DE3401812A1

DE3401812A1 - Elektrolysezelle

Info

Publication number: DE3401812A1
Application number: DE19843401812
Authority: DE
Inventors: Michihiro Shinnanyo Yamaguchi Akazawa; Nobuhiro Yamaguchi Kawasaki
Original assignee: Toyo Soda Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 1983-01-19
Filing date: 1984-01-19
Publication date: 1984-08-02
Anticipated expiration: 2004-01-20
Also published as: US4519888A; GB8401456D0; DE3401812C2; GB2135696B; JPS59133384A; GB2135696A

Description

TER MEER ■ MÜLLER ■ STEINMEISTER - · " ".".:*:. Toyo Soda - 2042

Beschreibung

Gegenstand der Erfindung ist eine Elektrolysezelle für die Elektrolyse wäßriger Alkalichloridlösungen oder für die Chloralkalielektrolyse, bei der zur Trennung des Anodenraums von dem Kathodenraum eine Kationenaustauschermembran vorgesehen ist.

Es ist bereits bekannt, daß man Chlor und Natriumhydroxid durch die Elektrolyse von Kochsalzlösungen unter Verwendung einer Kationenaustauschermembran als Diaphragma herstellen kann. Die Elektrolyse unter Verwendung von Kationenaustauschermembranen hat in jüngster Zeit gesteigertes Interesse gefunden, da die Menge des Salzes, welches die an der Kathode gebildete Natriumhydroxidlösung verunreinigt, extrem gering ist und im Vergleich zum Quecksilberverfahren, dem Asbestdiaphragma-Verfahren oder dergleichen, keine Umweltprobleme auftreten.

Als Ergebnis der Entwicklung oder der Verbesserung der Kationenaustauschermembranen im Hinblick auf die Steigerung der Konzentration der in dem Anodenraum erzeugten Natriumhydroxidlösung und zur Steigerung des Stromwirkungsgrads ist es in jüngster Zeit möglich geworden, eine Natriumhydroxidlösung mit einer Konzentration von mehr als 30 % bei einem hohen Stromwirkungsgrad von mehr als 90 % zu erhalten. Weiterhin sind die Kationenaustauschermembranen auf der Grundlage von Perfluorkohlenstoffpolymeren entwickelt und in den Handel gebracht worden.

Andererseits ist in jüngster Zeit die Bedeutung der Energieeinsparung weltweit anerkannt worden und es besteht daher ein starkes Bedürfnis dafür, die elektrische Energie, d. h. die Spannung der Elektrolysezellen, möglichst stark zu vermindern. In der Vergangenheit wurden verschiedene

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Methoden vorgeschlagen, die erzeugten Gase leichter an der Rückseite der Elektrode abzuführen, um in dieser Weise die Spannung der Elektrolysezelle vermindern zu können.

Hierfür wurden Verfahren vorgeschlagen, bei denen poröse Elektroden, die beispielsweise aus Streckmetall, gestanztem Metall, Metalldrähten etc. bestehen, verwendet werden, oder bestimmte Zusammensetzungen und Arten von Austauschergruppen der Kationenaustauschermembran und dergleichen.

Weiterhin wurden als Maßnahmen zur Verminderung der Spannung der Elektrolysezelle Änderungen in dem Aufbau der Zelle, wie der Flüssigkeitskreislauf, die Trennung des Gases von den Flüssigkeiten, die Verminderung des Elektrodenabstands und dergleichen, vorgeschlagen. Weiterhin ist in jüngster Zeit mit dem Zwecke zur Einsparung von Energie ein Verfahren entwickelt worden, bei dem die Elektrolyse in der Weise durchgeführt wird, daß der Elektrodenabstand im wesentlichen Null beträgt und die Elektroden in engem Kontakt mit der Membran stehen, welche Methode als SPE-Verfahren (Solid Polymer Electrolyte Process, Verfahren mit festem polymeren) Elektrolyt) bezeichnet wird und welches beispielsweise in der JP-OS 102278/1978, etc. beschrieben ist.

Mit dem Ziel der weiteren Verminderung des Energieverbrauchs wurden verschiedene Entwicklungen der Kathode mit einer Wasserstoffüberspannung geringer als jener des Eisens durchgeführt, welche beispielsweise Gegenstand der JP-OSen 92295/1980 und 61248/1981, etc. sind.

Bei diesen Verfahren, bei denen eine aktive Kathode verwendet wird, beobachtet man jedoch das Phänomen, daß die Eisenionenkonzentration in der in dem Kathodenraum vorliegenden Natriumhydroxidlösung innerhalb einer kurzen Zeitdauer extrem ansteigt. Dieses Phänomen tritt noch deutlicher unter strengen Elektrolysebedingungen, nämlich

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bei höheren Temperaturen und höheren Alkalikonzentrationen auf. Aus diesen Gründen ist es denkbar, den Kathodenraum unter Verwendung von metallischem Nickel, welches gegenüber Alkali korrosionsbeständig ist, aufzubauen. Es hat sich jedoch erwiesen, daß die Verwendung von Nickel als Baumaterial für den Kathodenraum als Ersatz für Kohlenstoffstahl kostspielig und unpraktisch ist.

Bei Elektrolysezellen mit Kationenaustauschermembran werden derzeit in der Praxis sowohl Elektroden des Doppeltyps (bipolare Elektroden) und Elektroden des einfachen Typs (einfache Elektroden) in der Filterpressenform verwendet. Jedoch ist wegen des Aufbaus der Elektrolysezelle die Stromzufuhr und Stromabfuhr im Fall der Elektroden des letzteren Typs kompliziert, während im ersteren Fall das elektrische Verbindungssystem in der Trennwand zwischen dem Kathodenraum und dem Anodenraum kompliziert sein kann.

Als elektrisches Verbindungssystem, welches für die Doppelelektroden verwendet wird, werden anschraubbare oder durch Explosionsschweißen zu befestigende Elektrodentypen verwendet, wobei ein Material mit einer Resistenz gegen Wasserstoff durchlässigkeit verwendet wird, wie es beispielsweise in der JP-OS 43377/1976, etc. beschrieben wird. Diese Verfahren bringen jedoch eine Reihe von Schwierigkeiten mit sich, wie eine Steigerung des Widerstands beim Betrieb der Elektrolysezelle während langer Zeitdauern, das schnelle Auftreten von Korrosion und dergleichen, neben der Kostspieligkeit der Einrichtungen.

Die Aufgabe der. vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Elektrolysezelle für die Elektrolyse von Alkalihalogeniden unter Verwendung einer Kationenaustauschermembran als Diaphragma anzugeben, mit der bei einem hohen Stromwirkungsgrad eine Natriumhydroxidlösung mit hoher Konzentration erhalten werden kann, welche Elektrolyse-

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zelle ein geringes Gewicht besitzt, einen geringen Abstand zwischen der Trennwand und der Elektrode usw. möglich macht und keine Schraubmethode oder keine Explosionsschweißmethode für die Verbindung des metal1-ischen Trennwandmaterials erforderlich macht, welches im Kathodenraum korrosionsbeständig ist, mit jenem in dem Anodenraum erforderlich macht. Es hat sich nunmehr gezeigt, daß diese Aufgabe insbesondere dadurch gelöst werden kann, daß man die Dicke der Trennwand möglichst gering auslegt.

Die oben bezeichnete Aufgabe wird nun gelöst durch die Elektrolysezelle gemäß Hauptanspruch. Die Unteransprüche betreffen besonders bevorzugte Ausführungsformen dieses Erfindungsgegenstandes.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine Elektrolysezelle, bei welcher der Anodenraum bzw. die Anodenkammer über eine Kationenaustauschermembran von dem Kathodenraum bzw. der Kathodenkammer getrennt ist und die für die Elektrolyse von wäßrigen Alkalichloridlösungen geeignet ist und dadurch gekennzeichnet ist, daß sie

a) einen Anodenraum und einen Kathodenraum,

b) eine Trennwand mit einer Dicke von weniger als 6 mm zur Trennung des Anodenraums bzw. der Anodenkammer von dem Kathodenraum bzw. der Kathodenkammer und

c) Rippen oder Verbindungsplatten aufweist, die die Elektrode mit der Trennwand verbinden.

Die erfindungsgemäße Elektrolysezelle kann mit Doppelelektroden (bipolaren Elektroden) oder einfachen Elektroden aufgebaut werden. Bei der Trennwand, die den Anodenraum von dem Kathodenraum trennt, sind die Trennwand auf der Seite des Anodenraums und jene auf der Seite des Kathodenraums unter Druck mit Hilfe einer wellenförmigen durchlaufenden oder endlosen Schweißnaht miteinander verbunden. Durch die erfindungsgemäße Verminderung der Dicke des

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Trennwandmaterials ergibt sich eine Verminderung des Gewichts der Elektrolysezelle. Weiterhin wird durch Verringern des Abstands zwischen der Trennwand und der Elektrode und der Tatsache, daß der Spalt zwischen der Anode und der Kathode, die durch die dazwischenliegende Kationenaustauschermembran getrennt sind, der Dicke der Membran weitgehend angenähert werden kann, eine Verminderung der Spannung der Elektrolysezelle erreicht.

Die Erfindung sei im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen eine erfindungsgemäße Elektrolysezelle des Doppelelektrodentyps (bipolaren Elektrodentyps) dargestellt ist. In den Zeichnungen zeigen:
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Fig. 1 eine perspektivische Schemazeichnung eines

Aufbaus der Elektrolysezelle des Doppelelektrodentyps ,

Fig. 2 und 3 vertikale bzw. horizontale Schnittansichten der erfindungsgemäßen Elektrodenkammer,

Fig. 4 eine horizontale Schnittansicht, die die An-Ordnung der Kationenaustauschermembran, der

Kathode, des Kathodenkammermaterials, der Anode, des Anodenkammermaterials, der Dichtungen etc. erkennen läßt.

In der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Elektrolysezelle dargestellt, die einen Rahmen 1 für den Anodenraum zur Befestigung der Trennwand aufweist. Mit der Bezugsziffer 2 ist eine dünne Blechtrennwand in dem Anodenraum dargestellt, die über die Rippe 3 elektrisch mit der Anode 4 verbunden ist. Über die Leitung 5 wird Salzwasser zugeführt, während die Leitung 6 zur Abfuhr des bei der Elek-

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trolyse erzeugten Chlorgases und der Lösung in dem Anodenraum dient. Die Bauteile 1 bis 6 werden sämtlich aus Titan oder Titanlegierungen gefertigt, die eine hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber Chlor aufweisen. Die Bezugsziffer 7 steht für den Rahmen des Kathodenraums, an dem die Trennwand befestigt ist. Über die Leitung 11 wird reines Wasser oder eine Alkalilösung zugeführt, während über die Leitung 12 der bei der Elektrolyse erzeugte Wasserstoff abgeführt wird. Als Materialien für die Bauteile 7 bis 12 verwendet man Metalle, die gegen die Korrosion durch Alkalimetalle bzw. Alkalimetallhydroxid beständig sind, beispielsweise Nickel oder rostfreien Stahl.

In der Fig. 2 ist eine dünne plattenförmige Trennwand 8 in dem Kathodenraum dargestellt, der über die Rippe 9 Elektrizität von der Kathode 10 zugeführt wird. Die Bezugsziffer 13 steht für die durch eine wellenförmige, durchlaufende Schweißnaht 13 verbundenen Trennwände 2 und 8.

Wenn die Elektrolyse in der Weise durchgeführt wird, daß man der in der Fig. 1 dargestellten Elektrolysezelle des Doppelelektrodentyps entweder Salzwasser oder reines Wasser (oder eine verdünnte Alkalimetallösung) zuführt, so fließt der durch die Ionenaustauschermembran geführte Strom wie folgt: Kathode ·» Rippen in dem Kathodenraum -> Trennwand in dem Kathodenraum -*■ Schweißnahtabschnitt -> Trennwand in dem Anodenraum -* Rippen in dem Anodenraum -» Anode und von dort zur nächsten Ionenaustauschermembran.

An der Anode verläuft die Anodenreaktion, die zur Bildung von gasförmigem Chlor führt. Da diese Elektrode möglichst nah an der Kationenaustauschermembran angeordnet wird, wird das durch die Elektrolyse erzeugte Gas schnell nach hinten durch die Elektrode abgeführt, ohne daß ein Raum zwischen der Membran und der Elektrode verbleibt, und zusammen mit der Anodenlösung die im oberen Bereich des Elek-

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trodenraums angeordnete Abführungsleitung aus der Elektrolyse herausgeführt. An der Elektrode werden durch die Kathodenreaktion gasförmiger Wasserstoff und die Alkalimetallhydroxidlösung gebildet. Die erzeugten Produkte werden über die Abführleitungen, die im oberen Bereich angeordnet sind, ebenso wie aus dem Anodenraum abgeführt.

Im folgenden seien die einzelnen Elemente der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle näher erläutert.

Die Kationenaustauschermembran ist eine Membran, wie sie üblicherweise verwendet wird, und die als funktioneile Gruppen Carbonsäuregruppen, SuIfonsäuregruppen oder gemischte Säuregruppen oder dergleichen aufweist und die entweder eine Kationenaustauschermembran auf der Grundlage von Kohlenwasserstoffen oder von Perfluorkohlenwasserstoffen darstellt. Weiterhin können beide Oberflächen der Membran eben und glatt sein, wenngleich vorzugsweise eine oder beide Oberflächen aufgerauht sind oder in Form von feinporigen Schichten vorliegen. Als Anode verwendet man beispielsweise Anoden mit einem üblichen Titansubstrat, welches an der Oberfläche durch Beschichten oder durch Sintern mit einem üblichen Metall der Platingruppe oder Legierungen odeT Oxiden davon versehen ist. Als Kathode verwendet man vorzugsweise ein Metall der Platingruppe, Nickel, Kobalt, Chrom oder Legierungen davon, oder Metalle mit einer geringen Wasserstoffüberspannung, die durch Metallplattieren oder durch Metallaufspritzen auf ein Eisenmetallsubstrat aufgebracht worden sind.

Zur Steigerung der Gasdurchlässigkeit und der Flüssigkeitsdurchlässigkeit sollten die in den Elektrodenräumen vorliegenden Elektroden poröse Körper sein, beispielsweise aus Streckmetall, gestanztem Metall, Drahtnetzen etc. Weiterhin muß die Oberfläche der Elektrode, die mit der Ionenaustauschermembran in Kontakt steht, vollständig elektrisch

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und mechanisch mit den Rippen verbunden sein und durch maschinelles Bearbeiten etc. eben und glatt, etc. sein. Die Abmessungen der Elektroden sind vorzugsweise gering, um die Elektrode in mindestens einem Elektrodenraum flexibel zu machen, wobei vorzugsweise das Öffnungsverhältnis oder die Anzahl der Öffnungen 30 bis 70 %, die Dicke 0,1 bis 1 mm und die Breite, d.h. der kürzeste Abstand von dem Umfang des Öffnungsbereichs bis zum nächsten benachbarten Öffnungsbereich, weniger als 5 mm beträgt. Weiterhin sollte im Hinblick darauf, die gesamte Elektrode flexibel zu machen, die Elektrode, die über die Rippen mit der Trennwand verbunden ist, vollständig oder teilweise in der Nähe der Mitte zwischen zwei benachbarten Rippen geteilt sein, wie es durch die Bezugsziffer 10 in der Fig. 3 dargestellt ist. Wenn der Winkel zwischen der Oberfläche der Elektrode, die sich nach beiden Seiten von der Rippe erstreckt, und der Oberfläche der Membran 180° oder weniger beträgt, wie es in der Fig. 4 dargestellt ist, kann die Elektrode nicht so fest gegen die Membran gepreßt werden, selbst wenn ein Teil davon mit der Membran in Kontakt steht, so daß ohne mechanische Beschädigung der Membran ein konstanter Betrieb aufrechterhalten werden kann, wobei man die Elektrolysezelle in der Weise betreibt, daß der Abstand zwischen der mit den Anodenrippen verbundenen Anode und der mit den Kathodenrippen verbundenen Kathode möglichst weitgehend die Dicke der Kationenaustauschermembran erreicht. Dennoch sollen die Abmessungen und die Form der Elektrode nicht auf die in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform beschränkt sein.

Die Breite des Rahmens des Elektrodenraums hängt von dem Abstand von der Oberfläche der der Ionenaustauschermembran gegenüberliegenden Elektrode zu der Oberfläche der mit der Elektrolyselösung in Kontakt stehenden Trennwand ab, und zwar sowohl in dem Anodenraum als auch in dem Kathodenraum. Wenngleich dieser Abstand vorzugsweise mög-

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liehst gering ist, um den Spannungsabfall als Folge des elektrischen Widerstands der die Elektrode mit der Trennwand elektrisch verbindenden Rippen zu vermindern, beträgt dieser Abstand vorzugsweise 10 bis 25 ram, um in dieser Weise die Abführung des durch die Elektrolyse erzeugten Gases von der Elektrolyselösung zu erleichtern. Bezüglich des Materials für den Rahmen der Elektrodenräume ist zu sagen, daß der Rahmen des Anodenraums aus Titan oder eine geringe Menge Palladium enthaltendem Titan bestehen sollte, während der Kathodenraum aus Nickel, rostfreiem Stahl oder eisenhaltigen Metallen aufgebaut werden sollte.

Die Fig. 2 zeigt eine vertikale Schnittansicht der Elektrolysezelle des Doppelelektrodentyps, bei dem die dünne plattenförmige Trennwand und die feine,erfindungsgemäße Elektrode als Kathode installiert sind. In der Figur steht die Bezugsziffer 4 für die Anode, die Bezugsziffer für die Anodenrippe, über die die Elektrizität zu der Anode zugeführt wird, die Bezugsziffer 10 für die Kathode und die Bezugsziffer 9 für die Kathodenrippe, mit der die Elektrizität von der Kathode zu der Trennwand geleitet wird. Die betreffenden Elektroden in den jeweiligen Elektrodenkammern und deren Rippen sind sowohl mechanisch als auch elektrisch durch Schweißen miteinander verbunden.

Die Bezugsziffer 2 steht für die Trennwand in dem Anodenraum und die Bezugsziffer 8 für die Trennwand in dem Kathodenraum, während die Bezugsziffer 13 für die Trennwände steht, die durch die wellenförmige ununterbrochene oder durchlaufende Schweißnaht miteinander verbunden sind. Als Material für die Trennwand ist Titan für die Anodenseite und Nickel oder rostfreier Stahl als Material für die Kathodenseite bevorzugt. Die Dicke der Trennwand entspricht im wesentlichen der Summe der Dicke der Trennwand auf der Anodenseite und jener auf der Kathodenseite. Wenngleich die Trennwand vorzugsweise möglichst dick ist, um eine möglichst plane Elektrolysezelle zu erreichen, muß diese

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Dicke erfindungsgemäß weniger als 6 mm betragen, wobei gleichzeitig das Gewicht der Elektrolysezelle vermindert wird. Es ist nicht notwendig, die wellenförmige durchlaufende Schweißnaht auf der gesamten Oberfläche der Trennwand vorliegen zu haben.. Es genügt, wenn die Schweißnaht mindestens eine Länge aufweist, die in der Nähe der Anodenrippe oder der Kathodenrippe der Länge der Rippe entspricht. Die Fläche des Bereichs der wellenförmigen durchlaufenden Schweißnaht beträgt 1/500 bis 1/10 der effektiven Stromfläche der Kationenaustauschermembran und vorzugsweise 1/100 bis 1/20.

Die Fig. 3 zeigt eine horizontale Schnittansicht der Elektrolysezelle des Doppelelektrodentyps, bei der die dünne plattenförmige Trennwand und die Elektrode als Kathode installiert sind. Dabei steht die Bezugsziffer 10 für die feine, schmale Elektrode, deren Oberfläche zur Steigerung ihrer Biegsamkeit vorzugsweise an der Verbindungsstelle mit den Rippen näher bei der Trennwand liegt als die Oberfläche der Kathode, wenn man diese in der Weise betreibt, daß der Spalt zwischen der mit den Anodenrippen verbundenen Anode und der mit den Kathodenrippen verbundenen Kathode möglichst weitgehend der Dicke der Kationenaustauschermembran entspricht,wie es in der Fig. 4 dargestellt ist. Der Abstand von der Oberfläche der mit den Rippen verbundenen Elektrode zu der Oberfläche der Kathode beträgt während des Betriebs vorzugsweise mehr als 2 mm und weniger als die 10-fache Dicke der Elektrode.

Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung dient die in der Fig. 4 dargestellte Schnittansicht der Elektrolysezelle des Doppelelektrodentyps, bei der sämtliche Bauteile angeordnet sind. Die in der Fig. 4 gezeigte Bezugsziffer 5 steht für eine Dichtung aus Chloroprenkautschuk, EPDM-Kautschuk oder einem Fluorkautschuk, welcher weniger stark Schwermetalle, wie Calcium, Magnesium, Blei etc.

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herauslöst. Die Bezugsziffer 4 steht für die Anode und die Bezugsziffer 10 für die Kathode. Die übrigen Bezugsziffern entsprechen den oben bereits angesprochenen.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Form, die Abmessungen oder die Gestalt der Kathode 10, wie sie in der Figur dargestellt ist, beschränkt.

Die folgenden Beispiele, die die Anwendung der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle verdeutlichen, dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

Man verbindet ein Titanblech mit den Abmessungen 120 cm χ 120 cm und einer Dicke von 1,5 mm unter Druck über eine wellenförmige endlose Schweißnaht mit einem Nickelblech mit den Abmessungen 120 cm x 120 cm und einer Dicke von 2,0 mm unter Bildung einer Trennwand, die den Anodenraum von dem Kathodenraum trennt. Die Breite der Rahmen für die Elektrodenräume beträgt 15 mm auf der Seite des Anodenraums und 20 mm auf der Seite des Kathodenraums. Auf der Anodenseite der Trennwand sind in Abständen von 150 mm acht Anodenrippen aus Titanblech mit einer Dicke von 2 mm vorgesehen. In ähnlicher Weise sind auf der Kathodenseite der Trennwand in den gleichen Abständen wie jenen der Anodenrippen Kathodenrippen aus NickeüLblech mit einer Dicke von 2 mm vorgesehen.

Als Anode verwendet man eine poröse Elektrode in Form eines durch Walzen erhaltenen 1,27 cm (1/2 inch) Titanstreckmetalls, welches nach dem Beschichten mit Ruthenchlorid auf der gesamten Oberfläche durch Einbrennen während 4 Stunden bei 360⁰C aktiviert worden ist.

Als Kathode schneidet man ein Drahtnetz (M-60 micro mesh

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der Firma Katsurada Grating Co.) zu einer Breite von 150 mm und einer Länge von 1200 mm und verbindet es in der Mitte der Breite von 150 mm in Längsrichtung durch Punktschweißen mit den Kathodenrippen und biegt das Material in Richtung auf die Seite der Oberfläche der Membran, so daß der Winkel/ den die Oberfläche der Elektrode, die sich von der Verbindungsstelle mit der Rippe nach beiden Seiten erstreckt, 170° beträgt.

Als Kationenaustauschermembran verwendet man ein Copolymer aus CF₂ = CF₂ und CF₂ = CF-O-CF₂-CF(CF₃)-0-CF₂-SO₂F, welches man durch Copolymerisation in 1,1,2-Trichlor-l,2,2-trifluorethan unter Verwendung von Perfluorpropionylperoxid als Initiator erhält (Austauschkapazität 0,91 inÄq/g, auf SuIfonsäuregruppen bezogen) (Polymer A). In ähnlicher Weise bereitet man ein Polymer aus CF„ = CF„ und CF₂ = CF-O-CF₂-CF(CF₃)-0-CF₂-COOCH (die Austauschkapazität beträgt 1,1 mÄq/g, auf Carbonsäuregruppen bezogen) (Polymer B).

Nachdem man das Polymer A und das Polymer B zu Folien mit einer Dicke von 0,102 bzw. 0,076 mm (4 mil.bzw. 3 mil) verarbeitet hat, verpreßt man diese beiden Folien in der Wärme unter Bildung eines Folienblatts. Dann hydrolysiert man die Folie während 6 Stunden bei 8O⁰C mit einer NaOH/ Methanol-Mischung (Gewichtsverhältnis 1/1) und einer Konzentration von 10 Gew.-%, um in dieser Weise eine Kationenaustauschermembran zu erzeugen.

Anschließend verbindet man die Membran, die Kathode und die Anode, die man in der oben beschriebenen Weise erzeugt hat, mit dem Elektrolysezellenrahmen, wobei man die Dichtungen mit einer Dicke von 2 mm sowohl an dem Rahmen für die Anode als auch an dem Rahmen für die Kathode anordnet und durch mehrfaches Anordnen dieser Bauteile eine Mehrfachraum-Elektrolysezelle des Filterpressentyps er-

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zeugt, bei der die Elektroden in engem Kontakt mit der Membran stehen. Nachdem man an beiden Enden die Endplatten vorgesehen hat und gleichmäßig mit der Befestigungseinrichtung festgelegt hat, ist die Elektrolysezelle des Doppelelektrodentyps (bipolaren Elektrodentyps) fertiggestellt.

Dann verbindet man die Gleichstromquelle mit den jeweiligen Stromzuführungen an den Enden der Elektrolysezelle und führt die Elektrolyse von Salzwasser unter Anwendung der folgenden Bedingungen durch:

Konzentration des zugeführten Salzwassers 200 g/l Konzentration der gebildeten Natriumhy-

droxidlösung ' 35 Gew.-%

Stromdichte 30 A/dm²

Temperatur der Elektrolysezelle 90⁰C

Spannung pro Elektrolysezelle 3,20 V

Beispiel 2

Man verwendet eine Netzelektrode (M-60 micro mesh) als Kathode, die durch eine Nickelmetallplattxerung aktiviert worden ist, wozu man ein Nickelsalz, eine Thioharnstofflösung mit einer Konzentration von 0,01 bis 1,0 Mol und/ oder mindestens ein Salz einer Oxosäure mit einer Oxidationszahl von Schwefel von weniger als 5 und. Ammoniumionen in einer Konzentration von mehr als der 10,5-fachen molaren Konzentration des Schwefels entspricht, verwendet.

Dann führt man die Elektrolyse unter Anwendung der in Beispiel 1 beschriebenen Bedingungen durch, wobei die Spannung der Elektrolysezelle 3,00 V beträgt. Auch bei dem Betrieb während 200 Tagen läßt sich keine Inaktivierung der aktivierten Elektrode feststellen.

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Claims

TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER

PATENTANWÄLTE — EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

Dipl.-Chem. Dr. N, ter Meer Dipl.-lng. H. Steinmeister

SiSa⁰SSe ₄ ^Ε· ^MÜIIar Artur-Ladebeck-Strasse 51

D-8OOO MÖNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD 1

Case 2042 19. Januar 1984

TOYO SODA MANUFACTURING CO., LTD.

No. 4560, Ooaza Tonda Shinnanyo-shi, Yamaguchi-ken, Japan

Elektrolysezelle

Priorität: 19. Januar 1983, Japan, Nr. 58-5827 (P)

Patentansprüche

\1. 1 Elektrolysezelle für die Elektrolyse wäßriger Alkali-W

chloridlösungen mit einer den Anodenraum von dem Kathodenraum trennenden Kationenaustauschermembran, gekennzeichnet durch

a) einen Anodenraum und einen Kathodenraum,

b) eine Trennwand (2, 8) mit einer Dicke von weniger als 6 mm zur Trennung des Anodenraums von dem Kathodenraum und

c) Rippen (3, 9) zur Verbindung der Elektroden mit der Trennwand (2, 8).

TER MEER - MÜLLER · STEINM&ÖTÄR : \ Ί ' T~Y^£°^{da 204}J_{x ni Q1}
2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß bei der Trennwand (2, 8) zur Trennung des Anodenraums von dem Kathodenraum die Trennwand auf der Seite des Anodenraums und jene auf der Seite des Kathodenraums über eine wellenförmige durchlaufende Schweißnaht (13) miteinander verbunden sind.
3. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Abstand von der Oberfläche der Elektrode, die der Kationenaustauschermembran gegenüberliegt, zu der Oberfläche der Trennwand, die mit der Elektrolyselösung in Kontakt steht, sowohl im Anodenraum als auch im Kathodenraum im Bereich von 10 bis 2 5 mm liegt.
4. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Anode (4) und die Kathode (10) poröse Elektroden mit einem Öffnungsverhältnis von 30 bis 70 % und einer Dicke von 0,1 bis 1 mm sind und der Abstand vom Umfang einer Öffnung zu den der nächsten benachbarten Öffnung weniger als 5 mm beträgt.
5. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ihre Elektroden (4, 10) poröse Elektroden sind, die über Rippen (3, 9) elektrisch mit der Trennwand (2, 8) verbunden sind und in"der Nähe der Mitte zwischen jeweils zwei Rippen teilweise unterbrochen sind und der Winkel zwischen der Oberfläche der Elektrode, die sich von der Rippe aus nach beiden Seiten erstreckt, und der Oberfläche der Membran weniger als 180° beträgt.
6. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die mit den Anodenrippen (3) verbundene Anode (4) und die mit den Kathodenrippen (9) verbundene Kathode (10) derart stark an die Katio-

TER MEER · MÜLLER · STEIN1$ EISTER* : * ~ :":'"*'" Toyo Soda - 2042

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nenaustauschermembran herangeführt sind, daß ihr Abstand möglichst der Dicke der Membran angenähert ist.
7. Elektrolysezelle nach den Ansprüchen 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß die Anode
(4) aus Titan und die Kathode (10) aus Nickel oder rostfreiem Stahl gefertigt sind.