PS 2 282 058 beschrieben.

Als Zellkörper eignet sich aber auch eine Box aus einem geeigneten Konstruktionsmaterial, in der die Anode, die Kathode und die Membranen unter Ausbildung der einzelnen Kammern eingebaut werden; vgl. US-PS 3 324 023. Darüberhinaus kann die Zelle auch z.B. wie eine übliche Chloralkalizelle aufgebaut sein, wobei da? Asbestdiaphragma zwischen den Anoden und Kathoden durch die verschiedenen beschriebenen Membranen ersetzt ist, die so die •gewünschten Pufferkammern bilden. Ein derartiger Zellaufbau ist z.B. aus der US-PS 3 458 411 bekannt. ·

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Die erfindungsgemäße Elektrolysezelle wird anhand beispielhafter Ausführungsformen in den Zeichnungen erläutert«

In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Zelle mit drei Kammern schematisch dargestellt. Der Zellkörper 1 besteht aus einer Anodenkammer 3, einer Kathodenkammer 7 und einer Pufferkammer 11, die die Anoden- und Kathodenkammern voneinander trennt. In der Anoden- bzw. Kathodenkammer sind eine Anode 5 bzw. eine Kathode 9 angeordnet. Die Pufferkammer 11 ist von der Anodenkammer 3 und der Kathodenkammer 7 durch die Trennwände bzw. Membranen 13 und 15 getrennt. Die Trennwände werden durch eine hydratisierte Kationenaustauscherharzmembran gebildet,die aus einem fluorierten Copolymer!sat mit Sulfonsäure-Seitengruppen besteht.

Die Anodenkammer 3 ist mit einem Einlaß 17 versehen, durch den der Elektrolyt, z.B. Natriumchloridsole, eingeleitet wird. Ferner weist die Anodenkammer einen Auslaß 19 auf, durch den der verbrauchte Elektrolyt abgeleitet wird. Durch den Auslaß 21 werden die bei der Elektrolyse entstehenden gasförmigen Zersetzungsprodukte, z.B. Chlor, aus der Anodenkammer abgezogen. Auch die Pufferkammer 11 ist mit einem Einlaß 23 und einem Auslaß 27 versehen. Bei der elektrolytischen Herstellung von Chlor und Natronlauge aus Natriumchloridsole leitet man Wasser durch den Einlaß 23 in die Pufferkammer und zieht gegebenenfalls verdünnte Natronlauge durch den Auslaß 27 ab. Die Kathodenkammer 7 weist / einen Einlaß 29 und einen Auslaß 25 auf, durch die bei der Natriumchloridelektrolyse Wasser oder verdünnte Natronlauge eingeleitet bzw. konzentrierte Natronlauge von hoher Reinheit abgezogen wird. Die Kathodenkammer weist gegebenenfalls zusätzlich _j

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einerr nicht gezeigten Auslaß für gasförmige Nebenprodukte, wie Wasserstoff, auf. Die Ein- und Auslässe der Anodenkammer, der Pufferkammer und der Kathodenkammer können gegebenenfalls in beliebiger anderer, als der in Figur 1 gezeigten Anordnung angebracht werden.

In Figur 2 ist eine Abwandlung der Elektrolysezelle aus Figur 1 mit vier Kammern schematisch dargestellt. Der Zellkörper 2 besteht aus einer Anodenkammer 4 und einer Kathodenkammer 8, die durch zwei Pufferkammern 12 und 14 voneinander getrennt sind. Eine Anode 6 und eine Kathode 10 sind in der Anodenkammer 4 ■ ■> bzw. der Kathodenkammer 8 angeordnet. Eine Reihe von Trennwänden bzw. Membranen 16, 18 und 20 bildet die Pufferkammern 12 und 14 und trennt diese von der Anodenkammer bzw. der Kathodenkammer. Alle drei Membranen bestehen aus einer Folie eines fluorierten Copolymerisats mit Sulfonsäure-Seitengruppen.

Die Anodenkammer ist mit einem Einlaß 22 und einem Auslaß 24 versehen, durch die der Elektrolyt, z.B. Natriumchloridsole, eingeleitet und abgezogen wird. Durch den Auslaß 26 können '.gasförmige Zersetzungsprodukte, wie Chlor, abgeleitet werden. Die Pufferkammern 12 und 14 sind mit den Einlassen 30 bzw. 32 und den Auslassen 36 bzw. 38 versehen. Zur Natriumchloridelektrolyse wird üblicherweise Wasser durch die Einlasse 30 und 32 eingeleitet, während verdünnte Natronlauge durch die Auslässe 36 ■ und 38 abgezogen wird. Die Kathodenkammer 8 ist mit einem Einlaß 40 und einem Auslaß 34 versehen. Bei der Natriumchlorid-. elektrolyse wird durch den Auslaß 34 eine konzentrierte Natronlauge von hoher Reinheit abgezogen, während Wasser oder ver-

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dünnte Natronlauge durch den Einlaß 40 eingeleitet wird. Wie bei der Zelle aus Figur 1 kann auch ein nicht gezeigter Auslaß für gasförmige Zersetzungsprodukte, wie Wasserstoff, in der .· Kathodenkammer vorgesehen werden. Auch hier kann die Anordnung der verschiedenen Ein- und Auslässe je nach den Anforderungen beliebig verändert werden.

In Figur 3 ist eine Abwandlung der Zelle aus Figur 2 schematisch dargestellt. Der Zellkörper 1 besteht aus einer Anodenkammer 3 und einer Kathodenkammer 13, die'beide durch vier Pufferkammern 5, 7, 9 und 11 voneinander getrennt sind. Eine Anode 15 und eine Kathode 17 sind in der Anodenkammer 3 bzw, der Kathodenkammer 13 angeordnet. Eine Reihe von Membranen bzw. Diaphragma-Trennwänden 19, 21, 23, 25 und 27 bilden die Pufferkammern und trennen diese gegen die Anoden- und Kathodenkammer ab.-Die Trennwände 19, 21 und 23 bestehen aus Membranfolien eines fluorierten ^copolymerisats mit Sulfonsäure-Seitengruppen, während die Trennwände 25 und 27 poröse Asbestdiaphragmen sind.

• Die Anodenkammer ist mit einem Einlaß 29 und einem Auslaß 31 versehen, durch die der Elektrolyt, z.B. Natriumchloridsole, eingeleitet bzw. abgezogen wird. Durch den Auslaß 33 können gasförmige Zersetzungsprodukte, wie Chlor, abgeleitet werden. Die · Pufferkammern 5, 7, 9 und 11 sind jeweils mit den Einlassen 35, 37, 39 bzw. 41 sowie den Auslassen 45, 47, 49 bzw. 51, verse- _/ hen. Bei der Natriumchloridelektrolyse wird üblicherweise Wasser durch die Einlasse eingeleitet, während verdünnte Natronlauge durch die Auslässe abgezogen wird. Die Kathodenkammer 13 ist mit einem Einlaß 43 und einem Auslaß 53 versehen. Bei der

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Natriumchloridelektrolyse wird eine konzentrierte Natronlauge von hoher Reinheit durch den Auslaß 53 abgezogen, während Wasser oder verdünnte Natronlauge durch den Einlaß 43 eingeleitet wird. Wie bei der Zelle aus Figur 1 kann die Kathodenkammer gegebenenfalls einen nicht gezeigten Auslaß für gasförmige Zersetzungsprodukte, wie Wasserstoff, aufweisen. Die Anordnung der verschiedenen Ein- und Auslässe kann auch hier je nach den Anforderungen beliebig verändert werden.

Im erfindungsgemäßen Verfahren wird die zu elektrolysierende Lösung einer ionisierbaren Verbindung in die Anodenkammer der * Elektrolysezelle eingeleitet. Beispielhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Elektrolyseverfahrens sind z.B. die Herstellung von Alkalimetallhydroxiden und Halogenen aus wäßrigen Alkalimetallhalogenid-Lösungen, die Herstellung von Wasserstoff und Chlor aus wäßriger Salzsäure, die Herstellung von Persulfaten aus wäßrigen Ammoniumsulfatlösungen und die Herstellung von Perboraten aus wäßrigen Boraxlösungen. Die bevorzugten Anolytlösungen sind wäßrige Lösungen von Alkalimetallhalogenide)!, insbesondere Natriumchlorid, und.wäßrige Salzsäure.

In einer anderen Ausführungsform leitet man in jede der mittleren Pufferkammern Wasser ein und zieht eine verdünnte Natronlauge ab. Diese Lösungen sind üblicherweise verschieden konzentriert, wobei die verdünntesten Lösungen aus den der Anodenkam-_A mer nächstliegenden Kammern stammen. Im allgemeinen beträgt der Natriumhydroxidgehalt dieser Lösungen etwa 50 bis 200 g/Liter.

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Vorzugsweise leitet man eine oder mehrere dieser· verdünnten Natronlaugen gegebenenfalls zusammen mit zusätzlichem Wasser als Katholyt in die Kathodenkammer. Hierzu v/erden die Lösungen entweder vereinigt oder getrennt in die Kathodenkammer eingeleitet. Vorzugsweise macht jedoch die verdünnte Natronlauge aus den einzelnen Pufferkammern zumindest einen Teil der Beschickung der anschließenden Pufferkammer und schließlich der Kathodenkammer aus. Aus der Kathodenkämmer wird eine konzentriertere Natronlauge mit einer NaOH-Konzentration von etwa 150 bis 250 g/ Liter, meist etwa 160 g/Liter, abgezogen. Zusätzlich erhält man in der Anoden- und der Kathodenkammer Chlor bzw. Wasserstoff ' als gasförmige*Produkte.

Nach einer weiteren Ausführungsform leitet man Wasser sowohl in die Pufferkammern als auch in die Kathodenkammer und zieht aus den einzelnen Pufferkammern eine verdünnte Natronlauge, aus der Kathodenkammer eine konzentriertere Natronlauge ab. Bei dieser Verfahrensweise läßt sich die Menge der aus der Kathodenkämmer abgezogenen Natronlauge je nach dem Bedarf für die einzelnen • Konzentrationsstufen regeln. Üblicherweise werden etwa 50 Prozent des Natriumhydroxids als verdünnte Lösung aus den Pufferkammern abgezogen, während die übrigen 50 Prozent als konzentriertere Lösung aus der Kathodenkammer abgezogen werden. Die Konzentration der verdünnten Lösungen liegt üblicherweise im oben angegebenen Bereich. Die konzentriertere Natronlauge aus der Kathodenkammer besitzt üblicherweise eine Konzentration von etwa 200 bis 420 g/Liter, meist etwa 280 g/Liter.

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Bei der Natriurachloridelektrolyse leitet man üblicherweise eine Sole mit einem Gehalt an etwa 250 bis 325 g/Liter, vorzugsweise etwa 320 g/Liter, Natriumchlorid als Beschickung in die Anodenkammer, Der pH-Wert der Anolyt-BeSchickung beträgt üblicherweise etwa 1,0 bis 10,0, vorzugsweise etwa 3,5. Diese pH-Werte in der Anodenkammer lassen sich durch Zusatz von Säure, vorzugsweise Salzsäure, einstellen. Der Anolytüberlauf bzw. der aus der Anodenkammer abgezogene verbrauchte Anolyt enthält üb- ■ licherweise etwa 200 bis 295 g/Liter, meist etwa 250 g/Liter, Natriumchlorid. Bei einer Dreikammerzelle, d.h. einer Zelle mit einer oder mehreren Einheiten aus einer Anodenkammer, einer "" Kathodenkammer' und einer einzigen Pufferkammer, leitet man Wasser in die Pufferkammer und zieht eine verdünnte Natronlauge ab. Im allgemeinen weist diese Lösung einen Natriumhydroxidgehalt von etwa 50 bis 200 g/Liter, meist etwa 100 g/Liter, auf. Diese verdünnte Natronlauge wird vorzugsweise gegebenenfalls zusammen mit zusätzlichem Wasser als Katholyt in die Kathodenkammer eingeleitet. Aus der Kathodenkammer kann eine konzentriertere Natronlauge mit einer NaOH-Konzentration von etwa 150 bis 250 g/Liter, meist etwa 160 g/Liter, abgezogen werden. Außerdem entstehen in der Anoden- und der Kathodenkammer Chlorbzw. Wasserstoff als gasförmige Produkte.

Nach einer anderen .Verfahrensweise leitet man Wasser sowohl in die Pufferkammer als auch in die Kathodenkammer und zieht aus. _/ der Pufferkammer eine verdünnte Natronlauge, aus der Kathodenkammer eine konzentriertere Natronlauge ab. Hierbei läßt sich . . die Menge der aus der Pufferkammer abgezogenen verdünnten Natronlauge und die Menge der aus der Kathodenkammer abgezogenen

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Γ Π

konzentrierten Natronlauge je nach dem Bedarf für die jeweilige Konzentrationsstufe regeln. Üblicherweise zieht man etwa 50 Prozent des Natriumhydroxids als verdünnte Lösung aus der Pufferkammer und die übrigen 50 Prozent als konzentriertere Lösung aus der Käthodenkammer ab. Die Konzentration der verdünnten Natronlauge liegt üblicherweise im Bereich von etwa 50 bis 200 g/Liter, meist etwa 100 g/Liter. Die konzentriertere Natronlauge aus der Kathodenkammer besitzt üblicherweise eine Konzentration von etwa 200 bis 420 g/Liter, meist etwa 280 g/Liter.

Die elektrochemische Zersetzung erfolgt im Verfahren der Erfin-* dung üblicherweise bei einer Spannung von etwa 3,4 bis 4,8 V, vorzugsweise etwa 4,2 V. Die Stromdichte beträgt vorzugsweise etwa 0,31 A/cm . Im allgemeinen wird die Zelle bei einer Temperatur von etwa 90 bis 105°C, vorzugsweise etwa 95°C, betrieben. Unter diesen Bedingungen^erzielt man eine Chlor- bzw. Anodenausbeute von mindestens etwa 96 Prozent und eine Kathoden- bzw. Laugenausbeute von mindestens 85 Prozent, oft mehr als 90 Prozent. Die in der Käthodenkammer erhaltene konzentrierte Natronlauge ist darüberhinaus von hoher Reinheit, sie enthält praktisch kein Natriumchlorat und weniger als 1 g/Liter Natriumchlorid.

Bei Zellen aus sich wiederholenden Einheiten mit zwei oder mehr Pufferkammern wird das Verfahren ähnlich durchgeführt. Auch hier . kann Wasser sowohl in die einzelnen Pufferkammern als auch in die Käthodenkammer eingeleitet werden und ein Teil der Natronlauge kann entweder aus den Pufferkammern als verdünnte Lösung bzw. aus der Kathodenkammer als konzentriertere Lösung abgezo-

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gen werden. Vorzugsweise leitet man jedoch die verdünnte Natronlauge aus den einzelnen Pufferkammern zumindest als Teil der Beschickung in die anschließende Pufferkammer und schließlich in die Kathodenkammer, so daß man aus der Kathodenkammer eine konzentrierte Natronlauge von hoher Reinheit abziehen kann.

Außer zur elektrolytischen Herstellung von Chlor und Natronlauge aus Natriumchloridsole können .die erfindungsgemäßen Elektrolysezelle auch zur elektrolytischen Herstellung von Chlor und-Wasserstoff aus Salzsäure eingesetzt werden. In diesem Fall leitet man wäßrige Salzsäure als Anolyt in die Anodenkammer.

Die HCl-Konzentration beträgt üblicherweise etwa 10 bis 36 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 15 bis 25 Gewichtsprozent. Obwohl auch Wasser in die Pufferkammern und die Kathodenkammer geleitet werden kann, beschickt man vorzugsweise sowohl die Pufferkammern als auch die Kathodenkammer ebenfalls mit wäßriger Salzsäure..Die hierbei angewandte HCl-Konzentration beträgt etwa 1 bis 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise 1 bis 5 Gewichtsprozent. Zwar sollen die in die Anoden-, Puffer- und Kathodenkammern eingeleiteten Lösungen vorzugsweise keine ionischen Verunreinigungen enthalten, jedoch hat sich herausgestellt, daß durch Zusatz von Alkalimetallchloriden, wie Natriumchlorid, zum Anolyten die Korrosion vermindert werden kann, vor allem wenn Kathoden aus Stahl oder einem ähnlich korrodierbaren Material verwendet werden. In diesem Fall werden dem Anoly-A ten üblicherweise etwa 12 bis·25 Gewichtsprozent Natriumchlorid zugesetzt.

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Die Beispiele erläutern die Erfindung. Alle Teile und Prozente beziehen sich auf das Gewicht, falls nichts anderes angegeben ist.

Beispiel 1

Eine aus drei Kammern bestehende Laboratoriumszeile wird bei 120 A, einer Anodenstromdichte von 0,31 Ä/cm und einer Spannung von 4,1 V betrieben. Die Zelle ist mit einer, einen Rutheniumoxidüberzug aufweisenden Titananode, einer Stahlkathode, und zwei Kationenaustauschermembranen ausgerüstet, die die Pufferkammer gegen die Anoden- und die Kathodenkammer abtren- "> nen. Die Membran ist eine 0,254 mm dicke Folie aus einem hydrolysierten Copolymerisat von Tetrafluoräthylen und einem sulfonierten Perfluorvinyläther mit einem Äquivalentgewicht von etwa 1100, das nach dem Verfahren der US-PS 3 282 875 hergestellt worden ist. Eine Sole mit einem Natriumchloridgehalt von 320 g/Liter wird durch die Anodenkammer geleitet, während man sowohl in die Pufferkammer als auch in die Kathodenkammer Wasser einleitet. Der Anolyt wird durch Zusatz von Salzsäure bei einem pH-von etwa 4,0 gehalten. Aus der Pufferkammer fließt eine Natronlauge mit einer NaOH-Konzentration von etwa 116 g/Liter _T aus der Kathodenkammer eine Natronlauge mit einer NaOH-Konzentration von etwa 384 g/Liter ab. Durch Vermischen der beiden Lösungsströme erhält man eine Natronlauge mit einer NaOH-Konzentration von etwa 197 g/Liter, die praktisch kein Natriumchlorat. und weniger als etwa 1 g/Liter NaCl enthält."·Bei einer Betriebsdauer von 16 1/2 Stunden beträgt die Laugen- bzw. Kathodenstromausbeute etwa 85,7 Prozent, die Chlor- bzw. Anodenstromausbeute etwa 97 Prozent.

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Beispiel 2

Eine Dreikammerzelle_ der in Beispiel 1 beschriebenen Art von üblicher Betriebsgröße wird mit 150 kA, einer Anodenstromdichte von 0,31 A/cm und" einer Spannung von 4,1 V bei etwa 96⁰C betrieben. Man leitet eine wäßrige Sole mit einer NaCl-Konzentration von etwa 320 g/Liter in die Anodenkammer, wobei ein Anolytüberlauf mit einem pH von etwa 3,5 erhalten wird, der etwa 250 g/Liter NaCl enthält. Durch Zusatz von Salzsäure hält man den pH des Anolyten bei etwa 3,5. In die Pufferkammer wird Wasser eingeleitet, während eine Natronlauge mit einer NaOH-Konzentration von etwa 110 g/Liter abfließt. Diese wird in die Kathpdenkammer· eingeleitet, wo eine Natronlauge mit einem Gehalt an 16Q g/Liter NaOH, 0,5 g/Liter NaCl und keiner nachweisbaren Menge (<0,1 g/Liter) Natriumchlorat anfällt. Während der gesamten Betriebsdauer beträgt die Kathodenstromausbeute 85 Prozent, die Anodenstromausbeute 96 Prozent.

Beispiel 3

Die Dreikammerzelle aus Beispiel 2 wird mit 150 kA, einer Anodenstromdichte von 0,31 A/cm und einer Spannung von 4 ,.2 V bei etwa 94°C betrieben. Man leitet eine wäßrige Sole mit einer NaCl-Konzentration von etwa 320 g/Liter in die Anodenkammer und erhält einen Anolytüberlauf mit einem pH von etwa 4,0, der etwa 250 g/Liter NaCl enthält. Durch Zusatz von Salzsäure wird der pH des Anolyten bei etwa 4,0 gehalten. Sowohl in die Pufferkammer als auch die Anodenkammer wird Wasser eingeleitet. Aus der. Pufferkammer fließt eine verdünnte Natronlauge mit einer NaOH- ' Konzentration von etwa 100 g/Liter, aus der Kathodenkammer eine starke Natronlauge mit einer NaOH-Konzentration von etwa ,

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280 g/Liter ab. Die Zelle produziert etwa 2,3 Tonnen/Tag NaOH als verdünnte Lauge und etwa 2,4 Tonnen/Tag NaOH als starke Natronlauge. Die Kathodenstromausbeute beträgt 86 Prozent, die Anodenstromausbeute 96 Prozent.

Beispiel· 4

Es wird eine Laboratoriums-Elektrolysezelle aus 4 Kammern hergestellt, d.h. die Anodenkammer und die Kathodenkammer sind durch zwei Pufferkammern voneinander getrennt. Die Anodenkammer besteht aus einem Polyester auf Basis von HET-Säure (Handelsname: Hetron), die beiden Pufferkammern bestehen aus Polypropylen und die Kathodenkammer aus Flußstahl. Die Anodenkammer und die erste Pufferkammer, sowie die erste und die zweite Pufferkammer sind jeweils durch eine Kationenaustauschermembran voneinander getrennt. Die Membran besteht aus einer 0,254 mm dicken Folie eines hydrolysierten Copolymerisats von Tetrafluoräthylen und einem sulfonierten Perfluorvinyläther mit einem Äquivalentgewicht von etwa 1100, dor nach dem Verfahren der US-PS 3 282 875 hergestellt worden ist. Die zweite Pufferkammer und die Kathodenkammer sind durch ein übliches Asbestdiaphragma voneinander getrennt. Man leitet eine Sole mit einer NaCl-Konzentration von etwa 320 g/Liter durch die Anodenkammer, die mit einer einen Rutheniumoxidüberzug aufweisenden Titanano-de ausgerüstet ist. In die erste Pufferkammer v/ird Wasser geleitet. Der Ablauf aus der ersten Pufferkammer wird in die zweite Pufferkammer gepumpt. Die in dieser' Kammer enthaltene Lösung fließt durch das poröse Asbestdiaphragma in' die Kathodenkammer,' die mit einer Stahlkathode ausgerüstet ist. Die Zelle wird mit 120 A, einer Anodenstromdiente von 0,31 A/cm und einer Spannung

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von 4,4 V "betrieben. Die NaOH-Konzentration der Lösung in der ' ersten Pufferkammer beträgt 120 g/Liter, in der zweiten Pufferkammer 187 g/Liter und in der Kathodenkammer 209 g/Liter, wobei der NaCl-Gehalt im letzten Fall bei etwa 0,5 g/Liter liegt. Unter den genannten Bedingungen beträgt die anodische Chlorausbeute 96 Prozent, die kathodische Laugenausbeute 93 Prozent. Durch Zusatz von Salzsäure zum Anolyten in stöchiometrischer Menge wird der Unterschied zwischen der Anoden- und der Kathodenausbeute kompensiert.

Beispiel5 ^Ί

Gemäß Beispiel'4 wird die Zelle aus Beispiel 1 mit 120 A, einer Anodenstromdichte von 0,31 A/cm und einer Spannung von 4,3 V betrieben. Die Lösung der ersten Pufferkammer enthält 140 g/Liter NaOH, die Lösung in der zweiten Pufferkammer 226 g/Liter NaOH und die aus der Kathodenkammer fließende Lösung 240 g/Liter NaOH sowie 0,6 g/Liter NaCl. Die anodische Chlorausbeute beträgt 96 Prozent, die kathodische Laugenausbeute 90 Prozent.

•Beispiel 6

Die Zelle aus Beispiel 4 wird modifiziert, indem man das Asbestdiaphragma zwischen der zweiten Pufferkammer und der Katho- ' denkammer durch eine poröse Perfluorsulfonsäuremembran ("ESL323" von duPont) ersetzt. Die Zelle wird nach dem Verfahren von Beispiel 1 betrieben, wobei die Laugenkonzentration in _f der ersten Pufferkammer 100 g/Liter NaOH, in der zweiten Pufferkammer 14O g/Liter NaOH und bei der aus der Kathodenkammer fließenden Lösung 213 g/Liter.NaOH beträgt. Die anodische

Chlorausbeute beträgt 96 Prozent, die kathodische Laugenausbeu-L ■ . -J

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te 94~ Prozent.

Beispiel 7

Die Zelle aus Beispiel 4 wird modifiziert, indem man das poröse Asbestdiaphragma durch eine poröse Polypropylenfolie ("Celgard") ersetzt. Beim Betrieb der Zelle gemäß Beispiel 1 unter den folgenden Bedingungen werden die nachstehend angegebenen Ergebnisse erzielt:

NaOH-	Konzentration, (	g/Liter)	Kathodenstrom
1. Puffer kammer	2. Puffer kammer	Kathoden kammer	ausbeute, (%)■
110	135	.191	93
125	159	252	92
135	173	244	91
150	214	303	89

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Claims

Patentansprüche

Elektrolysezelle aus einer eine Anode enthaltenden Anodenkammer, einer eine Kathode enthaltenden Kathodenkammer und mindestens einer Pufferkammer zwischen der Anoden- und der Kathodenkammer, wobei einige oder sämtliche Kammern durch eine praktisch flüssigkeits- und gasundurchlässige Trennwand voneinander getrennt sind, die im wesentlichen aus einem hydrolysierten Copolymer!sat eines perfluorierten Kohlenwasserstoffs und eines sulfonierten Perfluorvinyläthers oder einem mit Styrol umgesetzten und sulfonierten perfluorierten Äthylen-Propylen- ^Ί Polymerisat besteht.
2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens zwei Pufferkammern zwischen der Anoden- und der Kathodenkammer aufv/ei st.
3. Zelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, d.aß zumindest die Anodenkammer von der angrenzenden Pufferkammer durch

. die undurchlässige Trennwand und zumindest die Kathodenkammer von der angrenzenden Pufferkammer durch ein poröses Diaphragma getrennt sind.
4. Zelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Diaphragma aus Asbest besteht. . _r
5. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

'= Trennwand aus einem hydrolysierten Copolymerisat von Tetrafluoräthylen und einem sulfonierten Perfluorvinyläther der Formel: _j

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.28.

FSO₂CF₂CF₂OCF(CF₃)CF₂OCf=CF₂

mit einem Äquivalentgewicht von etwa 900 bis 1600 besteht.
6. Zelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymerisat ein Äquivalent von etwa 1100 bis 1400 besitzt und etwa 10 bis 30 Prozent der Ätherverbindung enthält.
7. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Styrol umgesetzte und sulfonierte perfluorierte Äthylen-Propylen-Polymerisat etwa 16 bis 18 Gewichtsprozent Styrol enthält und etwa 2/3 bis 13/16 der Phenylgruppen mono sulfoniert sind. ""
8. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus Metall besteht.
9» Verfahren zur Elektrolyse ionisierbarer chemischer Verbindungen in wäßriger Lösung, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Lösung einer ionisierbaren chemischen Verbindung in die Anodenkammer einer Elektrolysezelle nach den Ansprüchen 1 bis 9 einleitet, eine zweite wäßrige Lösung in die Puffer- und Kathodenkammern der Zelle einleitet und durch Stromfluß zwischen der Anode und der Kathode die elektrolytische Zersetzung der ionisierbaren Verbindung bewirkt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man/ eine wäßrige Lösung eines Alkalimetallhalogenids als erste wäßrige Lösung in die Anodenkammer und Wasser als zweite v/äßrige Lösung in die Puffer- und Kathodenkammern einleitet.

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1 f. ^r2 I. U ) Ί
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Natriumchloridlösung verwendet und Chlor als Zersetzungsprodukt an der Anode, eine verdünnte Natronlauge aus

. der (den) Pufferkammer(n) sowie eine konzentrierte Natronlauge als Zersetzungsp'rodukt an der Kathode erhält.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Salzsäurelösung zur elektrolytischen Herstellung von Chlor und Wasserstoff einsetzt.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man zumindest einen Teil der verdünnten Natronlauge aus jeder der Pufferkammern in die nächste Pufferkammer und schließlich zumindest als Teil des wäßrigen Katholyten in die Kathodenkammer einleitet.
14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man die Zelle mit einer Spannung'von etwa 3,4 bis 4,8 V und einer Anodenstromdichte von etwa 0,124 bis 0,388 A/cm betreibt

■ und eine wäßrige Natriumchloridlösung mit einer NaCl-Konzentratipn von etwa 250 bis 325 g/Liter sowie einem pH-Wert von etwa 1,0 bis 10,0 in die Anodenkammer einleitet.

15- Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man die Zelle mit einer Spannung von etwa 3,4 bis 4,8 V und > einer Anodenstromdichte von etwa 0,124 bis 0,388 A/cm betreibt und eine etwa 10 bis 36gewichtsprozentige wäßrige Salzsäurelösung in die Anodenkammer einleitet«

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