NO162122B - Fremgangsm te ti installere en ionebyttermembran i lektrolysecelle. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte til å installere

en ionebyttermembran i en elektrolysecelle.

Det er kjent elektrolyseceller omfattende flere anoder og katoder, hvor hver anode er skilt fra den tilliggende katode ved en ionebyttermembran som deler elektrolysecellen i et antall anode- og katodekammere. Anodekamrene i en slik celle er for-

synt med midler for tilførsel av elektrolytt til cellen, hensiktsmessig fra en felles væskebeholder, og med midler for uttagning av elektrolyseprodukter fra cellen. På lignende måte er katodekamrene -i cellen forsynt med midler for uttagning av elektrolyseprodukter fra cellen og eventuelt med midler for tilførsel av vann eller annet fluidum til cellen. Elektrolysecellene kan være av den monopolare eller bipolare type.

Eksempelvis kan elektrolyseceller av filterpressetypen omfatte et stort antall alternerende anoder og katoder, for eksempel 50 anoder alternerende med 50 katoder, skjønt cellen kan omfatte enda flere anoder og katoder, eksempelvis opp til 150 alternerende anoder og katoder.

I en slik elektrolysecelle er membranene i det vesentlige ugjennomtrengelige for væske, og under driften transporteres ioner, eksempelvis hydratiserte ioner, gjennom membranen mellom anode-

og katodekamrene i cellen. Når en vandig alkalimetaliklorid-oppløsning elektrolyseres i en celle forsynt med kationebyttermembraner, blir oppløsningen således.innmatet i anodekamrene i cellen, og klor som dannes under elektrolysen og utmagret alkali-metallklorid-oppløsning uttas fra anodekamrene, alkalimetall-

ioner transporteres gjennom membranene til katodekamrene i cellen, til hvilke vann eller fortynnet alkalimetallhydroksydoppløsning kan tilføres, og hydrogen og alkalimetallhydroksydoppløsning som dannes ved reaksjonen mellom alkalimetallioner og hydroksylioner, uttas fra katodekamrene i cellen.

Elektrolyseceller av den beskrevne type kan spesielt an-

vendes ved fremstilling av klor og natriumhydroksyd ved elektrolyse av vandig natriumkloridoppløsning.

I en slik celle er membranen festet til cellen, eksempelvis

ved fast-klemming mellom pakninger. Det er ønskelig at membranen installeres i cellen i en stram tilstand, og at membranen forblir i en hovedsakelig stram tilstand når elektrolytt innføres i cellen og under cellens drift. Hvis en membran installeres i en elektrolyse-celle i en tørr tilstand og monteres stramt i denne, finner

man imidlertid at når elektrolytt kommer i kontakt med membranen i cellen, sveller membranen og ekspanderer og blir slakk og kan endog bli rynket. Dette kan medføre ujevn avgivelse av gass og en økning i cellespenningen. Dette er en spesiell ulempe når cellen er konstruert for drift ved liten, eller ingen, anode-katode-avstand.

For å redusere dette problem med svelling av membranen i bruk er det blitt foreslått å la membranen svelle på forhånd før den installeres i en elektrolysecelle, for eksempel ved at membranen legges i vann, i en vandig natriumkloridoppløsning eller i en vandig natriumhydroksydoppløsning. Ideelt bør membranen forhånds-svelles i omtrent samme grad som den i hvilken en tørr membran ville svelles ved kontakt med elektrolytten i elektrolysecellen.

I US-patent nr. 4 000 057 er det beskrevet forhåndssvelling av en membran før membranen installeres i en elektrolysecelle, ved hvilken fremgangsmåte membranen bringes i kontakt med et væskeformig medium i hvilket membranen oppviser en hovedsakelig flat ekspansjon-mot-tid-kurve i minst 4 timer etter at membranen er brakt i kontakt med det væskeformige medium. Egnede væskeformige medier innbefatter eksempelvis vandige oppløsninger av etylenglykol, glycerol og høyere fettalkoholer.

US-patent 4 124 477 beskriver forhåndsekspandering av ione-byttermembraner, hvor en membran nedsenkes i kokende vann i 1-4 timer, membranen plasseres på en ramme som har omtrentlig de samme dimensjoner som den anode på hvilken membranen skal monteres, idet membranen strekkes diagonalt og festes ved rammens hjørner, hvoretter membranens sider strekkes og festes til rammens sider. Den ekspansjon som membranen undergår, er imidlertid den som følger av behandlingen i kokende vann; "strekkingen" er bare en vanlig tilstramming under monteringen av membranen.

Skjønt de ovenfornevnte fremgangsmåter er til hjelp når det gjelder å overvinne problemet med svelling av en membran når

,y membranen bringes i kontakt med elektrolytt i en elektrolysecelle,

lider de i seg selv av vesentlige ulemper. Således er de på forhånd oppsvellede membraner våte og forblir våte under installer-ingen i elektrolysecellen og er derfor vanskelige å håndtere. Spesielle forholdsregler ved håndteringen må taes, for eksempel når membranen er blitt forhåndsoppsvellet ved kontakt med en

korrosiv væske, eksempelvis i en oppløsning av kaustisk soda. Vanskeligheter kan også gjøre seg gjeldende når den våte membran skal monteres i elektrolysecellen på en lekkasjefri måte, for eksempel mellom et par pakninger.

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte til å installere en ionebyttermembran i en elektrolysecelle, hvilken fremgangsmåte ikke lider av ovennevnte ulemper. Fremgangsmåten med foretrukne utførelsesformer er angitt i kravene, og det vises til disse.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir ionebyttermembranen i form av et ark eller en film ekspandert ved strekking slik at overflatearealet av membranen pr. membran-vektenhet økes.

Denne ekspansjon av membranen er ikke avhengig av anvendelse av et væskeformig medium for svelling og ekspandering av membranen. Ekspansjonen ved strekking blir i alminnelighet utført, og utføres fortrinnsvis, under anvendelse av en tørr membran, hvorved man unngår de betydelige ulemper som er forbundet med bruk av et væskeformig medium. Videre blir ekspansjonen ikke utført bare ved at man presser membranen ved forhøyet trykk og temperatur.

Strekkingen av membranen bør utføres med forsiktighet slik at membranen ikke revner. Anvendelse av forhøyet temperatur under strekkingen av membranen er til stor hjelp når det gjelder å unngå at membranen revner.

En foretrukken utførelsesform av den foreliggende fremgangsmåte omfatter oppvarmning av ionebyttermembranen til en forhøyet temperatur, strekking av membranen ved den forhøyede temperatur og festing av den ekspanderte strukne membran i elektrolysecellen eller til en del av elektrolysecellen.

Det er ennvidere foretrukket å strekke membranen ved forhøyet temperatur og å kjøle membranen til en lavere temperatur, eksempelvis til en temperatur ved eller nær omgivelsestemperatur, mens membranen holdes i den ekspanderte strukne tilstand, og deretter å feste den ekspanderte strukne membran i elektrolysecellen eller til en del derav.

Strekkingen kan eksempelvis utføres ved at membranen føres rundt og mellom valser som roterer med forskjellige periferi-hastigheter, og den ekspanderte, strukne membran kan kjøles til en lavere temperatur. Alternativt kan membranen strekkes ved

utøvelse av en strekkende kraft på motsatte kanter av membranen,

og den ekspanderte strukne membran kan kjøles til en lavere temperatur. Strekkingen av membranen kan utføres i en strekke-ramme eller maskin.

Membranen kan strekkes uniaksialt eller biaksialt. Biaksial strekking kan utføres i to retninger samtidig eller etter hverandre.

Når membranen strekkes uniaksialt, kan strimler av et relativt stivt materiale festes til motstående kanter av membranen slik at kontraksjon av membranen i en retning tvers på den i hvilken membranen strekkes, hindres.

Når membranen strekkes, eksempelvis ved forhøyet temperatur, og spesielt når membranen deretter kjøles til en lavere temperatur, eksempelvis ved eller nær omgivelsestemperatur, mens membranen holdes i den ekspanderte strukne tilstand, vil i det minste en del av den ekspansjonn av membranen som utvirkes ved strekkingen, "låses" i membranen. Når den ekspanderte strukne membran installeres i en elektrolysecelle og festes i denne, og membranen bringes i kontakt med en elektrolytt, særlig ved en forhøyet temperatur, eksempelvis med vandig alkalimetallklorid-oppløsning ved en temperatur som kan være så høy som 95°C, i en klcr-alkali-celle, vil den ekspansjon som er "låst" i membranen, frigis eller delvis frigis, og membranen har tendens til å strekke seg sammen til sin opprinnelige tilstand, skjønt membranen selvsagt holdes på plass i elektrolysecellen. Denne tendens til sammentrekning motvirkes av den ekspansjon av membranen som bevirkes av den svelling som følger av at membranen kommer i kontakt med elektrolytten, med det resultat at membranen installert i elektrolyse-cellen holdes stram og ikke blir rynket under bruken.

Det foretrekkes at den grad av ekspansjon som utføres ved strekking, bør være omtrent den samme som eller større enn den ekspansjon som bevirkes av sveilingen av membranen ved kontakt med elektrolytten i elektrolyse-cellen, slik at membranen, når den bringes i kontakt med elektrolytten, forblir stram i cellen. Noen fordel vil imidlertid oppnås selv om den grad av ekspansjon som utføres ved strekkingen, er noe mindre enn den ekspansjon som forårsakes av svelling av membranen ved kontakt med elektrolytten. En hensiktsmessig grad av ekspansjon som skal utføres ved strekking, kan bestemmes ved enkle forsøk.

Membranens ekspansjon ved strekking kan være stor, eksempelvis minst 50 %, eller minst 100 %, eller endog en tidobbelt økning eller mer i overflatearealet pr. vektenhet av membranen. Når en betydelig grad av strekking utføres, vil ytterligere i fordeler oppnåes. Når en stor ekspansjon av membranen er blitt utført ved strekking, vil således membranen i en elektrolysecelle resultere i en lavere driftsspenning, med derav følgende besparelser i energiomkostninger. Dessuten kan elektrolyseproduktene fremstilles med et høyere strømutbytte.

For at mesteparten av den ekspansjon av membranen som utføres ved strekking, kan bli "låst" i membranen, kan denne kjøles fra en forhøyet temperatur til en lavere temperatur mens membranen holdes i den ekspanderte strukne tilstand. Når en slik membran anvendes i en elektrolysecelle, kan imidlertid den kontraksjon av membranen som finner =ted når membranen bringes i kontakt med elektrolytt ved forhøyet temperatur, være meget større enn den ekspansjon som bevirkes av svelling av membranen ved kontakt med elektrolytt, og membranen kan ha tendens til å revne. Hvorvidt den vil ha en tendens til å revne, vil selvsagt avhenge av graden av den ekspansjon av membranen som utføres ved strekking.

Når den grad av ekspansjon av membranen som utføres ved strekking, er betydelig, for eksempel i den hensikt å fremstille en membran som har et sterkt øket overflateareal pr. vektenhet, og som således kan anvendes ved en betydelig redusert spenning i en elektrolysecelle, blir den ekspanderte strukne membran fortrinnsvis varmebehandlet ved forhøyet temperatur og deretter kjølt til en lavere temperatur. På denne måte kan tilstrekkelig ekspansjon "låses" i membranen til at membranen bibeholdes stram og ikke-rynket under bruken i en elektrolysecelle, og videre kan en even-tuell tendens hos membranen til å revne under bruken, elimineres.

Den membran som utsettes for ekspansjon ved strekking, vil i alminnelighet være i form av en film og kan eksempelvis ha en tykkelse i området 0,2-2 mm.

Skjønt meget tynne membraner kan fremstilles ved strekking, bør den ekspanderte strukne membran ikke være så tynn at den er sterkt utsatt for å skades når den anvendes i en elektrolysecelle. I alminnelighet vil den ekspanderte strukne membran ha en tykkelse på minst 0,02 mm, fortrinnsvis minst 0,1 mm.

Den forhøyede temperatur ved hvilken strekkingen av membranen utføres, vil avhenge av membranens natur. Den vil imidlertid vanligvis være over 4 0°C, fortrinnsvis over 55°C. En hensiktsmessig temperatur til bruk ved en gitt membran kan velges på grunnlag åv enkle forsøk. Temperaturen bør ikke være så høy at den organiske polymer i membranen smelter eller nedbrytes i betydelig grad. I alminnelighet vil den forhøyede temperatur ved hvilken strekkingen utføres, ikke være over 150°C.

Når den ekspanderte strukne membran varmebehandles, kan behandlingstemperaturen være den samme som eller nær den for-høyede temperatur ved hvilken membranen strekkes. Varmebe-handlingstemperaturen kan- være høyere enn den temperatur ved hvilken strekkingen utføres. Den tid i hvilken den ekspanderte strukne membran varmebehandles, vil bestemme den grad av membran-ekspansjon som "låses" i membranen når membranen senere kjøles til en lavere temperatur; jo lengre denne varmebehandlingstid er, desto mindre vil den grad av ekspansjon som bibeholdes "låst" i membranene være. I alminnelighet vil varmebehandlingstiden være minst 1 minutt, men den vil vanligvis ikke være mer enn 5 timer.

Den lavere temperatur til hvilken membranen kan kjøles, vil være en temperatur ved hvilken membranen ikke relakserer hurtig når den hindrende kraft, hvis sådan anvendes, fjernes fra membranen. Det er mest hensiktsmessig å kjøle membranen til en temperatur som ligger ved eller nær omgivelsestemperatur.

Ifølge en ytterligere utførelsesform, som er spesielt hensiktsmessig når membranen skal ekspanderes i en betydelig grad ved strekking, strekkes membranen ved forhøyet temperatur, membranen kjøles til en lavere temperatur, eksempelvis til en temperatur ved eller nær omgivelsestemperatur, mens membranen holdes i den ekspanderte strukne tilstand, og trinnene omfattende ekspandering ved strekking ved forhøyet temperatur og kjøling gjentas i det minste en gang. På denne måte kan den ønskede grad av membran-ekspansjon utføres ved strekking i flere trinn,

og det er minsket mulighet for at membranen skades, eksempelvis revner, under strekkingen.

Ionebyttermembranen er fortrinnsvis en kationebyttermembran inneholdende:-sure grupper eller derivater derav som kan omdannes til sure grupper. For å tilveiebringe motstand mot det korrosive miljø som gjør seg gjeldende i mange elektrolyseceller, spesielt i kloralkaliceller, anvendes det som membran-materiale fortrinnsvis en fluor-polymer, mer foretrukket en perfluor-polymer, inneholdende slike sure grupper eller derivater derav.

Egnede sure grupper innbefatter sulfonsyre-, karboksylsyre-, eller fosfonsyre-grupper. Membranen kan inneholde to eller flere forskjellige sure grupper. Egnede derivater av de sure grupper innbefatter salter av slike grupper, eksempelvis metallsalter, spesielt alkalimetallsalter. Egnede derivater innbefatter særlig derivater som kan omdannes til sure grupper ved hydrolyse, for eksempel sure halogenid-grupper, eksempelvis - SC^F og -COF, nitril-grupper, - CN, syreamid-grupper, - CONR2, hvor R er H

eller alkyl, og syre-ester-grupper, eksempelvis - COOR, hvor R

er en alkylgruppe.

Egnede kationebyttermembraner er de som er beskrevet i eksempelvis i britiske patenter nr. 1 184 321, 1 402 920, 1 406 673, 1 455 070, 1 497 748, 1 497 749, 1 518 387 og 1 531 068.

Fortrinnsvis anvendes membraner som inneholder derivater av sure grupper som kan omdannes til ionebytter-grupper ved hydrolyse, da membraner som inneholder slike grupper, vanligvis er mer mottagelige for strekking. Når membranen eksempelvis er en fluor-polymer inneholdende karboksylsyre-grupper som ionebytter-grupper, foretrekker man å strekke membranen i en form i hvilken karboksylsyregruppene er i esterformen, for eksempel i form av en metylester.

Når membranen inneholder grupper som kan omdannes til ionebytter-grupper ved hydrolyse, kan hydrolysen eksempelvis utføres ved at membranen bringes i kontakt med vandig alkalimetall-hydroksydoppløsning, for eksempel med vandig natriumhydroksyd-oppløsning. Da membranen kan ha tendens til å svelle ved hydrolysen, foretrekker man å utføre hydrolysen etter at den ekspanderte strukne membran er festet til elektrolyse-cellen eller til en del av denne.

Membranen kan forsterkes, for eksempel med et nett av en fluorpolymer, skjønt slike forsterkede membraner ikke foretrekkes, da vanskeligheter kan oppstå ved strekking av det forsterkende nett. Membranen kan være i form av et laminat, eller den kan være belagt med elektrode- eller ikke-elektrode-materialer.

Den ekspanderte strukne ionebyttermembran festes i elektrolyse-cellen eller til en del av elektrolysecellen. Når membranen er ekspandert ved strekking ved forhøyet temperatur, kan den festes i elektrolysecellen eller til en del av denne mens den er ved den forhøyede temperatur. Da den ekspanderte strukne membran imidlertid vil ha tendens til å kjølne ned mot omgivelsestemperatur og således trekke seg sammen under denne feste-prosedyre, foretrekkes det at ekspansjonen "låses" i membranen før membranen festes i elektrolyse-cellen eller til en del av denne. Man foretrekker således å ekspandere ionebyttermembranen ved strekking ved forhøyet temperatur og å holde membranen i den ekspanderte strukne tilstand mens membranen kjøles til en lavere temperatur, fortrinnsvis til omgivelsestemperatur, ved hvilken temperatur membranen bibeholder en betydelig andel av sin ekspanderte strukne- tilstand når holdekraften fjernes.

Den ekspanderte strukne membran kan festes i elektrolyse-cellen eller til en del av denne på hvilken som helst hensiktsmessig måte. For eksempel kan membranen fastklemmes mellom et par pakninger i elektrolyse-cellen, eller membranen kan festes til en ramme som deretter installeres i elektrolyse-cellen, eller membranen kan festes til en elektrode.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er særlig godt egnet for anvendelse i forbindelse med en ionebyttermembran som skal installeres i en elektrolyse-celle av filterpresse-typen. Elektrolyse-celler av filterpresse-typen kan omfatte et stort antall alternerende anoder og katoder, med en ionebyttermembran anordnet mellom hver anode og nabo-katoden. Slike celler kan eksempelvis omfatte 50 anoder alternerende med 50 katoder, skjønt cellen kan omfatte endog flere anoder og katoder, for eksempel opp til 150 alternerende anoder og katoder.

Elektrodene i elektrolyse-cellen vil i alminnelighet være laget av et metall eller en legering. Metallets eller legeringens natur vil være avhengig av om elektroden skal anvendes som en anode eller som en katode, og av arten av den elektrolytt som skal elektrolyseres i elektrolyse-cellen.

Når vandig alkalimetallklorid-oppløsning skal elektrolyseres og elektroden skal anvendes som en anode, lages elektroden hensiktsmessig av et filmdannende metall eller en legering derav,

for eksempel zirkonium, niob, wolfram eller tantal, men fortrinnsvis av titan, og overflaten av anoden har hensiktsmessig et belegg av et elektrisk ledende, elektrokatalytisk aktivt materiale. Belegget kan omfatte ett eller flere platinagruppe-metaller, dvs. platina, rhodium, iridium, ruthenium, osmium eller

palladium, og/eller et oksyd av ett eller flere av disse metaller. Belegget av platinagruppe-metall og/eller oksyd kan være til stede i blanding med ett eller flere ikke-edelmetall-oksyder, spesielt ett eller flere filmdannende metalloksyder, eksempelvis titandioksyd.

Elektrisk ledende, elektrokatalytisk aktive materialer til bruk som anodebelegg i en elektrolyse-celle for elektrolyse av vandige alkalimetallklorid-oppløsninger, og fremgangsmåter til påføring av slike belegg, er velkjente på dette området.

Når vandig alkalimetallklorid-oppløsning skal elektrolyseres og elektroden skal anvendes som en katode, lages elektroden hensiktsmessig av jern eller stål, eller av annet egnet metall, eksempelvis nikkel. Katoden kan være belagt med et materiale egnet til å nedsette hydrogen-overspenningen ved elektrolysen.

Hvilken som helst hensiktsmessig elektrode-konstruksjon kan anvendes i elektrolyse-cellen. Eksempelvis kan elektroden omfatte et antall langstrakte organer, eksempelvis stenger eller strimler, eller den kan ha en gjennomhullet overflate, for eksempel være en perforert plate, en netting eller et ekspandert metall.

De følgende eksempler vil ytterligere belyse oppfinnelsen.

Eksempel 1

Et rektangulært stykke, 35 cm x 30 cm, ble utskåret fra et 280 pm tykt ark av en kationebyttermembran av en kopolymer 'av tetrafluoretylen og en perfluorvinyleter inneholdende karboksylsyre-grupper, hvilken membran hadde en ionebytter-kapasitet på 1,3 milliekvivalenter pr. gram.

Strimler av elastisk PVC-tape ble festet til arket ved hver av arkets 35 cm lange kanter, og strimler av aluminium ble festet til arket ved hver av dettes 30 cm lange kanter. Arket ble deretter montert i en "Bruckner Karo 11 orienter" (nedenfor kalt apparatet), og arkets temperatur ble hevet til 67°C i en ovn til-knyttet apparatet.

Aluminium-strimlene ble trukket fra hverandre med en hastig-het på 1 m pr. minutt inntil avstanden mellom aluminium-strimlene på arket hadde øket med en faktor på 1,5, hvorunder de elastiske PVC-strimler medvirket til å hindre "midjedannelse" hos arket. Arket ble deretter, mens det var montert i apparatet, uttatt fra ovnen og kjølt til omgivelsestemperatur i en strøm av luft. Ovenstående prosedyre omfattende strekking av arket med en temperatur på 67°C og kjøling av arket til omgivelsestemperatur ble gjentatt to ganger; i den første gjentagelsesprosedyre ble avstanden mellom aluminium-strimlene øket med en faktor på 2,5 over den opprinnelige avstand, og i den annen gjentagelsesprosedyre ble avstanden mellom aluminium-strimlene øket med en faktor på 4,2 over den opprinnelige avstand.

Den resulterende kationebyttermembran-film ble så tatt ut fra apparatet. Filmen relakserte (trakk seg sammen) ubetydelig mot arkets opprinnelige dimensjoner. Filmens tykkelse etter denne ubetydelige relaksasjon var 80 ym.

Filmen av kationebyttermembran fremstilt som beskrevet ovenfor ble betryggende og stramt fastklemt mellom et par pakninger av EPDM-gummi og montert i en elektrolyse-celle utstyrt med en nikkelnetting-katode, diameter 7,5 cm, og en titannetting-anode, diameter 7,5 cm, belagt med et belegg av en blanding av Ru02 og Ti02 i vektforholdet 35:65.

310 g/l vandig NaCl-oppløsning ved en pH på 8,0 ble innført i anode-kammeret i cellen, og vann ble innført i cellens katode-kammer, og NaCl ble elektrolysert ved en temperatur på 90°C, hvorunder konsentrasjonen av NaCl i anode-kammeret var 200 g/l.

Klor og utmagret NaCl-oppløsning ble uttatt fra anode-kammeret, og hydrogen og vandig NaOH (35 vekt%) ble uttatt fra katode-kammeret.

Elektrolysen ble utført ved en strømtetthet pa IkA/m 2, og cellespenningen var 3,01 volt.

Etter i alt 20 dagers elektrolyse ble cellen åpnet og kationebyttermembranen undersøkt. Membranen ble funnet å være stram og ikke rynket.

For sammenligningsformål ble ovennevnte elektrolyse-prosedyre gjentatt med unntagelse av at et 280 pm tykt ark av kationebyttermembranen ble installert i elektrolyse-cellen, dvs. en membran som ikke var blitt underkastet strekningsprosessen.

Ved en strømtetthet på IkA/m 2 var spenningen 3,1 volt, og den membran som ble -uttatt fra cellen ble funnet å være rynket og ikke lenger stram.

Eksempel 2

Elektrolyse-prosedyren i eksempel 1 ble gjentatt ved en strømtetthet på 2kA/m 2. I dette tilfelle var spenningen 3,24 volt, og som i eksempel 1 ble membranen som ble uttatt fra

cellen, funnet å være stram og ikke-rynket.

For sammenligningsformål ble ovenstående elektrolyse-prosedyre gjentatt med unntagelse av at et 280 um tykt ark av kationebyttermembran ble installert i elektrolyse-cellen, dvs.

en membran som ikke var blitt underkastet strekningsprosessen.

Ved en strømtetthet på 2 kA/m 2 var spenningen 3,4 volt, og den membran som ble uttatt fra cellen ble funnet å være rynket

og ikke lenger stram.

Eksempel 3

Elektrolyse-prosedyren i eksempel 1 ble gjentatt ved en strømtetthet på 3 kA/m 2. I dette tilfelle var spenningen 3,52 volt, og som i eksempel 1 ble membranen som ble uttatt fra cellen, funnet å være stram og ikke-rynket.

For sammenligningsformål ble ovenstående elektrolyse-prosedyre gjentatt med unntagelse av at et 280 pm tykt ark av kationebyttermembran ble installert i elektrolyse-cellen, dvs.

en membran som ikke var blitt underkastet strekningsprosessen.

Ved en strømtetthet på 3 kA/m 2 var spenningen 3,7 volt,

og den membran som ble uttatt fra cellen ble funnet å være rynket og ikke lenger stram.

Eksempel 4

En prøve av en kationebyttermembran av en kopolymer av tetrafluoretylen og en fluorvinyleter inneholdende sulfonsyre-grupper i form av kaliumsaltet, med dimensjonene 11,5 cm x 11,5 cm, ble påsatt PVC-tape langs kantene, hvoretter membranen ble fast-spent i en stentor-ramme. Membranen ble oppvarmet til en temperatur på 180°C og ble strukket uniaksialt ved en strekningshastig-het på 0,85 m/min. inntil membranen var strukket med en faktor på 2,0. Membranen ble deretter kjølt til omgivelsestemperatur og fjernet fra stentor-rammen.

Membranen ble installert i en elektrolyse-celle som beskrevet i eksempel 1, og elektrolyse-prosedyren i eksempel 2 ble fulgt, dvs. at vandig NaCl-oppløsning ble elektrolysert ved en strømtetthet på 2 kA/m . NaOH-oppløsning ved en konsentrasjon på 25 vekt% ble produsert med et strømutbytte på 50 %. Cellespenningen var 2,95 volt.

Når elektrolyse-cellen ble åpnet, ble membranen funnet å

være stram og ikke-rynket.

For sammenligningsformål ble elektrolyse-prosedyren gjentatt med unntagelse av at det ble anvendt en membran som beskrevet ovenfor som ikke var blitt underkastet strekningsprosedyren. Cellen ble drevet ved en spenning på 3,1 volt, og NaOH ble produsert med et strømutbytte på 57 %.

Når cellen ble åpnet, ble membranen funnet å være rynket

og ikke lenger stram.

Eksempel 5

Strekningsprosedyren i eksempel 4 ble gjentatt med unntagelse av at den membran som ble anvendt, var en kopolymer av tetrafluoretylen og en perfluorvinyleter inneholdende karboksyl-syremetylester.-grupper, og den temperatur til hvilken membranen ble oppvarmet under strekkingen, var 80°C.

Membranen ble installert i en elektrolyse-celle som beskrevet i eksempel 1, hydrolysert ved kontakt med NaOH-oppløsning, og elektrolyse-prosedyren i eksempel 3 ble fulgt, dvs. at vandig NaCl-oppløsning ble elektrolysert ved en strømtetthet pa 3 kA/m 2. NaOH-oppløsning med en konsentrasjon på 35 vekt% ble produsert med et strømutbytte på 94 %. Cellespenningen var 3,32 volt.

Når elektrolyse-cellen ble åpnet, ble membranen funnet å være stram og ikke-rynket.

For sammenligningsformål ble elektrolyse-prosedyren gjentatt med unntagelse av at det ble anvendt en membran som beskrevet ovenfor som ikke var blitt underkastet strekningsprosedyren. Cellen ble drevet ved en spenning på'3,4 volt, og NaOH ble produsert med et strømutbytte på 94 %.

Når cellen ble åpnet, ble membranen funnet å være rynket og ikke lenger stram.

Eksempel 6

En prøve av en ionebyttermembran av en kopolymer av tetrafluoretylen og en perfluorvinyleter inneholdende karboksylsyre-metylester-grupper som anvendt i eksempel 5, ble oppvarmet ved en temperatur på 67°C og ble strukket uniaksialt på en stencor-ramme i-henhold til den i eksempel 4 beskrevne fremgangsmåte, med unntagelse av at strekkehastigheten var 1 m/min. og membranen ble strukket med en faktor på 4,3, dvs. at den ble strukket til 430 % av sin opprinnelige lengde i strekkeretningen. Etter at strekkingen var fullført, ble membranen kjølt hurtig til omgivelsestemperatur i en strøm av luft og fjernet fra rammen. Etter henstand i 15 minutter ble membranen funnet å ha krympet med 15 % i strekkeretningen, slik at den i denne retning var 365 % av sin opprinnelige lengde i nevnte retning.

Elektrolyse-prosedyren i eksempel 1 ble gjentatt under anvendelse av den ovenfor beskrevne membran. Etter utførelse av elektrolyse i 20 dager ble membranen funnet å .være stram og ikke rynket.

Eksempler 7- 9

Prosedyren i eksempel 6 ble gjentatt med tre separate prøver av membran med unntagelse av at prøvene, før kjøling og fjerning fra stentor-rammen, ble varmebehandlet etter full-ført strekking ved oppvarmning ved 6'7°C i henholdsvis 1 minutt (eksempel 7), 2 minutter (eksempel 8) og 3 minutter (eksempel 9).

Etter henstand i 15 minutter etter fjerningen fra rammen ble membranene funnet å ha krympet, i strekkeretningen, med henholdsvis 11 % (eksempel 7), 10 % (eksempsl 8) og 9 %

(eksempel 9), dvs. at membranene i denne retning hadde 383 %

(eksempel 7), 387 % (eksempel 8), 391 % (eksempel 9) av sin opprinnelige lengde.

Elektrolyse-prosedyren i eksempel 1 ble gjentatt under anvendelse av hver av de ovenfor beskrevne membraner. Etter utførelse av elektrolyse i 20 dager ble hver og en av membranene funnet å være stram og ikke rynket.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte til å installere en ionebyttermembran omfattende en organisk polymer inneholdende ionebytter-grupper eller derivater derav som kan omdannes til ionebytter-grupper, i en elektrolyse-celle, ved hvilken fremgangsmåte ionebyttermembranen ekspanderes og den ekspanderte membran festes til elektrolyse-cellen eller til en del av denne, karakterisert ved at membranen ekspanderes ved strekking, og at strekkingen av membranen resulterer i en økning på minst 5 % i overflatearealet pr. vektenhet av membranen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at membranen ekspanderes ved at den strekkes ved forhøyet temperatur.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at membranen ekspanderes ved at den strekkes ved forhøyet temperatur, den ekspanderte strukne membran kjøles til en lavere temperatur mens membranen holdes i ekspandert strukket tilstand, hvoretter membranen festes til elektrolyse-cellen eller til en del av denne.

4. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 1-3, karakterisert ved at membranen strekkes uniaksialt.

5. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 1-3, karakterisert ved at membranen strekkes biaksialt.

6. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at den grad av membran-ekspansjon som bevirkes ved strekkingen, er den samme som eller større enn den membran-ekspansjon som bevirkes ved kontakt mellom membranen og elektrolytt.

7. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at strekkingen av membranen resulterer i en økning på minst 100 % i overflatearealet pr. vektenhet av membranen.

8. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 2-7, karakterisert ved at membranen ekspanderes ved at den strekkes ved en temperatur på minst 55°C.

9. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 2-8, karakterisert ved at den ekspanderte strukne membran varmebehandles ved en forhøyet temperatur.

10. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at membranen ekspanderes ved at den strekkes ved forhøyet temperatur, og membranen kjøles til en lavere temperatur mens membranen holdes i ekspandert strukket tilstand, og trinnene omfattende ekspandering ved strekking og kjøling gjentas i det minste en gang hver.

11. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at det anvendes en membran av en fluor-polymer.

12. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at det anvendes en membran som omfatter en organisk polymer i hvilken ionebytter-gruppene er sulfonsyre- og/eller karboksylsyre-grupper eller grupper som kan omdannes til sådanne.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at det anvendes en membran som omfatter en organisk polymer i hvilken ionebytter-gruppene er karboksylsyreester-grupper.