DE2747576B2 - Verfahren zur Herstellung von Jodwasserstoff - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von JodwasserstoffInfo
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- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
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Description
15
20
Wäßrige Lösungen von Jodwasserstoff werden als Antiseptika zur Desinfektion von Wasser und auf
ähnlichen Anwendungsgebieten benutzt Besonders bevorzugt sind für diese Zwecke wäßrige Lösungen von
Jodwasserstoff, die etwa 40 bis etwa 50 oder mehr Gew.-% Jodwasserstoff und kleine Mengen an Jod
enthalten.
Aus der US-FS 37 61 579 ist die Herstellung von
Jodwasserstoff durch Umsetzune von Wasser und Kohlenmonoxid in saurem Medium durch Berühren des
Reaktionsmediums mit einem Katalysator, der Rhenium oder Iridium enthält, bekannt bas Arbeiten mit
Kohlenmonoxid erfordert aber besondere Sicherheitsmaßnahmen. Außerdem sind die genannten Katalysatoren teuer.
Es wurde nun gefunden, daß man Jodwasserstoff durch Reduktion von Jod in einer wäßrigen HJ-Lösung
dadurch herstellen kann, daß die Reduktion in einer Elektrolysezelle mit einer wäßrigen Katholytflüssigkeit
die eine solubilisierende Menge an Jodwasserstoff enthalt, erfolgt
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Anolytflüssigkeit eine wäßrige Säure. Eine
andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Katholytflüssigkeit mindestens 1,0
Gramm pro Liter Jodwasserstoff enthält. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen
der Anolytflüssigkeit und der Katholytflüssigkeit eine permionische Membran angeordnet. Ferner sieht eine
andere bevorzugte Ausführungsform vor, daß das Jod der Katholytflüssigkeit in fester Form zugeführt wird.
Bei der Erfindung wird der Jodwasserstoff in dem Katholyten entwickelt Bei der Inbetriebnahme der
Anlage kann Jodwasserstoff in der Katholytflüssigkeit vorhanden sein, um eine gewisse Löslichkeit für das Jod
zu gewährleisten. Durch Verwendung einer wäßrigen βο Lösung einer Säure als Anolyt geht bei der Hydrolyse
das Wassersloffion durch die Membran aus dem Anolyten in den Katholyten und es entwickeil sich ein
anodisches Nebenprodukt, wie Chlor oder Sauerstoff.
In der Figur ist eine elektrolytische Zelle, die in eine
Anolytkammer und eine Katholytkammcr durch eine permionische Membran unterteilt ist, schematisch
dargestellt. Die elektrolytische Zelle besitzt außerdem
Zuführungseinrichtungen für den Anolyten, Abscheidungseinrichtungen für das Anolytgas, Zuführungseinrichtungen für den Katholyten und Abscheidungseinrichtungen für die Katholytflüssigkeit
Bei der Erfindung wird Jodwasserstoff durch ein elektrolytisches Verfahren hergestellt, bei dem eine
wäßrige Lösung von Jodwasserstoffsäure entsteht Die wäßrige Lösung der Jodwasserstoffsäure kann zusätzlich kleine Mengen an Jod, zum Beispiel Jodrdionen, J3",
enthalten. Bevorzugt enthält die Lösung der Jodwasserstoffsäure mehr als 40 Gew.-% Jodwasserstoff, zum
Beispiel 46 bis 50 oder sogar 55 Gew.-% Jodwasserstoff.
Das elektrolytische Verfahren wird in einer elektrolytischen Zelle 1 durchgeführt, die eine Anolytkammer mit
siner Anode 7 besitzt, die von der Katholytkammer mit
der Kathode 9 durch eine permionische Membran 5
getrennt ist Die permionische Membran wird nachher noch genauer beschrieben werden.
Bei der Erfindung wird eine wäßrige Katholytflüssigkeit bereitgestellt Bei der kontinuierlichen Durchführung des Verfahrens ist eine solubilisierende Menge
Jodwasserstoff in der Kathoiyiffüssigkeit vorhanden.
Auch bei der diskontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Ausführungsform des Verfahrens kann die Zugabe
einer gewissen Menge an Jodwasserstoff als Solubilisierungsmittel erforderlich sein. Die Konzentration an
Jodwasserstoff in der Katholytflüssigkeit ist nach Ausführung des Verfahrens für eine gewisse Zeit eine
Funktion der Verweilzeit in der Katholytkammer. Häufig ist die Konzentration an Jodwasserstoff höher
als 40%, zum Beispiel so hoch wie 46 bis 50, oder sogar 55Gew.-%.
Die Konzentration des Jods in der Katholytflüssigkeit liegt im allgemeinen unterhalb seiner Löslichkeitsgrenze. Während der Inbetriebnahme eines diskontinuierlichen Verfahrens kann die Konzentration des Jods aber
bei der Löslichkeitsgrenze liegen. Die Löslichkeitsgrenze des Jods ist von der Jodwasserstoffkonzentration
abhängig, wie dies später noch genauer angegeben werden wird. Außerdem kanr. Jod ;,is Feststoff in der
Katholytkammer vorhanden sein, zum Beispiel bei der Inbetriebnahme eines diskontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Verfahrens.
Die Sättigungskonzentration von Jod in Gramm pro Liter entspricht etwa der tatsächlichen Konzentration
an Jodwasserstoff in Her wäßrigen Lösung in Gramm
pro Liter. Die in der folgenden Tabelle I angegebenen Werte sind für die Sättigungskonzentration von Jod in
Jodwasserstofflösungen bei 25°C in Gramm-Mol pro Liter aus der Literatur bekannt.
Löslichkeit von Jod in wäßriger
Jodwasserstoffsäure Gramm-Mol pro
Liter
0,0000
0,0604
0,0922
0,1209
0,2110
0,3120
0,1230
0,5OfX)
0,6350
0,1209
0,2110
0,3120
0,1230
0,5OfX)
0,6350
0,0029
0,0295
0,0459
0,0619
0,1117
0,1633
0,2358
0,3000
0,3950
0,0619
0,1117
0,1633
0,2358
0,3000
0,3950
Unter einer »solubilisierenden Menge« Jodwasserstoff wird eine Menge verstanden, die ausreichend ist,
um die gewünschte Jodkonzentration in der Lösung zu ergeben.
In der Auolytkammer wird eine wäßrige elektrisch leitende Anolytflüssigkeit bereitgestellt Die Anolytflüssigkeit sollte eine elektrische Leitfähigkeit von größer
als etwa 0,03 (Ohm-cm)-' und bevorzugt größer als etwa 1,0 (Ohm-cm)-' bei einer Temperatur von etwa
25CC haben. Dir elektrische Leitfähigkeit kann höher
oder niedriger als diese Werte in Abhängigkeit von der Temperatur und der Anwesenheit oder Abwesenheit
von verschiedenen Verunreinigungen mit störenden Effekten sein.
Die Anolytflüssigkeit kann von einer sauren wäßrigen Lösung gebildet werden, zum Beispiel von Schwefelsäu
re, Salzsäure oder Phosphorsäure. Wenn die Anolytflüssigkeit eine wäßrige Lösung einer Säure ist, sollte die
Säure bevorzugt ein verwendbares anodisches Nebenprodukt liefern. Typische Säuren, die ein nützliches
Nebenprodukt liefern, sind Schwefelsäure und Phosphorsäure bei denen Sauerstoff als Nebenprodukt
entsteht, oder Salzsäure, bei der Chlor als Nebenprodukt entsteht Die Konzentration der Säure sollte
derartig sein, daß sie eine wirtschaftlich verwertbare elektrische Leitfähigkeit der Anolytflüssigkeit ergibt
Außerdem kann es vorteilhaft sein, den Transport von Wasser aus dem Anolyten zu dem Katholyten niedrig zu
halten, zum Beispiel durch Verwendung einer konzentrierten Anolytflüssigkeit Die optimale Konzentration
des Anolyten wird im Einzelfall durch Routineversuche ermittelt, wobei sie von der Konstruktion der Zelle, der
Temperatur des Elektrolyten, der Menge und der Natur der Verunreinigungen in dem Anolyten und der
gewünschten Stärke der Jodwasserstofflösiing abhängt
Wenn die Anolytflüssigkeit Schwefelsäure ist Hegt
die Konzentration in der Regel bei etwa 5 bis etwa 40 Gew.-%, bevorzugt etwa IO bis etwa 35 Gew.-%, wobei
die optimale Konzentration durch Routineversuche leicht zu ermitteln ist Wenn der Elektrolyt Salzsäure ist
liegt die Konzentration in der Regel bei etwa 2 Gew.-% bis zu einer gesättigten Lösung, das heißt etwa 38
Gew.-%, wobei eine Konzentration von 5 b.;s etwa 38
Gew.-% bevorzugt ist
Die Anolytilüssigkeit ist bevorzugt eine Säure, so daß
sie die Wanderung von Wasserstoffionen durch die permionische Membran ermöglicht doch kann sie auch
eine Sahlösung sein, wobei das Salz derartig ausgewählt werden sollte, daß ein verwendbares anodirches
Nebenprodukt entsteht und das kathodische Produkt ein Jodidsalz ist
Bei der Erfindung wird elektrischer Strom durch die Zelle geleitet, die Jod in der Katholytflüssigkeit enthän.
Wenn das Verfahren diskontinuierlich durchgeführt wird, wird Jod entweder in Lösung oder als Feststoff
und in Lösung zu der Katholytflüssigkeit zugegeben. Eine solubilisierende Menge von Jodwasserstoff ist
bevorzugt in der Kathoiytflüssigkeit vorhanden. Beispielsweise ergeben etwa 7 Gramm Jodwosserstoff pro
Liter einen Jodgehalt der Lösung von etwa 7 Gramm pro Liter. Je mehr Jodwasserstoff gebildet wird, desto
mehr festes Jod wird solubilisiert.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das Verfahren halbkontinuierlich durchgeführt werden. Nach einer halbkontinuierlichen Arbeitsweise wird festes Jod der Katholytflüssigkeit zu Beginn
des Verfahrens zugegeben und Jodwasserstoff wird aus der Katholytkammer ko; iinuierlich entfernt, um den
Gehalt an Jodwasserstoff und an Jod in der Katholytflüssigkeit auf dem gewünschten Niveau zu halten. Bei
hohen Jodwasserstoffgehalten, beispielsweise oberhalb von etwa 40 Gew.-%, sollte die Jodkonzentration
bevorzugt unterhalb der Sättigungsgrenze liegen.
Bei einem anderen halbkontinuierlichen Verfahren wird Jod langsam in die Katholytflüssigkeit eingebracht,
wobei die Jodwasserstoffkonzentration aufgebaut wird. Es wird beispielsweise mit 03 Gramm pro Liter oder
ι ο weniger Jod angefangen und es wird mehr Jod zugeführt
in dem Ausmaß, wie die Jodwasserstoffkonzentration in der Katholytflüssigkeit ansteigt Danach kann entweder
ausreichend Jod zugegeben werden oder die Jedkonzentration kann auf dem gewünschten Niveau gehalten
is werden, bis die gewünschte Jodwasserstoffkonzentration erreicht ist oder man kann das Jod in dem
Katholyten in dem Ausmaß absinken lassen, indem die Konzentration an Jodwasserstoff zunirnmt
Bei einer kontinuierlichen Betriebsweise kann eine
stöchiometrische Menge an Jod der Katholytflüssigkeit
zugegeben werden und die Konzentration an Jodwasserstoff kann bei der gewünschten Höhe gehalten
werden, zum Beispiel bei etwa 40 bis 55 Gew.-% Jodwasserstoff, wobei kein festes Jod in dem Katholyten
vorhanden ist Wenn das Verfahren kontinuierlich betrieben ward, liegt die Konzentration an Jodwasserstoff nach der Inbetriebnahme häufig höher als 40
Gew.-%, zum Beispiel 46 oder 50 oder sogar 55 Gew.-%
Jodwasserstoff und die Konzentration an Jod kann viel
jo niedriger sein, zum Beispiel so niedrig wie 2, 3, 5 oder
10%. Die Konzentration an Jod sollte aber hoch genug
sein, um die Bildung von Wasserstoff zu vermeiden.
Das Jod kann als Feststoff oder Lösung zugegeben werden. Wenn es als Feststoff zugegeben wird, kann es
in Form von Rocken oder als Aufschlämmung von festen Flocken in einer gesättigten Jodlösung oder als
Aufschlämmung von festen Rocken in einer gesättigten Jod-Jodwasserstofflösung oder als eine Aufschlämmung
von festen Rocken in einer im Kreislauf geführten
Katholytflüssigkeit eingebracht werden. Wenn das Jod
in Lösung zugegeben wird, kann diese Lösung eine gesä '.igte Jodlösung sein, eine gesättigte Lösung von
Jodwasserstoff und Jod oder eine an Jod ungesättigte Lösung von Jodwasserstoff.
Von der Anode der Zelle wird ein elektrischer Strom durch die Anolytflüssigkeit die permionische Membran
und die Katholytflüssigkeit zu einer Kathode der Zelle geleitet, wobei Jodwasserstoff in dem Katholyten
entwickelt wird. In der Regel wird eine Stromdichte von
etwa 0,1 Ampere/cm2 bis etwa 1,0 Ampere/cm2
verwendete, doch kann die Stromdichte auch höher sein, wenn es die elektrolytischen Komponenten erlauben,
das heißt, daß die Stromdichte an ihrer oberen Grenze durch die, begrenzenden Stromdichten der permioni
sehen Membran, der Anode und der Kathode definiert
ist. An der begrenzenden Stromdichte b/ingt eine
weitere Erhöhung der Spannung keine Erhöhung der Stromdichte. An der unteren Grenze ist die Stromdichte
durch wirtschaftliche Überlegungen, die von der
t>o Zellkonstruktion abhängen, bedingt.
Die Elektrolyttfc.nperaturen liegen in der Regel bei
einer Temperatur zwischen etwa 15°C un<"! der
Siedetemperatur der Katholytflüssigkeit oder der Anolytflüssigkeit.
<r> In der Zeichnung wird schematisch eine clektrolytische Zelle dargestellt. Die tlektrolytische Zelle 1 hat
einen Behälter 3, der im Inneren durch eine permionische Membran 5 in eine Anolytkammer mit der Anode 7
und in eine Katholytkammer mit der Kathode 9 unterteilt ist. Die Kalholytkammer besitzt Einrichtungen 11 zur Zuführung von Jod, mit deren Hilfe festes Jod
direkt in die Katholytkammer der Zelle 1 über die Leitung 13 eingeführt werden kann. Alternativ kann das
Jod durch die Leitung 15 einem Behälter 17 zugeführt werden, wo Jod durch abgezogene wäßrige Jodwasserstofflösung solubilisierl wird und danach durch die
Leitung 25 in die Zelle eingeführt wird.
Die Zelle besitzt ferner eine Leitung 19 für die Abführung der lodwasserstoffsäure, die in Verbindung
mit der Leitung 21 steht und über die Leitung 23 die Jodwasserstoffsäure zum Behälter 17 im Kreislauf
führen kann, um sie dort mit dem festen Jod zu mischen und diese Mischung über die Leitung 25 in die
Katholytkammer der Zelle einzuführen.
Der Anolyt kann über die Leitung 27 zugeführt werden. Die Abführung des Anolyten kann ebenfalls
über die Leitung 27 oder über die Leitung 29 erfolgen.
Die Anode 7 und die Anodenkammer bestehen bevorzugt aus Titan oder Titanlegierungen, wie
Legierungen von Titan mit Molybdän. Palladium und Yttrium. Der Behälter der Zelle und die Anode können
auch aus Blei oder Bleilegierungen bestehen. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Zellbehälter aus
Glas und die Anoden aus den angegebenen Metallen bestehen.
Die Kathode und die Katholytkammer können aus Edelstahl oder aus Blei bestehen. Die Katholytkammer
kann außerdem aus Glas bestehen, wobei die Kathode aus einem der angegebenen Metalle besteht.
Alternativ kann der Zellkörper einschließlich der Anodenkammer und der Kathodenkammer aus einem
chlorierten Polyvinylchlorid oder aus mit Glasfasern verstärkten Kunststoffen oder aus mit Glasfasern
verstärkten Polymeren auf Basis von Hexachlorheptendicarbonsäuren und Glykolen bestehen.
Die bei der Durchführung der Erfindung verwendeten elektrolytischen Zellen besitzen eine Membran, die für
den Elektrolyten undurchlässig, aber für ein lon durchlässig ist, das heißt eine permionische Membran,
die zwischen der Anolytkammer und der Katholytkamme; angeordnet ist. Die permionische Membran kann
aus Fluorkohlenwasserstoffen bestehen.
Wenn das lonenaustauscherharz polymer ist. kann der Fluorkohlenstoffanteil aus einem fluorierten Olefin
stammen, wie zum Beispiel aus Tetrafluoräthylen, Hexafluorpropylen. Octafluorbutylen oder höheren
Homologen dieser Verbindungen. Bevorzugt ist Tetrafluoräthylen.
In einem entsprechenden Copolymeren können auch Fluorkohlenstortdnteile vorhanden sein, die als Vorläufer fluorierte Acetylene, wie Difluoracetylen oder
fluorierte Diolefine, wie Hexafluorbutadiene, enthalten.
Solche Fluoracetylene und Fhjordiolefine können als Vernetzungsmittel für die Fluorolefinpolymeren dienen,
wodurch die Festigkeit der Diaphragmen erhöht werden kann.
Besonders geeignete Membranmaterialien sind die Copolymeren von fluorierten Olefinen und Trifluorvinylsulfonsäure. Unter diesen Copolymeren ist besonders
eines aus Tetrafluoräthylen und Trifluorvinylsulfonsäure von Interesse, dessen Herstellung in der US-PS
36 24 053 beschrieben ist
Außer den vorhin erläuterten fluorierten Polyolefinen kommen auch andere polymere Fluorkohlenstoffe für
die Membran in Betracht Eine besonders geeignete Gruppe von derartigen Materialien sind Fluorkohlen
stoff-Fluorkohlenstoffsäure-Vinylätherpolymere (vgl.
US-PS 32 82 875. GB-PS 10 34 197 und DE-OS 18 06 097).
Das permionische Material kann ein handelsübliches mehrschichtiges Laminat sein. Die der Anode gegenüberliegende Schicht ist 0,102 mm dick und hat ein
Äquivalentgewicht des Fluorkohlenstoff-Fluorkohlenstoffsulfonsäure-Copolymeren von 1100, die Zwischenschicht ist ein Gewebe aus Multifilamentfasern aus
ίο Polytetrafluoräthylen in einem Abstand von 0,159 cm,
wobei in gleichem Abstand Reyonfasern zwischen den Polytetrafluoräthylenfasern angeordnet sind und die
Schicht gegenüber der Kathode ist eine 0.038 mm dicke Schicht mit einem Äquivalentgewicht von 1500 eines
ι > Fluorkohlenstoff-Fluorkohlenstoffvinylsulfonsäurecopolymeren.
Auch kann die permionische Membran Sulfonylgruppen an ihrer Oberfläche und Sulfonamid- oder
Sulfonamidsalzgruppen an der entgegengesetzten Seite
.'η besitzen. Die Seite mit den Sulfonylgruppen grenzt an
den Anolyten an und die Seite mit den Sulfonamid- oder Sulfonamidsalzgruppen grenzt an den sauren Katholyten an. Eine derartige Membran ist in der US-PS
37 84 399 beschrieben.
r> Alternativ kann die Membran ein permionisches Material sein, das durch Einwirkung von Chlor abgebaut
ist, wie zum Beispiel ein mit Chlor abgebautes Copolymeres aus Styrol, Divinylbenzol und Maleinsäureanhydrid.
jo Das beanspruchte Verfahren kann in einer elektrolytischen Zelle mit einer Bleianode und einer Anolytkammer aus Glas und einer Bleikathode und einer
Katholytkammer aus Glas durchgeführt werden. Die Anode und die Kathode können voneinander durch eine
j) handelsübliche Membran getrennt sein. Diese Membran
hat auf der einen Seite eine 0,038 mm Schicht eines Polymeren mit einem Äquivalenzgewicht von 1500 und
auf der entgegengesetzten Seite eine 0,102 mm dicke Schicht eines Polymeren mit einem Äquivalenzgewicht
■to von etwa 1100.
Die elektrolytische Zelle kann mit einer Anolytflüssigkeit betrieben werden, die eine 15gew.-%ige Lösung
von Schwefelsäure und eine wäßrige Katholytflüssigkeit mit etwa 13 Gramm pro Liter Jodwasserstoff, etwa 13
4> Gramm pro Liter solubilisiertes Jod und überschüssiges
festes Jod in dem Katholyten enthält. Die Zelle kann mit einer Stromdichte von etwa 200 Ampere/929 cm2 und
einer Spannung von etwa 33 Volt betrieben werden, um
ein Katholytprodukt zu erzeugen, das 55 Gew.-% einer
so wäßrigen Jodwasserstofflösung und etwa OS Gew.-% Jod enthält. Es ist im wesentlichen kein feste= Jod
vorhanden und das Anolytprodukt ist Sauerstoff.
In der Kathodenkammer einer eiektrolytischen Zelle wurde Jod zur Herstellung einer wäßrigen Lösung von
Jodwasserstoff elektrolysiert
Die Zelle bestand aus zwei Kniestücken aus Glas. Jedes Kniestück hatte ein Basisteil mit den Dimensionen
3,81 cm χ 10,16 cm und einen aufragenden Teil mit den Dimensionen 5,08 cm χ 7,62 cm. Die beiden Kniestücke
waren mit einer dazwischen angeordneten Membran zusammengeklemmt Die Membran war als handelsübliches
[CF2=CF(OCF2-CF(CF3)XCF2CF2SO2Ho-
[lie Membran wiir ein 0,127 mm dicker IiIm. und das
Copolymere hatte ein Äqirvalcn/gcwichi von 1200.
Die Anode halte die Dimensionen 1.27 cm χ 1.59 cm
χ 0.32 cm und bestand aus Blei. Die Kathode hatte die Dimensionen 1.27 cm χ 1.59 cm χ 0.1b cm und bestand
aus einer Legierung von Titan, die 0.02 Gcw.-% Yttrium enthielt. Die Anode war im Abstand von 1.27 cm von der
Membran angeordnet und die Kathode im Abstand von 1.9cm.
Das Verfahren wurde diskontinuierlich durchgeführt. Der Ansatz für die Katholytkammer wurde hergestellt,
indem 14.2 ml einer bOgew.-"/»igen wäl.irigen |od\vasscrstoffsäure
von Analvsenicinhcit. 50.8 Gramm festes Jod und ausreichend destilliertes Wasser verwendet wurden,
um 500 ml Flüssigkeit zu erhalten. 120 ml dieser Zusammensetzung wurden dann in die Katholytkammer
der Zelle gegeben. Es wurde festgestellt, daß festes )od in der Katholvtkammer vorhanden war.
Die Anolytflüssigkeit bestand aus 500 ml einer I5gcw."/oigen wäßrigen Schwefelsäure.
Die Elektrolyse wurde mit einer Stromdichte von 0,495 Ampere/cm·' und einer Zellspannung von 4.08 Volt
aufgenommen. Nach einer Elektrolysendaiier von einer
Stunde und 53 Minuten enthielt die Katholytflüssigkeil 55Gew.-% Iodwasserstoff und 1.5 Gew.■% gelöstes |od.
Es wurde Iod in der Kathodenkammer einer clektrolytischen Zelle unter Bildung von einer wäBrigen
Jodwasserstoff lösung elektrolysicrt.
Die elektrolytisch^ Zelle bestand, wie in Beispiel I.
aus zwei Kniestücken aus Glas von den gleichen Dimensionen. Die beiden Glasstücke waren mit einer
Membran zwischen ihnen verklemmt. Die Membran war ein handelsübliches
Die Membran war 0.127 mm dick und das Copolymere hatte ein Äciuivalenzgcwicht von 1200.
Die Anode war eine Bleiplatte mit den Dimensionen 1,27 χ 1.59x0,32 cm. Die Kathode war eine Bleiplatte
mit den Dimensionen 1,27 χ 1.59 χ 0.32 cm. Die Anode
war in einem Absland von 1.9 cm von der Membran angeordnet und die Kathode war in einem Abstand von
1,27 cm von der Membran angeordnet.
Das Verfahren wurde diskontinuierlich durchgeführt. Der Ansatz für den Katholyten bestand aus 120 ml der
wäßrigen Lösung von Jod-|odwasserstoff gemäß Heispiel 1. Diese Lösung wurde in die Katholytkammer
gegeben und es wurde festes |od in der Katholytkam mcr beobachtet.
Die Anolytkammer bestand aus 120 ml einer I5ge\v.-%igen
wäßrigen Schwefelsäure.
Die Elektrolyse wurde dann bei einer Stromdichte von 0.495 Ampere/cm-' und einer Zellspanniing von 4.25
Volt aufgenommen. Nach einer Elektrolysendauer von zwei Stunden enthielt die Katholytliüssigkeit 5")
Gew.-% Iodwasserstoff und 0.8 Gew.·% gelöstes |od.
Unter Verwendung der gleichen elektrolvtischen Zelle, wie in Beispiel I, wurde |od unter Bildung von
wäßrigem Jodwasserstoff elektrolysicrt.
Die Membran war die gleiche wie in Beispiel 1.
Die Anode war eine Bleiplatte mit den Dimensionen 1,27 χ 1.59 χ 0.32 cm. Die Kathode war eine Bleiplattc
mit den Dimensionen 1.27 χ 1.59 χ 0.32 cm. Der Abstand zwischen der Anode und der Kathode betrug 3.18 cm.
Das Verfahren wurde halbkontinuierlich durchgeführt. Der Anfangsansatz in der Katholytkammer
bestand aus 120 ml der Jodwasserstoff-Jod-Zusammen-
Perfluoräthylen- | 10 | Spannung | Stromdichte | Setzung von Beispiel 1. | 30 ml Lösung | 4.61 g festes J, |
16 | Es wurden die folgenden Ergebnisse im \ | 4.74 g festes J, | ||||
;CF:_CF(OCF:-CF(CF,)XCF;CF;SO,H)]- | 28 | Volt | Ληιρ/cnr | langer währenden Elektrolyse erhalten: | 5.03 g festes J, | |
Copolymeres. | 03 | 5.61" | 0.495 | Kalholyl- Anolyt-Zugiibc | 4.72 g festes J2 | |
Zeit ιΐίκΐι | 33 | 4.97:/ | 0,49:5 | Zugabe | 4,89 g festes J, | |
Beginn | 23 | 4.16'" | 0.495 | 8,04 g festes J, | ||
Ii : min | 33 | - | 0.480-" | 120 ml Lösung 120 ml Lösung | - | |
00:00 | 03 | 2.48i; | 0,0494/ | 4.26 g festes J: | - | |
02 | 09 | 4.03 | 0,495 | 1.98 g festes J: | 8,85 g festes J2 | |
04 | 25 | - | 0.495 | 5,30 g festes J2 | ii,29g Testes J2 | |
05 | 53 | 3,71 | 0.495 | 10,93 g festes J, | ||
06 | 27 | 3.89-3,56"' | 0,495 | |||
21 | 3.79 -3,40"' | 0.495 | ||||
23 | 3ö | 3,69-3,34·'·' | 0,495 | |||
25 | 56 | 3,39-2,5 Γ' | 0,495-0.0497/ | |||
27 | 2,91-3.928/ | 0,059-0,495s/ | ||||
28 | 3,92-3,556/ | 0,495 | ||||
29 | 3,62-3,29^ | 0,495 | ||||
29 | 3.54-3,24^' | 0,495 | ||||
45 | ||||||
47 | ||||||
49 |
9 | 27 47 | 576 | J, | 10 | |
J, | |||||
hOl"t>Ct/ΊΙΙ1 LI | Spannung | Stromdichte | Katholyt- Zugabc |
Anolyt-Zugabe | |
/oil nach Beginn |
Volt | Amp/cnr | |||
h : ι | 3,50-3.24"' | 0.495 | 15,83 g rcstes | ||
52 | 3,37-3,34"' | 0,495 | 10,49 g festes | ||
54: | 3,34-2,59'' | 0,495-0,049" | - | ||
54: | 2.65 -3.27s' | 0.048-0,495x' | |||
69 : | |||||
nin | |||||
:23 | |||||
: (5 | |||||
: 18 | |||||
49 |
I ullnoten:
" Spannung hei einem Ahsland /wischen Anode und Katode von .1.17 cm.
v Spannung hei einem Abstand /wischen Anode und Kathode von .1.17 cm. Die Spannung
wurde auf 4.(15 Volt reduziert, indem die I lcktroden aiii einen Ahsland von etwa 2.54 cm
gebracht wurden.
' Spannung bei 2.54 cm; die Spannung fiel aul' 4.K)VoIt kur/ nach der Zugabe von Jod /u
' Spannung bei 2.54 cm; die Spannung fiel aul' 4.K)VoIt kur/ nach der Zugabe von Jod /u
dem Katholyten.
" Die Stromdichte wurde von 0.480 Amp/cnr' aul' O.()4() Amp/cnr nach einer Betriebsdauer von
" Die Stromdichte wurde von 0.480 Amp/cnr' aul' O.()4() Amp/cnr nach einer Betriebsdauer von
5 Stunden und 28 Minuten reduziert.
Die Zellspannung HeI aul'2.48 Volt nach Zugabe von Schwefelsäure /um Anolyten und slieg
dann auf 3,02 Voll an.
"' Die Zellspannung tlel nach der Zugabe von festem Jod /ur Kalholylllüssigkeil.
"' Die Zellspannung tlel nach der Zugabe von festem Jod /ur Kalholylllüssigkeil.
II Die Stromdichte wurde auf 0,044 Amp/cnr' reduziert.
*' Die Stromdichte wurde auf 0.495 Amp/cm2 erhöhl.
*' Die Stromdichte wurde auf 0.495 Amp/cm2 erhöhl.
Die gesamte Menge an |od, die dem Katholylcn
zugegeben wurde, be trug 91.1876 G ramm. Der Anfangsansatz der Katholytflüjsigkeit enthielt 11.1 Gramm
Jodwasserstoff. Das endgültige Katholytprodukt enthielt 463,3 Gramm Jodwasserstoff und 0,3 Gew.-% |od
pro Liter. Die Menge des gebildeten Katholyten betrug 189,5 ml. Die Jodausbeute betrug etwa 94%.
Der gesamte Strom, der der Zelle zugeführt wurde, betrug 26,9 Ampere-Stunden. Die Ausbeute des
Kathodenstroms lag bei etwa 68%.
Unter Verwendung der gleichen Zelle wie in Beispiel 1 wurde durch Elektrolyse von Jod eine wäßrige
Jodwasserstofflösung hergestellt. Die Membran war ein
Perfluoräthylen-
[CF2 = CF(OCF2-CF(CF3)XCF2Cf2SO2H)]-
Copolymeres.
Diese Membran hatte eine Schicht mit einer Dicke von 1,02 mm aus einem Copolymeren mit einem Äquivalenzgewicht
von 1100 gegenüber dem Anolyten und einer Schicht von einer Dicke von 0,038 mm aus einem
Copolymeren mit einem Äquivalenzgewicht von 1500 gegenüber dem Katholyten.
Die Anode war eine Bleiplatte mit den Dimensionen 1,27 χ 1,59 x 0,15 cm. Die Kathode war eine Edelstahlplatte
(Grade 316) mit den Dimensionen 1,27 χ 1,59 χ 0,15 cm. Die Anode war in einem Abstand
von 1,27 cm von der Kathode angeordnet
Das Verfahren wurde diskontinuierlich ausgeführt Der Ansatz für die Katholytkammer wurde hergestellt,
indem 1000 ml einer 39gew.-%igen wäßrigen Jodwasserstoffsäure von Analysenreinheit und 20,0 g festes Jod
gemischt wurden. Diese Zusammensetzung wurde dann in die Katholytkammer der Zelle gegeben. In der
Katholytkammer wurde festes Jod beobachtet
Die Anolytflüssigkeit betrug 100 ml einer 15gew.-Ki
%igen wäßrigen Schwefelsäure.
Die Elektrolyse wurde dann bei einer Stromdichte von 144 Ampere/929 cm2 und einer Zellspannung von
3.77 Volt aufgenommen. Nach einer Elektrolyscndaucr von 3 Stunden und 5 Minuten unter Transport von
Γ) Wasser durch die Membran vom Anolyten /u dem
Katholyten enthielt die Katholytflüssigkeil 40,4 Gew.-% Iodwasserstoff und 0,03 Gew.-% gelöstes |od.
4„ Beispiel 5
Wie in Beispiel I wurde |od in der gleichen elektrolytischen Zelle zu einer wäßrigen Joriwasserstofflösung
elektrolysiert. Die Membran bestand aus dem gleichen fluorhaltigen Copolymeren wie in Beispiel
Die Anode war eine Bleiplatte mit den Dimensionen
1,27 χ 1,59XO1ISCm. Die Kathode war eine perforierte
Stahlscheibe mit einem Durchmesser von 3,18 cm und einer Dicke von 0,15 cm. Die Anode war im Abstand
von 1,27 cm von der Kathode angeordnet.
Das Verfahren wurde diskontinuierlich durchgeführt. Der Ansatz für die Katholytkammer wurde hergestellt,
indem 100 ml einer 40gew.-%igen wäßrigen Jodwasserstoffsäure von Analysenreinheit und 20 g festes Jod
gemischt wurden. Diese Zusammensetzung wurde dann in die Katholytkammer der Zelle eingebracht. Es konnte
festes Jod in der Katholytkammer beobachtet werden.
Als Anolytflüssigkeit wurden 100 ml einer 30gew.-%igen
wäßrigen Schwefelsäure verwendet
Die Elektrolyse wurde dann bei einer Stromdichte von 206 Ampere/929 cm2 und einer Zellspannung von
Die Elektrolyse wurde dann bei einer Stromdichte von 206 Ampere/929 cm2 und einer Zellspannung von
3.78 Volt aufgenommen. Nach 3 Stunden Elektrolysendauer
enthielt die Katholytflüssigkeit 42,2 Gew.-% Jodwasserstoff und 0,02 Gew.-% gelöstes Jod. Es wurde
beobachtet, daß weniger Wasser durch die Membran ans dem Anolyten in den Katholyten transportiert
-wurde ais in Beispiel 4.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von Jodwasserstoff durch Reduktion von Jod in einer wä&rigen
HJ-Lösung, dadurch gekennzeichnet, daß dia Reduktion in einer Elektrolysezelle mit einer
permionischen Membran und mit einer wäßrigen Katholytflüssigkeit, die eine solubilisierende Menge
an Jodwasserstoff enthält, erfolgt
2. Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß die Anolytflüssigkeit eine wäßrige
Säure ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Katholytflüssigkeit mindestens 1,0
Gramm pro Liter Jodwasserstoff enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine kationselektive permionische
Membran zwischen der Anolytflüssigkeit und der Katholytflüssigkeit angeordnet ist
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da j festes Jod in die Katholytflüssigkeit
eingeführt wird.
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