WO2024083323A1 - Verbessertes verfahren zur depolymerisierung von polyethylenterephthalat - Google Patents

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WO2024083323A1
WO2024083323A1 PCT/EP2022/079048 EP2022079048W WO2024083323A1 WO 2024083323 A1 WO2024083323 A1 WO 2024083323A1 EP 2022079048 W EP2022079048 W EP 2022079048W WO 2024083323 A1 WO2024083323 A1 WO 2024083323A1
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pet
electrolysis cell
solution
chamber
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Philip Heinrich REINSBERG
Christian Zander
Johannes Ruwwe
Adrian BLUM
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Evonik Operations Gmbh
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Definitions

  • PET polyethylene terephthalate
  • BHET bis-(2-hydroxyethyl) terephthalate
  • MHET mono-(2-hydroxyethyl) terephthalate
  • TS terephthalate
  • the present invention thus also relates to a process for recycling PET, in which the BHET obtained in the process for depolymerizing PET is polymerized back into PET, optionally after further purification.
  • PET Polyethylene terephthalate
  • the state of the art proposes several methods for splitting PET.
  • GB 784,248 A describes the methanolysis of PET.
  • the object of the present invention was to provide such a method.
  • the present invention relates to a process for depolymerizing polyethylene terephthalate PET, comprising the following steps:
  • step (b) reacting PET in a mixture comprising glycol and at least a portion of the MAOR comprised by Li ⁇ 21> or, if step (a*) is carried out, at least a portion of the MAOR comprised by F* or at least a portion of the MAOR comprised by L-i*, to form bis(2-hydroxyethyl) terephthalate BH ET.
  • the present invention relates to a process for recycling PET, in which in a step (Q) the BHET obtained in the depolymerization process according to the invention is polymerized to PET.
  • Figure 1 A shows the process according to the invention for producing the sodium methylate solution Li ⁇ 21> in an electrolysis cell E ⁇ 1>. This comprises a cathode chamber KK ⁇ 12> and an anode chamber KA ⁇ 11>.
  • the cathode chamber KK ⁇ 12> comprises a cathodic electrode EK ⁇ 123> in the interior IKK ⁇ 122>, an inlet ZKK ⁇ 120> and an outlet A ⁇ 121>.
  • the anode chamber KA ⁇ 11> comprises an anodic electrode EA ⁇ 113> in the interior IKA ⁇ 112>, an inlet ZKA ⁇ 110> and an outlet AKA ⁇ 111>.
  • the two chambers KA ⁇ 11> and KK ⁇ 12> are delimited by an outer wall WA ⁇ 80> of the two-chamber cell E ⁇ 1>.
  • the interior I ⁇ 122> is also separated from the interior IKA ⁇ 112> by a partition ⁇ 16>, which consists of a disk of a NaSICON solid electrolyte ceramic FA ⁇ 18> that is selectively permeable to sodium ions.
  • the NaSICON solid electrolyte ceramic FA ⁇ 18> extends over the entire depth and height of the two-chamber cell E ⁇ 1>.
  • the partition has two sides SKK ⁇ 161> and SA/MK ⁇ 162>, the surfaces of which OKK ⁇ 163> and OA/MK ⁇ 164> contact the respective interior IKK ⁇ 122> and IKA ⁇ 112>.
  • An aqueous solution of sodium chloride L3 ⁇ 23> with pH 10.5 is added against gravity into the interior chamber IKA ⁇ 112> via the inlet ZKA ⁇ 110>.
  • a solution of 1 wt.% sodium methylate in methanol L2 ⁇ 22> is fed into the interior chamber IKK ⁇ 122> via the inlet ZKK ⁇ 120>.
  • a voltage is applied between the cathodic electrode EK ⁇ 123> and the anodic electrode EA ⁇ 113>.
  • methanol in the electrolyte L2 ⁇ 22> in the interior IKK ⁇ 122> is reduced to methylate and H2 (HOCHa + e _ — » CHsO' + 14 H2).
  • Sodium ions diffuse from the interior IKA ⁇ 112> through the NaSICON solid electrolyte ceramic FA ⁇ 18> into the interior IKK ⁇ 122>.
  • Figure 1 B shows a further embodiment of the method according to the invention using an electrolysis cell E ⁇ 1> which comprises a central chamber KM ⁇ 13>.
  • This three-chamber cell E ⁇ 1> accordingly comprises a cathode chamber K ⁇ 12>, an anode chamber A ⁇ 11> and a central chamber KM ⁇ 13> located therebetween.
  • the cathode chamber KK ⁇ 12> comprises a cathodic electrode EK ⁇ 123> in the interior IKK ⁇ 122>, an inlet ZKK ⁇ 120> and an outlet A ⁇ 121>.
  • the anode chamber KA ⁇ 11> comprises an anodic electrode EA ⁇ 113> in the interior IKA ⁇ 112>, an inlet ZKA ⁇ 110> and an outlet AKA ⁇ 111>.
  • the middle chamber K ⁇ 13> comprises an interior chamber I M ⁇ 132>, an inlet Z M ⁇ 130> and an outlet AK ⁇ 131>.
  • the interior space IKA ⁇ 112> is connected to the interior space I M ⁇ 132> via the connection VAM ⁇ 15>.
  • the three chambers are delimited by an outer wall WA ⁇ 80> of the three-chamber cell E ⁇ 1>.
  • the interior IK ⁇ 132> of the middle chamber KM ⁇ 13> is also separated from the interior IKK ⁇ 122> of the cathode chamber KK ⁇ 12> by a partition W ⁇ 16>, which consists of a disk of a NaSICON solid electrolyte ceramic FA ⁇ 18> that is selectively permeable to sodium ions.
  • the NaSICON solid electrolyte ceramic FA ⁇ 18> extends over the entire depth and height of the three-chamber cell E ⁇ 1>.
  • the partition has two sides SKK ⁇ 161> and SA/ K ⁇ 162>, the surfaces of which OKK ⁇ 163> and OA/MK ⁇ 164> contact the respective interior IKK ⁇ 122> and IKM ⁇ 132>.
  • the interior IK ⁇ 132> of the middle chamber KM ⁇ 13> is additionally separated from the interior IKA ⁇ 112> of the anode chamber KA ⁇ 11> by a diffusion barrier D ⁇ 14>.
  • the NaSICON solid electrolyte ceramic FA ⁇ 18> and the diffusion barrier D ⁇ 14> extend over the entire depth and height of the three-chamber cell E ⁇ 1>.
  • the diffusion barrier D ⁇ 14> is a cation exchange membrane (sulfonated PTFE).
  • connection VAM ⁇ 15> is formed outside the electrolysis cell E ⁇ 1>, in particular by a pipe or hose, the material of which can be selected from rubber, metal or plastic.
  • liquid can be conducted from the interior IKM ⁇ 132> of the middle chamber KM ⁇ 13> into the interior IKA ⁇ 112> of the anode chamber KA ⁇ 11> outside the outer wall WA ⁇ 80> of the three-chamber cell E ⁇ 1>.
  • connection VAM ⁇ 15> connects the outlet AKM ⁇ 131>, which breaks through the outer wall WA ⁇ 80> of the electrolysis cell E ⁇ 1> at the bottom of the middle chamber K ⁇ 13>, with the inlet ZKA ⁇ 110>, which breaks through the outer wall WA ⁇ 80> of the electrolysis cell E ⁇ 1> at the bottom of the anode chamber KA ⁇ 11>.
  • An aqueous solution of sodium chloride L3 ⁇ 23> with a pH of 10.5 is fed via the inlet ZKM ⁇ 130> in the same direction as gravity into the interior IKM ⁇ 132> of the middle chamber KM ⁇ 13>.
  • the interior IKM ⁇ 132> of the middle chamber M ⁇ 13> is connected to the interior IKA ⁇ 1 12> of the anode chamber KA ⁇ 1 1 > by the connection VAM ⁇ 15>.
  • Sodium chloride solution L3 ⁇ 23> is fed from the interior IKM ⁇ 132> into the interior IKM ⁇ 112> by this connection VAM ⁇ 15>.
  • a solution of ⁇ 1 wt.% sodium methylate in methanol L2 ⁇ 22> is fed into the interior chamber IKK ⁇ 122> via the inlet ZKK ⁇ 120>.
  • a voltage is applied between the cathodic electrode EK ⁇ 123> and the anodic electrode EA ⁇ 113>.
  • methanol in the electrolyte L2 ⁇ 22> in the interior IKK ⁇ 122> is reduced to methoxide and H2 (CH3OH + e’ — > CHsO" + 1 H2).
  • Sodium ions diffuse from the interior IKM ⁇ 132> of the middle chamber KM ⁇ 103> through the NaSICON solid electrolyte ceramic FA ⁇ 18> into the interior IKK ⁇ 122>.
  • the acidity would damage the NaSICON solid electrolyte ceramic FA ⁇ 18>, but is limited to the anode chamber KA ⁇ 11> by the arrangement in the three-chamber cell and thus kept away from the NaSICON solid electrolyte ceramic FA ⁇ 18> in the electrolysis cell E ⁇ 1>. This considerably increases its service life.
  • Figure 2 A shows a preferred partition wall W ⁇ 16>.
  • This comprises two NaSICON solid electrolyte ceramics FA ⁇ 18> and FB ⁇ 19>, which are separated from each other by a separating element T ⁇ 17> and are each attached to it without gaps.
  • the separating element T ⁇ 17> has the geometric shape of a cuboid, on the opposite sides of which FA ⁇ 18> and FB ⁇ 19> are attached without gaps (e.g. by means of adhesive).
  • FIG. 2 B shows another embodiment of a preferred partition wall W ⁇ 16>.
  • This comprises four NaSICON solid electrolyte ceramics FA ⁇ 18>, FB ⁇ 19>, Fc ⁇ 28>, FD ⁇ 29>, which are separated from one another by a separating element T ⁇ 17> and are each attached thereto without gaps.
  • the separating element T ⁇ 17> has the shape of a cross, on the opposite sides of which FA ⁇ 18>, FB ⁇ 19>, Fc ⁇ 28> and FD ⁇ 29> are glued.
  • the side SKK ⁇ 161> with the surface OKK ⁇ 163> lies in the image plane
  • the side SA/MK ⁇ 162> with the surface OA/MK ⁇ 164> (not visible in Fig. 2 B) lies behind the image plane.
  • Figure 3 A shows the detailed view, which is highlighted by a dashed circle in Figures 2 A and 2 B.
  • the respective solid electrolyte ceramics FA ⁇ 18> and FB ⁇ 19> are attached to the separating element T ⁇ 17>, for example by means of adhesive.
  • Figure 3 B illustrates a further embodiment of a preferred partition wall W.
  • the separating element T ⁇ 17> has two concave depressions (grooves) into which the two solid electrolyte ceramics FA ⁇ 18> and FB ⁇ 19> are fitted.
  • the shape of the edges of the solid electrolyte ceramics FA ⁇ 18> and FB ⁇ 19> can be mechanically adapted accordingly.
  • a seal Di ⁇ 40> is used, which is attached, for example, with an adhesive to the separating element T ⁇ 17> and the respective solid electrolyte ceramic FA ⁇ 18> or FB ⁇ 19>.
  • the separating element T ⁇ 17> can consist of two or more parts ⁇ 171> and ⁇ 172>, which can be attached to one another, as indicated by the dashed line in Fig. 3 B.
  • the latter can be clamped between the two parts ⁇ 171> and ⁇ 172>, which further improves the stability of the connection separating element T ⁇ 17> / ceramic FA ⁇ 18> or FB ⁇ 19> and the tightness of the partition wall W ⁇ 16>.
  • Figure 3 C illustrates a further embodiment of a preferred partition wall W. This corresponds to that described in Figure 3 B, except that the recesses (grooves) in the separating element T ⁇ 17>, into which the two solid electrolyte ceramics FA ⁇ 18> and FB ⁇ 19> are fitted, are not concave but tapered.
  • the partition wall W ⁇ 16> shown in Figure 4 A corresponds to the partition wall W ⁇ 16> shown in Figure 2 A, except that it also includes a frame element R ⁇ 20>. This completely covers all surfaces of the partition wall W ⁇ 16> except OKK ⁇ 163> and OA/ K ⁇ 164>.
  • the frame element R ⁇ 20> is not made in one piece with the separating element T ⁇ 17>.
  • Figure 4 B shows a further embodiment of a preferred partition wall W ⁇ 16>. This corresponds to the embodiment shown in Figure 4 A, except that it comprises two frame elements R ⁇ 20> which delimit the upper and lower surfaces of the partition wall W ⁇ 16>.
  • Figure 4 C shows a further embodiment of a preferred partition wall ⁇ 16>.
  • the partition wall W ⁇ 16> shown in Figure 4 C corresponds to the partition wall ⁇ 16> shown in Figure 2 B, except that it also includes a frame element R ⁇ 20>. This completely covers all surfaces of the partition wall W ⁇ 16> except OKK ⁇ 163> and OA/MK ⁇ 164>.
  • the frame element R ⁇ 20> is not made in one piece with the partition element T ⁇ 17>.
  • Figure 4 D shows a further embodiment of a preferred partition wall ⁇ 16>. This corresponds to the embodiment shown in Figure 4 C, except that it comprises two frame elements R ⁇ 20> which delimit the upper and lower surfaces of the partition wall W ⁇ 16>.
  • Figure 5 A shows an electrolysis cell E ⁇ 1> in a preferred embodiment of the method according to the invention. This corresponds to the electrolysis cell shown in Figure 1 A with the difference that a partition W ⁇ 16> separates the interior IKK ⁇ 1 2> of the cathode chamber KK ⁇ 12> from the interior IKA ⁇ 112> of the anode chamber KA ⁇ 11>.
  • the partition is the one shown in Figures 2 A and 2 B.
  • Figure 5 B shows an electrolysis cell E ⁇ 1> in a preferred embodiment of the method according to the invention. This corresponds to the electrolysis cell shown in Figure 1 A with the difference that a partition W ⁇ 16> separates the interior IKK ⁇ 122> of the cathode chamber KK ⁇ 12> from the interior IKA ⁇ 112> of the anode chamber KA ⁇ 11>.
  • the partition W ⁇ 16> is the one shown in Figures 4 A to 4 D.
  • the frame element R ⁇ 20> forms part of the outer wall WA ⁇ 80>, SO that the solid electrolyte ceramics enclosed by the partition W ⁇ 16> are protected from the pressure which would act on them through the partition W ⁇ 16> if they were part of the partition W ⁇ 16>.
  • the solid electrolyte ceramics are used to completely separate the interior spaces IKK ⁇ 122> and IKA ⁇ 112> within the electrolysis cell E ⁇ 1>, since they are not partially covered by the outer wall.
  • Figure 6 A shows the method according to the invention using an electrolysis cell E ⁇ 1> which corresponds to that shown in Fig. 1 B with the difference that the connection VA ⁇ 15> from the interior IKM ⁇ 132> of the middle chamber KM ⁇ 13> to the interior IKA ⁇ 112> of the anode chamber A ⁇ 11> is formed by several perforations in the diffusion barrier D ⁇ 14>. These perforations can be subsequently punched into the diffusion barrier D ⁇ 14> or can be present in the diffusion barrier D ⁇ 14> from the outset due to the manufacturing process (e.g. in the case of textile fabrics such as filter cloths or metal fabrics). In this embodiment, the totality of these perforations represents the connection VAM ⁇ 15> through which electrolyte can be conducted from the interior IKM ⁇ 132> into the interior IKA ⁇ 112>.
  • Figure 6 B shows a further embodiment of the method according to the invention using an electrolysis cell E ⁇ 1>.
  • This corresponds to the electrolysis cell E ⁇ 1> shown in Figure 1 B with the difference that the connection VAM ⁇ 15> from the interior IK ⁇ 132> of the middle chamber KM ⁇ 13> to the interior IKA ⁇ 112> of the anode chamber KA ⁇ 11> is formed by a gap which forms between the diffusion barrier D ⁇ 14> and the outer wall A ⁇ 80>.
  • This gap can be created by arranging an otherwise tight diffusion barrier D ⁇ 14> in the electrolysis cell E ⁇ 1> in such a way that it does not completely separate the interior IK ⁇ 132> of the middle chamber KM ⁇ 13> from the interior IKA ⁇ 112> of the anode chamber KA ⁇ 11>, but rather a gap is retained as the connection VAM ⁇ 15>.
  • Figure 7 A shows a further embodiment of a preferred partition wall W ⁇ 16>.
  • This comprises four NaSICON solid electrolyte ceramics FA ⁇ 18>, FB ⁇ 19>, Fc ⁇ 28> and FD ⁇ 29>, which are separated from one another by a separating element T ⁇ 17>, which comprises two halves ⁇ 171> and ⁇ 172>.
  • the partition wall W ⁇ 16> also comprises a frame element R ⁇ 20>, which also consists of two halves ⁇ 201> and ⁇ 202>.
  • the partition wall W ⁇ 16> consists of two collapsible parts, in which half ⁇ 171> of the partition element T ⁇ 17> is integral with half ⁇ 201> of the frame element R ⁇ 20> and half ⁇ 172> of the partition element T ⁇ 17> is integral with half ⁇ 202> of the frame element R ⁇ 20>. These two parts can optionally be connected to one another via a hinge ⁇ 50> and locked in the folded state via the lock ⁇ 60>.
  • the four NaSICON solid electrolyte ceramics FA ⁇ 18>, FB ⁇ 19>, Fc ⁇ 28> and FD ⁇ 29> are clamped between these halves, with a ring acting as a seal Di ⁇ 40> being used for sealing.
  • Figure 7 A shows the front view of the SKK ⁇ 161> side with the OKK ⁇ 163> surface of the partition W ⁇ 16>.
  • the rings acting as seal Di ⁇ 40> are indicated with dashed outlines.
  • the right side of the figure shows the side view of the partition ⁇ 16>.
  • Figure 7 B shows a further embodiment of a preferred partition wall W ⁇ 16>. This corresponds to the embodiment described in Figure 7 A, except that it comprises nine NaSICON solid electrolyte ceramics FA ⁇ 18>, FB ⁇ 19>, Fc ⁇ 28>, FD ⁇ 29>, FE ⁇ 30>, FF ⁇ 31>, FG ⁇ 32>, FH ⁇ 33>, Fi ⁇ 34>.
  • the solution Li comprising ROH and MAOR used in the process according to the invention is obtained electrolytically in an electrolysis cell E ⁇ 1>.
  • glycol means 1,2-ethylenediol with the chemical formula HO-CH2-CH2-OH (CAS No. 107-21-1).
  • alkyl radical having 1 to 6 carbon atoms is according to the invention in particular selected from the group consisting of methyl, ethyl, n-propyl, feo-propyl, n-butyl, sec-butyl, /so-butyl, tert-butyl, n-pentyl, 1-methylbutyl, 2-methylbutyl, 3-methylbutyl, 1,1-dimethylpropyl, 1,2-dimethylpropyl, 2,2-dimethylpropyl, 1-ethylpropyl, n-hexyl, 1-methylpentyl, 2-methylpentyl, 3-methylpentyl, 4-methylpentyl, 1,1-dimethylbutyl, 1,2-dimethylbutyl, 1,3-dimethylbutyl, 2,2-dimethylbutyl, 2,3-Dimethylbutyl, 3,3-Dimethylbutyl, 1-Ethylbutyl, 2-Ethylbuty
  • 1.2.2-Trimethylpropyl 1-ethyl-1-methylpropyl, 1-ethyl-2-methylpropyl, preferably selected from the group consisting of methyl, ethyl, n-propyl, /so-propyl, n-butyl, sec-butyl, /so-butyl, tert-butyl, n-pentyl, n-hexyl, even more preferably selected from the group consisting of methyl, ethyl, n-propyl, /so-propyl, n-butyl, n-pentyl, n-hexyl.
  • an alkyl radical having 1 to 5 carbon atoms is in particular selected from the group consisting of methyl, ethyl, n-propyl, /iso-propyl, n-butyl, sec-butyl, /'iso-butyl, tert-butyl, n-pentyl, 1-methylbutyl, 2-methylbutyl, 3-methylbutyl, 1,1-dimethylpropyl,
  • 1,2-dimethylpropyl, 2,2-dimethylpropyl, 1-ethylpropyl preferably selected from the group consisting of methyl, ethyl, n-propyl, /so-propyl, n-butyl, sec-butyl, /so-butyl, tert-butyl, n-pentyl, even more preferably selected from the group consisting of methyl, ethyl, n-propyl, /so-propyl, n-butyl, n-pentyl.
  • an alkyl radical having 1 to 4 carbon atoms is in particular selected from the group consisting of methyl, ethyl, n-propyl, /so-propyl, n-butyl, sec-butyl, /so-butyl, tert-butyl, preferably selected from the group consisting of methyl, ethyl, n-propyl, /so-propyl, n-butyl, tert-butyl, even more preferably selected from the group consisting of methyl, ethyl, n-propyl, /so-propyl, n-butyl.
  • an alkyl radical having 1 to 3 carbon atoms is in particular selected from the group consisting of methyl, ethyl, n-propyl, /so-propyl, preferably selected from the group consisting of methyl, ethyl, /so-propyl.
  • MA is an alkali metal cation, in particular selected from lithium, sodium, potassium, and preferably selected from sodium, potassium. Most preferably the alkali metal cation is sodium.
  • the solution Li ⁇ 21> of AOR in ROH used in step (b) or in the optional step (a*) of the process according to the invention is prepared in an electrolysis cell E in step (a) of the process according to the invention.
  • the electrolysis cell E comprises at least one anode chamber KA and at least one cathode chamber KK and optionally at least one middle chamber KM in between.
  • This also includes electrolysis cells E which have more than one anode chamber KA and/or cathode chamber KK and/or middle chamber KM.
  • electrolysis cells in which these chambers are joined together in a modular manner are described, for example, in DD 258 143 A3 and US 2006/0226022 A1.
  • the electrolysis cell E comprises an anode chamber KA and a cathode chamber KK and optionally a middle chamber K located therebetween.
  • the electrolysis cell E usually has an outer wall WA.
  • the outer wall WA is made in particular of a material selected from the group consisting of steel, preferably rubberized steel, plastic, which is selected in particular from Telene ® (thermosetting polydicyclopentadiene), PVC (polyvinyl chloride), PVC-C (post-chlorinated polyvinyl chloride), PVDF (polyvinylidene fluoride).
  • A can be perforated in particular for inlets and outlets.
  • Within WA there are then at least one anode chamber KA, at least one cathode chamber KK and, in the embodiments in which the electrolysis cell E comprises such a chamber, at least one middle chamber KM in between.
  • the at least one cathode chamber KK has at least one inlet ZKK, at least one outlet AKK and an interior space IKK which comprises a cathodic electrode EK.
  • the interior space IKA of the anode chamber KA is separated from the interior space IKK of the cathode chamber KK by a partition wall W if the electrolysis cell E does not comprise a middle chamber KM.
  • the interior space IKK of the cathode chamber KK is separated from the interior space IKM of the middle chamber K by a partition wall W if the electrolysis cell E comprises at least one middle chamber KM.
  • the cathodic chamber KK comprises an interior space IKK, which in turn comprises a cathodic electrode EK.
  • a cathodic electrode EK Any electrode familiar to the person skilled in the art that is stable under the conditions of step (a) of the method according to the invention can be used as such a cathodic electrode EK.
  • Such electrodes are described in particular in WO 2014/008410 A1, paragraph [025] or DE 10360758 A1, paragraph [030].
  • This electrode EK can be selected from the group consisting of knitted wool, three-dimensional matrix structure or “spheres”.
  • the cathodic electrode EK comprises in particular a material which is selected from the group consisting of steel, nickel, copper, platinum, platinized metals, palladium, carbon-supported palladium, titanium, more preferably selected from the group consisting of steel, nickel.
  • VA steel stainless steel
  • the cathode chamber K also comprises at least one inlet ZKK and at least one outlet AKK. This makes it possible to add liquid, such as solution L2, to the interior IKK of the cathode chamber KK and to remove liquid contained therein, such as solution Li.
  • the inlet ZKK and the outlet AKK are attached to the cathode chamber KK in such a way that the liquid contacts the cathodic electrode E K as it flows through the interior IKK of the cathode chamber KK.
  • step (a) of the method according to the invention is carried out, when the solution L2 of alcohol ROH, which optionally also comprises an alkali metal alcoholate MAOR, is passed through the interior IKK of the cathode chamber KK.
  • the inlet ZKK and the outlet AKK can be attached to the electrolysis cell E using methods known to those skilled in the art, e.g. by drilling holes in the outer wall and corresponding connections (valves) that simplify the inlet and outlet of liquid.
  • the at least one anode chamber KA has at least one inlet ZKA, at least one outlet AKA and an interior space IKA, which comprises an anodic electrode EA.
  • the electrolysis cell E comprises a middle chamber KM
  • the interior space IKA of the anode chamber KA is separated from the interior space IKM of the middle chamber KM by a diffusion barrier D.
  • the electrolysis cell E does not include a central chamber KM, the interior space IKA of the anode chamber K is separated from the interior space IKK of the cathode chamber KK by the partition wall.
  • the anode chamber KA comprises an interior space IKA, which in turn comprises an anodic electrode EA.
  • Any electrode familiar to the person skilled in the art that is stable under the conditions of step (a) of the method according to the invention can be used as such anodic electrode EA.
  • Such electrodes are described in particular in WO 2014/008410 A1, paragraph [024] or DE 10360758 A1, paragraph [031].
  • This electrode EA can consist of one layer or of several flat, parallel layers, each of which can be perforated or expanded.
  • the anodic electrode EA comprises in particular a material that is selected from the group consisting of ruthenium oxide, iridium oxide, nickel, cobalt, nickel tungstate, Nickel titanate, precious metals such as platinum in particular, which is supported on a carrier such as titanium or Kovar ® (an iron/nickel/cobalt alloy in which the individual proportions are preferably as follows: 54% by mass iron, 29% by mass nickel, 17% by mass cobalt).
  • Other possible anode materials are in particular stainless steel, lead, graphite, tungsten carbide, titanium diboride.
  • the anodic electrode EA preferably comprises a titanium anode coated with ruthenium oxide/iridium oxide (RuCh + I rOz / Ti).
  • the anode chamber KA also comprises an inlet ZKA and an outlet AKA.
  • the inlet ZKA and the outlet AKA are attached to the anode chamber KA in such a way that the liquid contacts the anodic electrode EA as it flows through the interior IKA of the anode chamber KA. This is the prerequisite for the solution L4 to be obtained at the outlet AKA when step (a) of the method according to the invention is carried out when the solution L3 of a salt S is passed through the interior IKA of the anode chamber KA.
  • the inlet ZKA and the outlet AKA can be attached to the electrolysis cell E using methods known to those skilled in the art, e.g. through holes in the outer wall and corresponding connections (valves) that simplify the introduction and discharge of liquid.
  • the inlet ZKA can also be located inside the electrolysis cell, for example as a perforation in the diffusion barrier D.
  • the electrolysis cell E used in step (a) of the process according to the invention optionally has at least one central chamber KM.
  • the optional central chamber KM is located between the cathode chamber KK and the anode chamber KA. It comprises at least one inlet ZKM, at least one outlet AKM and an interior space IKM-
  • the electrolysis cell E includes a middle chamber KM
  • the interior space IKA of the anode chamber KA is separated from the interior space IKM of the middle chamber KM by a diffusion barrier D.
  • AKM is then also connected to the inlet ZKA by a connection VAM, so that liquid from IKM can be fed into IKA via the connection VA.
  • the interior space IKM of the optional middle chamber KM is separated from the interior space IKA of the anode chamber KA by a diffusion barrier D and from the interior space IKK of the cathode chamber K by the partition wall W.
  • step (a) of the process according to the invention Any material which is stable under the conditions of step (a) of the process according to the invention and which prevents or slows down the transfer of protons from the liquid in the interior space IKA of the anode chamber A into the interior space IKM of the optional middle chamber KM can be used for the diffusion barrier D.
  • a non-ion-specific partition wall or a membrane permeable to specific ions is used as the diffusion barrier D.
  • the diffusion barrier D is preferably a non-ion-specific partition wall.
  • the material of the non-ion-specific partition wall is selected in particular from the group consisting of fabric, which is in particular textile fabric or metal fabric, glass, which is in particular sintered glass or glass frits, ceramic, in particular ceramic frits, membrane diaphragm, and is particularly preferably a textile fabric or metal fabric, particularly preferably a textile fabric.
  • the textile fabric preferably comprises plastic, more preferably a plastic selected from PVC, PVC-C, polyvinyl ether (“PVE”), polytetrafluoroethylene (“PTFE”).
  • the diffusion barrier D is a "membrane permeable to specific ions"
  • this refers to membranes that promote the diffusion of ions of a certain charge type compared to oppositely charged ions.
  • membranes permeable to specific ions also promote the diffusion of certain ions with one charge type compared to other ions of the same charge type through them.
  • the diffusion barrier D is a “membrane permeable to specific ions”, the diffusion barrier D is in particular an anion-conducting membrane or a cation-conducting membrane.
  • anion-conducting membranes are those which selectively conduct anions, preferably selectively certain anions. In other words, they promote the diffusion of anions through them over that of cations, in particular over protons, and even more preferably they additionally promote the diffusion of certain anions through them over the diffusion of other anions through them.
  • cation-conducting membranes are those which selectively conduct cations, preferably selectively conduct certain cations. In other words, they favor the diffusion of cations through them over that of anions, even more preferably they additionally favor the diffusion of certain cations through them over the diffusion of other cations through them, even more preferably of cations which are not protons, even more preferably sodium cations, over protons.
  • “Favour the diffusion of certain ions X over the diffusion of other ions Y” means in particular that the diffusion coefficient (unit m 2 /s) of the ion type X at a given temperature for the membrane in question is higher by a factor of 10, preferably 100, preferably 1000 than the diffusion coefficient of the ion type Y for the membrane in question.
  • the diffusion barrier D is a “membrane permeable to specific ions”, it is preferably an anion-conducting membrane, because this is particularly effective at preventing the diffusion of protons from the anode chamber KA into the middle chamber KM.
  • the anion-conducting membrane used is in particular one that is selective for the anions comprised by the salt S.
  • Such membranes are known to the person skilled in the art and can be used by him.
  • the salt S comprises MA as a cation.
  • the salt S is preferably a halide, sulfate, sulfite, nitrate, hydrogen carbonate or carbonate of MA, more preferably a halide.
  • Halides are fluorides, chlorides, bromides, iodides. The most preferred halide is chloride.
  • the anion-conducting membrane used is a membrane that is selective for halides, preferably chloride.
  • the diffusion barrier D is a cation-conducting membrane, it is in particular a membrane which is selective for MA, i.e. the cation comprised by the salt S. Even more preferably, the diffusion barrier D is an alkali cation-conducting membrane, even more preferably a potassium and/or sodium ion-conducting membrane, most preferably a sodium ion-conducting membrane.
  • organic polymers which are selected in particular from polyethylene, polybenzimidazoles, polyether ketones, polystyrene, polypropylene or fluorinated membranes such as polyperfluoroethylene, preferably polystyrene, polyperfluoroethylene, are used as cation-conducting membranes, wherein these carry covalently bound functional groups selected from -SO 3 -, -COO', -PO 3 2 -, -PO 2 H-, preferably -SOs', (described in DE 10 2010 062 804 A1, US 4,831,146).
  • Neosepta® membranes are described, for example, by S.A. Mareev, D.Yu. Butylskii, N.D. Pismenskaya, C. Larchet, L. Dammak, V.V. Nikonenko, Journal of Membrane Science 2018, 563, 768-776.
  • a cation-conducting membrane is used as diffusion barrier D, this can be, for example, a polymer functionalized with sulfonic acid groups, in particular of the following formula PNAFION, where n and m are independently an integer from 1 to 10 6 , more preferably an integer from 10 to 10 5 , even more preferably an integer from 10 2 to 10 4 .
  • the optional middle chamber K M also includes an inlet ZKM and an outlet AKM. This makes it possible to add liquid, such as solution L3, to the interior IKM of the middle chamber KM and to transfer liquid contained therein, such as solution L3, to the interior IKA of the anode chamber KA ZU.
  • the inlet ZK and the outlet AKM can be attached to the electrolysis cell E using methods known to those skilled in the art, e.g. through holes in the outer wall and corresponding connections (valves) that simplify the inflow and outflow of liquid.
  • the outlet AK can also be located inside the electrolysis cell, for example as a perforation in the diffusion barrier D.
  • the outlet AK is connected to the inlet ZKA SO by a connection VAM, so that liquid from IKM can be passed into IKA through the connection VA.
  • connection VA can be formed within the electrolysis cell E and/or outside the electrolysis cell E, and is preferably formed within the electrolysis cell.
  • connection VA is formed within the electrolysis cell E, it is preferably formed by at least one perforation in the diffusion barrier D.
  • This embodiment is particularly preferred when a non-ion-specific partition wall, in particular a metal mesh or textile fabric, is used as the diffusion barrier D.
  • connection VAM is formed outside the electrolysis cell E, wherein it is preferably formed by a connection of AKM and ZKA running outside the electrolysis cell E, in particular by forming an outlet AK from the interior IKM of the middle chamber KM through the outer wall WA, preferably at the bottom of the middle chamber M, wherein even more preferably the inlet ZK is at the top of the middle chamber K, and an inlet ZKA into the interior IKA of the anode chamber KA is formed through the outer wall WA, preferably at the bottom of the anode chamber KA, and these are connected by a line, for example a pipe or a hose, which preferably comprises a material selected from rubber, plastic.
  • the outlet AKA is then even more preferably formed at the top of the anode chamber KA.
  • Outlet AK at the bottom of the middle chamber K means that the outlet AKM SO is attached to the electrolysis cell E so that the solution L 3 leaves the middle chamber KM in the same direction as gravity.
  • Inlet ZKA at the bottom of the anode chamber KA means that the inlet ZKA SO is attached to the electrolysis cell E so that the solution L 3 enters the anode chamber KA against gravity.
  • Inlet ZK at the top of the middle chamber KM means that the inlet ZKM SO is attached to the electrolysis cell E so that the solution L 3 enters the middle chamber KM in the same direction as gravity.
  • Drain AKA at the top of the anode chamber KA means that the drain AKA SO is attached to the electrolysis cell E so that the solution L4 leaves the anode chamber KA against gravity.
  • connection VAM is formed outside the electrolysis cell E, in particular ZKM and AKM are arranged on opposite sides of the outer wall WA of the middle chamber KM (i.e. ZKM at the bottom and AKM at the top of the electrolysis cell E or vice versa) and ZKA and AKA are arranged on opposite sides of the outer wall WA of the anode chamber KA (i.e. ZKA at the bottom and AKA at the top of the electrolysis cell E or vice versa), as shown in particular in Figure 1 B. Due to this geometry, L 3 must connect the two chambers KM and A flow through. ZKA and ZKM can be formed on the same side of the electrolysis cell E, in which case AKM and AKA are also automatically formed on the same side of the electrolysis cell E. Alternatively, ZKA and ZKM can be formed on opposite sides of the electrolysis cell E, as in the embodiment shown in Figure 1 B, in which case AKM and AKA are also automatically formed on opposite sides of the electrolysis cell E.
  • connection VAM is formed within the electrolysis cell E, this can be ensured in particular by one side (“side A”) of the electrolysis cell E, which is the top or bottom of the electrolysis cell E, preferably the top as shown in Figure 6 B, comprising the inlet ZKM and the outlet AKA and the diffusion barrier D extending from this side (“side A”) into the electrolysis cell E, but not quite reaching the side (“side B”) of the electrolysis cell E opposite side A, which is then the bottom or top of the electrolysis cell E, and spanning 50% or more of the height of the three-chamber cell E, more preferably 60% to 99% of the height of the three-chamber cell E, even more preferably 70% to 95% of the height of the three-chamber cell E, even more preferably 80% to 90% of the height of the three-chamber cell E, even more preferably 85% of the height of the three-chamber cell E.
  • bottom of the electrolysis cell E is the side of the electrolysis cell E through which a solution (e.g. L3 for AKM in Figure 1 B) exits the electrolysis cell E in the same direction as gravity, or the side of the electrolysis cell E through which a solution (e.g. L2 for ZKK in Figures 1 A, 1 B, 5 A, 5 B, 6 A and 6 B and L3 for ZKA in Figures 1 A, 1 B, 5 A and 5 B) is fed to the electrolysis cell E against gravity.
  • a solution e.g. L3 for AKM in Figure 1 B
  • a solution e.g. L2 for ZKK in Figures 1 A, 1 B, 5 A, 5 B, 6 A and 6 B and L3 for ZKA in Figures 1 A, 1 B, 5 A and 5 B
  • top of the electrolysis cell E is the side of the electrolysis cell E through which a solution (eg L4 for AKA and Li for AKK in Figures 1 A, 1 B, 5 A, 5 B, 6 A and 6 B) exits the electrolysis cell E against gravity or the side of the electrolysis cell E through which a solution (eg L3 for ZKM in Figures 1 B, 6 A and 6 B) is fed to the electrolysis cell E in the same direction as gravity.
  • a solution eg L4 for AKA and Li for AKK in Figures 1 A, 1 B, 5 A, 5 B, 6 A and 6 B
  • a solution eg L3 for ZKM in Figures 1 B, 6 A and 6 B
  • the interior IKM also comprises at least one additional feature selected from:
  • an additional introduction of an inert gas e.g. nitrogen or noble gas
  • an inert gas e.g. nitrogen or noble gas
  • the electrolysis cell E used in step (a) of the process according to the invention comprises a partition wall W.
  • the partition wall W comprises at least one alkali cation-conducting solid electrolyte ceramic FA.
  • the partition wall W consists of an alkali cation-conducting solid electrolyte ceramic FA.
  • the partition wall W comprises at least two alkali cation-conducting solid electrolyte ceramics (“alkali cation-conducting solid electrolyte ceramic” is abbreviated to “AFK” below) FA and FB, optionally separated from one another by a separating element T.
  • alkali cation-conducting solid electrolyte ceramic is abbreviated to “AFK” below
  • FA and FB optionally separated from one another by a separating element T.
  • the partition W has two sides SKK and SA/K which are opposite each other, that is to say the side SA/MK is opposite the side SKK (and vice versa).
  • the two sides SKK and SA/K comprise planes which are substantially parallel to each other.
  • the geometry of the partition wall W is otherwise not further restricted and can be adapted in particular to the cross-section of the electrolysis cell E in which it is used.
  • it can have the geometry of a cuboid and thus have a rectangular cross-section, or the geometry of a truncated cone or cylinder and thus have a circular cross-section.
  • the partition wall W can also have the geometry of a cuboid with rounded corners and/or bulges, which in turn can have holes.
  • the partition wall W then has bulges (“rabbit ears”) with which the partition wall W can be fixed to electrolysis cells or frame parts of the partition wall W can be fixed to each other.
  • the side SKK of the partition W has the surface OKK and the side SA/MK of the partition W has the surface OA/K.
  • partition wall means that the partition wall W is liquid-tight. Thus, there are no gaps through which aqueous solution, alcoholic solution, alcohol or water could flow from the SKK side to the SA/MK side or vice versa.
  • the partition wall W comprises at least two alkali cation-conducting solid electrolyte ceramics F ⁇ and F B and optionally a separating element T, this means that FA and FB and the optionally present at least one separating element T are connected to one another without gaps.
  • the partition wall W which can be used in the electrolysis cell E according to step (a) of the method according to the invention also includes embodiments in which the partition wall W comprises more than two AFKs, e.g. four or nine or twelve AFKs, wherein the AFKs either directly adjoin one another or are separated from one another by a separating element T.
  • the partition wall W comprises more than two AFKs, e.g. four or nine or twelve AFKs, wherein the AFKs either directly adjoin one another or are separated from one another by a separating element T.
  • the partition wall W comprises more than one AFK, all AFKs enclosed by the partition wall W are separated from one another by at least one separating element T in the partition wall W, i.e. no AFK is directly connected to another AFK, i.e. without a separating element T in between.
  • the partition wall W is further characterized in that the AFK FA enclosed by the partition wall W can be directly contacted both via the OKK surface and via the OA/K surface.
  • the partition wall W comprises at least two AFKs FA, F B , it is preferred that all AFKs enclosed by the partition wall W can be directly contacted both via the OKK surface and via the OA/MK surface.
  • Directly contactable means, with reference to the AFKs enclosed by the partition wall W, that at least part of the surfaces OKK and OA/K is formed by the surface of the AFKs enclosed by the partition wall W, i.e. that the AFKs enclosed by the partition wall W are directly accessible at the two surfaces OKK and OA/MK, so that they can be wetted at the two surfaces OKK and OA/MK, for example with aqueous solution, alcoholic solution, alcohol ROH or water.
  • the at least one separating element T can typically also be directly contacted via at least a part of the surface OKK as well as via at least a part of the surface OA/MK.
  • Directly contactable means, with reference to the at least one separating element T optionally included by the partition W, that a part of the surfaces OKK and OA/K is formed by the surface of the separating element T, i.e. that the separating element T is directly accessible at the two surfaces OKK and OA/MK, so that the separating element T can be wetted at the two surfaces OKK and OA/MK, for example with aqueous solution, alcoholic solution, alcohol or water.
  • the partition wall W at least 50%, more preferably at least 60%, even more preferably at least 70%, even more preferably at least 85% of the surface OA/MK is formed by the AFKs encompassed by the partition wall W.
  • the partition wall W at least 50%, more preferably at least 60%, even more preferably at least 70%, even more preferably at least 85% of the surface OKK is formed by the AFKs encompassed by the partition wall W.
  • the partition wall W has more than one AFK, in particular 50% to 99%, more preferably 60% to 96%, even more preferably 70% to 92%, even more preferably 85% to 90% of the surface OKK is formed by the AFKs encompassed by the partition wall W, with even more preferably the remainder of the surface OKK being formed by the partition element T and optionally the frame element R.
  • the partition wall W has more than one AFK, in particular 50% to 99%, more preferably 60% to 96%, even more preferably 70% to 92%, even more preferably 85% to 90% of the surface OA/K is formed by the AFKs encompassed by the partition wall W, with even more preferably the remainder of the surface OA/MK being formed by the partition element T and optionally the frame element R.
  • the partition wall W ⁇ 16> comprises an alkali cation-conducting solid electrolyte ceramic FA and optionally a frame element R. Even more preferably, the partition wall W ⁇ 16> consists of an alkali cation-conducting solid electrolyte ceramic FA.
  • the partition W comprises at least four AFKs FA, FB, FC and FD, and then more preferably comprises exactly four AFKs FA, FB, Fc and FD.
  • the partition W comprises at least nine AFKs FA, FB, FC, FD, FE, FF, FG, FH and F
  • the partition W comprises at least twelve AFKs FA, FB, FC, FD, FE, FF, FG, FH, FI, FJ, FK and FL, and then more preferably it comprises exactly twelve AFKs FA, FB, FC, FD, FE, FF, FG, FH, FI, FJ, FK and FL.
  • the arrangement of at least two AFKs next to each other in the partition wall W has an advantage over the arrangement of just one AFK, namely a further direction of propagation for the AFKs in the event of temperature fluctuations that occur during operation of the electrolysis cell.
  • NaSICON discs which act as partition walls, are delimited in electrolysis cells by the outer walls of the electrolysis cell or by solid plastic frames. The mechanical stresses that occur within the NaSICON during expansion cannot therefore be dissipated, which can lead to the ceramic breaking.
  • each AFK has at least one further degree of freedom available, i.e. a dimension in which it can expand.
  • expansion in the z direction i.e. across the thickness of the ceramic disk at right angles to the plane of the partition W
  • expansion in the x and/or y direction is now also possible, i.e. in the horizontal and vertical direction within the plane of the partition W.
  • AFKs for example, span the cross-section of the electrolysis cell as a solid disk and border on the solid wall of the electrolysis cell; compared to a partition of the same size that only consists of one AFK, the division into several small AFKs results in the stresses that occur within the smaller AFKs also being absolutely smaller, can be dissipated more quickly and This means that tension cannot build up so quickly that it would cause the AFK to break.
  • any solid electrolyte through which cations, in particular alkali cations, even more preferably sodium cations, can be transported from the SA/MK side to the SKK side can be considered as alkali cation-conducting solid electrolyte ceramics FA, FB etc. enclosed by the partition wall.
  • Such solid electrolytes are known to the person skilled in the art and are described, for example, in DE 10 2015 013 155 A1, in WO 2012/048032 A2, paragraphs [0035], [0039], [0040], in US 2010/0044242 A1, paragraphs [0040], [0041], in DE 10360758 A1, paragraphs [014] to [025]. They are sold commercially under the names NaSICON, LiSICON, KSICON.
  • a sodium ion-conducting solid electrolyte is preferred, and even more preferably it has a NaSICON structure.
  • NaSICON structures that can be used according to the invention are also described, for example, by N. Anantharamulu, K. Koteswara Rao, G. Rambabu, B. Vijaya Kumar, Velchuri Radha, M. Vithal, J Mater Sei 2011 , 46, 2821-2837.
  • the alkali cation-conducting solid electrolyte ceramics encompassed by the partition wall W, and in particular the AFK FA, independently of one another have a NaSICON structure of the formula M'i+2w+x-y+z M H W M IH x ZH wxy M v y (SiO4)z (PO4)3-z.
  • M 1 is selected from Na + , Li + , preferably Na + .
  • M 11 is a divalent metal cation, preferably selected from Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , more preferably selected from Co 2+ , Ni 2+ .
  • M 111 is a trivalent metal cation, preferably selected from Al 3+ , Ga 3+ , Sc 3+ , La 3+ , Y 3+ , Gd 3+ , Sm 3+ , Lu 3+ , Fe 3+ , Cr 3+ , more preferably selected from Sc 3+ , La 3+ , Y 3+ , Gd 3+ , Sm 3+ , particularly preferably selected from Sc 3+ , Y 3+ , La 3+ .
  • M v is a pentavalent metal cation, preferably selected from V 5+ , Nb 5+ , Ta 5+ .
  • w, x, y, z are real numbers, where 0 ⁇ x ⁇ 2, 0 ⁇ y ⁇ 2, 0 ⁇ w ⁇ 2, 0 ⁇ z ⁇ 3, and w, x, y, z are chosen such that 1 + 2w + x - y + z > 0 and 2 - w - x - y > 0.
  • partition wall W in which it comprises at least two AFKs FA, FB, all AFKs encompassed by the partition wall W have the same structure.
  • the partition wall W preferably comprises a separating element T.
  • the separating element T then separates according to the invention at least two alkali cation-conducting solid electrolyte ceramics FA and FB encompassed by the partition wall W, that is to say it is arranged between at least two alkali cation-conducting solid electrolyte ceramics FA and FB encompassed by the partition wall.
  • any body by which the respective AFKs can be arranged separately from one another is suitable as the separating element T, which is preferably enclosed by the separating wall W.
  • the AFKs are connected seamlessly to the separating element T in order not to impair the function of the separating wall, which is intended to separate the cathode chamber in the electrolysis cell E from the adjacent middle or anode chamber in a liquid-tight manner.
  • the shape of the partition element T can be selected by the person skilled in the art depending on the number of AFKs that the partition wall comprises in the preferred embodiment.
  • the partition wall comprises, for example, two or three AFKs, these can each be separated by a web arranged between the AFKs as a separating element T.
  • the partition wall comprises four or more AFKs, these can be separated by a dividing element T, which has the shape of a cross or grid.
  • the partition wall W comprises at least two AFKs FA, FB, it is particularly preferred that the partition wall W comprises at least four AFKs and even more preferably that the separating element T is then cross-shaped or grid-shaped, since it is then ensured that all three dimensions are completely available to the AFKs for thermal expansion/shrinkage.
  • the separating element T can consist of one piece.
  • the AFK is then attached to the separating element T without gaps, for example using a means known to those skilled in the art, for example using an adhesive, with epoxy resins or phenolic resins preferably being used.
  • the separating element T can also be shaped in such a way that the respective AFK fits into the Separating element can be fitted or clamped in. This can be done during the manufacture of the partition wall W.
  • the partition wall W comprises a separating element
  • it comprises a seal Di ( Figures 3 B, 3 C) in particular between the separating element T and the AFKs. This ensures particularly well that the partition wall W is liquid-tight.
  • the seal Di can be selected by the person skilled in the art for the respective AFK or the respective separating element T.
  • the seal Di comprises in particular a material which is selected from the group consisting of elastomers, adhesives, preferably elastomers.
  • Rubber in particular comes into consideration as an elastomer, preferably ethylene-propylene-diene rubber (“EPDM”), fluoropolymer rubber (“FPM”), perfluoropolymer rubber (“FFPM”), acrylonitrile-butadiene rubber (“NBR”).
  • EPDM ethylene-propylene-diene rubber
  • FPM fluoropolymer rubber
  • FFPM perfluoropolymer rubber
  • NBR acrylonitrile-butadiene rubber
  • the separating element T comprises at least two parts Ti and T2, which can be fastened to one another and thus clamp the AFKs between them.
  • the separating element T preferably comprises a material selected from the group consisting of plastic, glass, wood.
  • the separating element T is particularly preferably made of plastic.
  • the plastic is one selected from the group consisting of polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride, post-chlorinated polyvinyl chloride (“PVC-C”).
  • the partition wall W also comprises a frame element R.
  • the frame element R differs from the partition element T in that it is not arranged between the alkali cation-conducting solid electrolyte ceramics enclosed by the partition wall W, i.e. it does not separate them from one another.
  • the frame element R delimits in particular the surfaces OKK and OA/MK at least partially, preferably completely. This means in particular:
  • the frame element R encloses the surfaces OKK and OA/MK at least partially, preferably completely.
  • the frame element R may or may not be formed as part of the surfaces OKK and OA/MK.
  • the frame element R is preferably formed as part of the surfaces OKK and OA/MK.
  • the frame element R can be directly contacted, or not directly contacted, preferably directly contacted, in particular via the OKK and OA/MK surfaces.
  • “not directly contactable” means that the frame element R is formed exclusively as at least part of the surfaces of those sides of the partition wall that are not the sides SKK and SA/K.
  • the frame element R then forms at least 1%, more preferably at least 25%, more preferably at least 50%, even more preferably 100% of the surfaces of the sides of the partition wall that are not the sides SKK and SA/MK.
  • Directly contactable means, with reference to the frame element R optionally enclosed by the partition wall W, that part of the surfaces OKK and OA/MK is formed by the surface of the frame element R, i.e. that the frame element R enclosed by the partition wall W is directly accessible at the two surfaces OKK and OA/K, so that it can be wetted at the two surfaces OKK and OA/MK, for example with aqueous solution, alcoholic solution, alcohol or water.
  • the frame element R can also be designed as at least part of the surfaces of those sides of the partition wall W which are not the sides SKK and SA/MK.
  • the frame element R forms at least 1%, more preferably at least 25%, more preferably at least 50%, even more preferably 100% of the surfaces of the sides of the partition wall W which are not the sides SKK and SA/MK.
  • Fig. 4 B and Fig. 4 D for example, embodiments are shown in which the frame element R forms part of the surfaces of those sides of the partition wall W which are not the sides SKK and SA/MK.
  • Fig. 4 A and Fig. 4 C for example, embodiments are shown in which the frame element R completely forms the surfaces of those sides of the partition wall W which are not the sides SKK and SA/MK.
  • the frame element R is in particular made of a material which is selected from the group consisting of plastic, glass, wood.
  • the frame element R is particularly preferably made of plastic.
  • the plastic is one selected from the group consisting of polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride, PVC-C.
  • the partition W comprises a partition element T and a frame element R
  • the frame element R and the partition element T are made of the same material, more preferably both are made of plastic, which is even more preferably selected from polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride, PVC-C.
  • the frame element R can consist of one piece.
  • the AFK is then attached seamlessly to the frame element R using a means known to those skilled in the art, for example using an adhesive, for which epoxy resins and phenolic resins are particularly suitable.
  • the frame element R can also be shaped in such a way that the respective AFK can be fitted or clamped into the frame element R.
  • the partition wall W comprises at least two AFKs FA, FB, at least one separating element T and one frame element R, the AFKs, the at least one separating element T and the frame element R adjoin one another without gaps.
  • the partition wall W comprises at least two AFKs FA, FB, a frame element R and at least one partition element T, and the frame element R and the at least one partition element T are at least partially formed in one piece
  • the frame element R can consist of at least two parts that are fastened to one another and clamp the AFKs between them.
  • the partition wall W can then have a hinge on which the two parts of the frame element R can be opened and closed.
  • the partition wall W can then have a lock to which the two parts of the frame element R can be locked in the closed position ( Figure 7 A).
  • the separating element T In the closed state, the AFKs and, if this is not already formed in one piece with the frame element R, the separating element T can be clamped between the frame element R. In this embodiment, a seal can then be attached between the separating element T and AFK or between the frame element R and AFK in order to ensure liquid tightness.
  • the partition wall W comprises at least two AFKs FA, FB, a frame element R and at least one separating element T
  • at least a part of the separating element T is formed integrally with at least a part of the frame element R. This means in particular that at least a part of the separating element T then merges into the frame element R.
  • the at least one separating element T and the frame element R are then present in one piece.
  • the embodiment of a frame element R has the advantage that it can function as part of the outer wall when assembling the electrolysis cell E.
  • This part of the partition wall W does not contact the solutions in the respective interior IKK, IKA or IKM, which is why it would be a waste to use at least one solid electrolyte ceramic FA ZU for this part.
  • the part of the partition wall W which is clamped between the outer wall or forms part of it is subject to pressures, which makes the brittle solid electrolyte ceramic FA unsuitable. Instead, a shatter-proof and cheaper material is selected for the frame R.
  • the partition wall W can be manufactured by methods known to those skilled in the art.
  • an AFK FA can be used as the partition wall W, which is cut or formed according to methods known to those skilled in the art.
  • the partition wall W comprises a frame element R or at least one separating element T
  • the AFKs enclosed by the partition wall can be placed in a mold, possibly with seals, and the separating element can be poured over liquid plastic and then allowed to solidify (injection molding process). When it solidifies, this then encloses the AFKs.
  • the separating element T is cast separately (or in parts) and then seamlessly attached (e.g. glued) to at least two AFKs. 1 .1 .4.5 Arrangement of the partition W in the electrolysis cell E
  • the partition wall W is arranged in the electrolysis cell E in such a way that the alkali cation-conducting solid electrolyte ceramic FA enclosed by the partition wall W directly contacts the interior space IKK on the side SKK via the surface OKK.
  • the partition wall W comprises at least two AFKs FA, FB, at least one separating element T and optionally a frame element R
  • the partition wall W is arranged in the electrolysis cell E such that the alkali cation-conducting solid electrolyte ceramics FA and FB enclosed by the partition wall W and preferably also the separating element T, directly contact the interior space IKK on the side SKK via the surface OKK.
  • the partition wall W in the electrolysis cell E is arranged such that when the interior space IKK on the SKK side is completely filled with solution L 2 , the solution L 2 then contacts at least the alkali cation-conducting solid electrolyte ceramic FA enclosed by the partition wall W via the surface OKK, so that ions (e.g. alkali metal ions such as sodium, lithium, potassium) from FA can enter the solution L 2 .
  • ions e.g. alkali metal ions such as sodium, lithium, potassium
  • the partition wall W comprises at least two AFKs FA, FB, at least one separating element T and optionally a frame element R
  • ions e.g. alkali metal ions such as sodium, lithium, potassium
  • the partition wall W is arranged in the electrolysis cell E in such a way that the alkali cation-conducting solid electrolyte ceramic FA enclosed by the partition wall W directly contacts the interior space IKA on the side SA/K via the surface OA/MK.
  • the partition wall W comprises at least two AFKs FA, FB, at least one separating element T and optionally a frame element R, and if the electrolysis cell E does not comprise a central chamber, this means that the partition wall W is arranged in the electrolysis cell E such that the alkali cation-conducting solid electrolyte ceramics enclosed by the partition wall W, and preferably also the separating element T, directly contact the interior space IKA on the side SA/MK via the surface OA/MK.
  • the partition wall W in the electrolysis cell E is arranged such that when the interior space IKA on the side SA/MK is completely filled with solution l_3, the solution L3 then contacts at least the alkali cation-conducting solid electrolyte ceramic FA enclosed by the partition wall W via the surface OA/MK, so that ions (eg alkali metal ions such as sodium, lithium, potassium) from the solution L4 can enter the AFK FA.
  • ions eg alkali metal ions such as sodium, lithium, potassium
  • the partition wall W comprises at least two AFKs FA, FB, at least one separating element T and optionally a frame element R
  • this means that the partition wall W is arranged in the electrolysis cell E such that when the interior space IKA on the side SA/MK is completely filled with solution L 3 , the solution L 3 then contacts at least the two alkali cation-conducting solid electrolyte ceramics FA and FB enclosed by the partition wall W and preferably also the separating element T via the surface OA/K such that ions (e.g. alkali metal ions such as sodium, lithium) from the solution L3 can enter the AFK FA and FB.
  • ions e.g. alkali metal ions such as sodium, lithium
  • the partition wall W is arranged in the electrolysis cell E in such a way that the alkali cation-conducting solid electrolyte ceramic F ⁇ enclosed by the partition wall W directly contacts the interior space IKM on the side SA/MK via the surface OA/MK.
  • the partition wall W comprises at least two AFKs FA, FB, at least one separating element T and optionally a frame element R
  • the electrolysis cell E comprises at least one central chamber M
  • the partition wall W is arranged in the electrolysis cell E such that the alkali cation-conducting solid electrolyte ceramics enclosed by the partition wall W, and preferably also the separating element T, directly contact the interior space IKM on the side SA/K via the surface OA/MK.
  • the partition wall W borders on the interior space IKM of the central chamber KM.
  • the partition wall W in the electrolysis cell E is arranged such that when the interior space IKM on the side SA/MK is completely filled with solution L3, the solution L3 then contacts at least the alkali cation-conducting solid electrolyte ceramic FA enclosed by the partition wall W via the surface OA/MK, so that ions (e.g. alkali metal ions such as sodium, lithium, potassium) from the solution L3 can enter the AFK FA.
  • ions e.g. alkali metal ions such as sodium, lithium, potassium
  • the partition W comprises at least two AFKs FA, FB, at least one separating element T and, if applicable, a frame element R
  • ions e.g. alkali metal ions such as sodium, lithium
  • Step (a) of the process according to the invention relates to the preparation of a solution Li of an alcoholate MAOR in ROH, where MA is an alkali metal cation and where R is an alkyl radical having 1 to 6 carbon atoms.
  • the process is carried out in an electrolysis cell E.
  • step (a1) a solution Lz comprising ROH, preferably comprising an alkali metal alcoholate MAOR and ROH, is passed through IKK.
  • the solution Lz is preferably free of water.
  • “free of water” means that the weight of the water in the solution Lz based on the weight of all alcohols ROH in the solution Lz (mass ratio) is ⁇ 1:10, more preferably e 1:20, even more preferably e 1:100, even more preferably e 0.5:100, even more preferably e 1:1000, even more preferably e 1:10000.
  • the mass fraction of MAOR in the solution Lz, based on the total solution Lz is in particular > 0 to 30 wt.%, preferably 0.1 to 20 wt.%, even more preferably 0.2 to 10 wt.%, even more preferably 0.5 to 5 wt.%, most preferably 0.7 to 2 wt.%, most preferably 1 wt.%.
  • the mass ratio of MAOR TO ROH is in particular in the range 1 : 1000 to 1 : 5, more preferably in the range 1 : 250 to 3 : 20, even more preferably in the range 1 : 120 to 1 : 8, even more preferably 1 : 100.
  • step (a2) a neutral or alkaline aqueous solution L3 of a salt S comprising MA as cation is passed through IKA.
  • the salt S is preferably a halide, sulfate, sulfite, nitrate, hydrogen carbonate or carbonate of MA, more preferably a halide.
  • Halides are fluorides, chlorides, bromides, iodides. The most preferred halide is chloride.
  • the pH of the aqueous solution L3 is > 7.0, preferably in the range 7 to 12, more preferably in the range 8 to 11, even more preferably 10 to 11, most preferably 10.5.
  • the mass fraction of the salt S in the solution L3 is preferably in the range > 0 to 20 wt.%, preferably 1 to 20 wt.%, more preferably 5 to 20 wt.%, even more preferably 10 to 20 wt.%, most preferably 20 wt.%, based on the entire solution L3 .
  • step (a3) a voltage is then applied between EA and EK.
  • the charge source is known to those skilled in the art and is typically a rectifier that converts alternating current into direct current and can generate certain voltages via voltage converters.
  • the area of the solid electrolyte which contacts the anolyte located in the interior IKA of the anode chamber KA is in particular 0.00001 to 10 m 2 , preferably 0.0001 to 2.5 m 2 , more preferably 0.0002 to 0.15 m 2 , even more preferably 2.83 cm 2 .
  • step (a3) of the method according to the invention is carried out when the interior space IKA of the anode chamber KA is at least partially loaded with L3 and the interior space IKK of the cathode chamber KK is at least partially loaded with L2, so that both L3 and L2 contact the AFKs enclosed by the partition wall W and in particular also contact the separating element T, if the partition wall W comprises such a element.
  • step (a3) a charge transport between EA and EK takes place implies that IKK and IKA are simultaneously charged with L 2 and L 3 respectively such that they cover the electrodes E K and E ⁇ to such an extent that the current circuit is closed.
  • step (a1) and step (ct2) are carried out continuously and voltage is applied according to step (a3).
  • the solution Li is obtained at the outlet AKK, wherein the concentration of MAOR in Li is higher than in L2.
  • the concentration of MAOR in Li is preferably 1.01 to 200.2 times, more preferably 5.04 to 100.8 times, even more preferably 10.077 to 50.4 times, even more preferably 18.077 to 20.08 times higher than in L2, most preferably 20.00 times higher than in L2, wherein even more preferably the mass fraction of MAOR in Li and in L2 is in the range 0.1 to 50 wt.%, even more preferably 1 to 20 wt.%.
  • the concentration of the cation MA in the aqueous solution L3 is preferably in the range 0.5 to 5 mol/l, more preferably 1 mol/l.
  • the concentration of the cation MA in the aqueous solution L4 is preferably 0.5 mol/l lower than that of the aqueous solution L3 used in each case.
  • steps (a1) to (a3) of the process according to the invention are carried out at a temperature of 20 °C to 110 °C, preferably 50 °C to 105 °C, more preferably 80 °C to 99 °C, even more preferably 90 °C to 95 °C and a pressure of 0.5 bar to 1.5 bar, preferably 0.9 bar to 1.1 bar, more preferably 1.0 bar.
  • hydrogen is typically produced in IKK, which can be removed from the cell together with the solution Li via the outlet AKK.
  • the mixture of hydrogen and solution Li can then be separated in a special embodiment of the present invention using methods known to those skilled in the art.
  • the alkali metal compound used is a halide, in particular chloride
  • chlorine or another halogen gas can be produced, which can be removed from the cell together with the solution L4 via the outlet AKK.
  • oxygen and/or carbon dioxide can also be produced, which can also be removed.
  • the mixture of chlorine, oxygen and/or CO2 and solution L4 can then be separated in a special embodiment of the present invention using methods known to those skilled in the art.
  • the gases chlorine, oxygen and/or CO2 have been separated from the solution L4, these can then be separated from one another using methods known to those skilled in the art.
  • the electrolysis cell E comprises at least one central chamber KM
  • the simultaneous steps (ß1), (ß2), (ß3) are carried out.
  • the electrolysis cell E comprises at least one central chamber K, and then the simultaneously occurring steps (ß1), (ß2), (ß3) are carried out.
  • step (ß1) a solution L2 comprising ROH, preferably comprising an alkali metal alcoholate MAOR and ROH, is passed through IKK.
  • the solution L2 is preferably free of water.
  • “free of water” means that the weight of the water in the solution L2 based on the weight of all alcohols ROH in the solution L2 (mass ratio) is 1:10, more preferably 1:20, even more preferably ⁇ 1:100, even more preferably 0.5:100.
  • the mass fraction of MAOR in the solution L2, based on the total solution L2, is in particular > 0 to 30 wt.%, preferably 0.1 to 20 wt.%, even more preferably 0.2 to 10 wt.%, even more preferably 0.5 to 5 wt.%, most preferably 0.7 to 2 wt.%, most preferably 1 wt.%.
  • the mass ratio of MAOR TO ROH in the solution L2 is in particular in the range 1:1000 to 1:5, more preferably in the range 1:250 to 3:20, even more preferably in the range 1:120 to 1:8, even more preferably 1:100. 1 .2.2.2 Step
  • step (ß2) a neutral or alkaline aqueous solution L3 of a salt S comprising MA as cation is passed through IKM, then over VAM, then through IKA.
  • the salt S is preferably a halide, sulfate, sulfite, nitrate, hydrogen carbonate or carbonate of MA, more preferably a halide.
  • Halides are fluorides, chlorides, bromides, iodides. The most preferred halide is chloride.
  • the pH of the aqueous solution L3 is > 7.0, preferably in the range 7 to 12, more preferably in the range 8 to 11, even more preferably 10 to 11, most preferably 10.5.
  • the mass fraction of salt S in the solution L3 is preferably in the range > 0 to
  • step (ß3) a voltage is then applied between EA and EK.
  • the charge source is known to those skilled in the art and is typically a rectifier that converts alternating current into direct current and can generate certain voltages via voltage converters.
  • This can be determined by a person skilled in the art in a standard manner.
  • the area of the solid electrolyte which contacts the anolyte located in the middle chamber KM is in particular 0.00001 to 10 m 2 , preferably 0.0001 to 2.5 m 2 , more preferably 0.0002 to 0.15 m 2 , even more preferably 2.83 cm 2 .
  • step (ß3) of the method according to the invention is carried out when the interior spaces IKA and IKM of both chambers M and KA are at least partially loaded with L3 and the interior space IKK is at least partially loaded with L2, so that both L3 and L2 contact the solid electrolytes enclosed by the partition wall and in particular also contact the separating element T, if the partition wall W comprises such a element.
  • step (ß3) a charge transport between E ⁇ and E K takes place implies that IKK, IKM and IKA are simultaneously charged with L 2 and L 3 respectively such that they cover the electrodes E K and E ⁇ respectively to such an extent that the current circuit is closed.
  • step (ß1) and step (ß2) are carried out continuously and voltage is applied according to step (ß3).
  • the Li solution is obtained at the outlet AKK, wherein the concentration of AOR in Li is higher than in L2.
  • the concentration of AOR in Li is preferably 1.01 to 200.2 times, more preferably 5.04 to 100.80 times, even more preferably 10.077 to 50.40 times, even more preferably 18.077 to 20.08 times higher than in L2, most preferably 20.00 times higher than in L2, wherein even more preferably the mass fraction of MAOR in Li and in L2 is in the range 0.1 to 50 wt.%, even more preferably 1 to 20 wt.%.
  • the concentration of the cation MA in the aqueous solution L3 is preferably in the range 0.5 to 5 mol/l, more preferably 1 mol/l.
  • the concentration of the cation MA in the aqueous solution L4 is preferably 0.5 mol/l lower than that of the aqueous solution L3 used in each case.
  • steps (ß1) to (ß3) of the process according to the invention are carried out at a temperature of 20 °C to 110 °C, preferably 50 °C to 105 °C, more preferably 80 °C to 99 °C, even more preferably 90 °C to 95 °C and a pressure of 0.5 bar to 1.5 bar, preferably 0.9 bar to 1.1 bar, more preferably 1.0 bar.
  • hydrogen is typically produced in the cathode chamber IKK, which can be removed from the cell together with the solution L4 via the outlet AKK.
  • the mixture of hydrogen and solution L4 can then be separated in a special embodiment of the present invention using methods known to those skilled in the art.
  • the alkali metal compound used is a halide, in particular chloride, chlorine or another halogen gas can be produced, which can be removed from the cell together with the solution L4 via the outlet AKK.
  • oxygen and/or carbon dioxide can also be produced, which can also be removed.
  • the mixture of chlorine, oxygen and/or CO2 and solution L4 can then be separated in a special embodiment of the present invention using methods known to those skilled in the art.
  • the gases chlorine, oxygen and/or CO2 after the gases chlorine, oxygen and/or CO2 have been separated from the solution L4, they can then be separated from one another using methods known to those skilled in the art.
  • steps (ß1) to (ß3) of the process according to the invention brings further surprising advantages.
  • steps (ß1) to (ß3) of the process according to the invention the acid-labile solid electrolyte is protected from corrosion without having to sacrifice alcoholate solution from the cathode compartment as a buffer solution, as in the prior art.
  • the process according to the invention is therefore more efficient than the procedure described in WO 2008/076327 A1, in which the product solution is used for the middle chamber, which reduces the overall conversion.
  • ROH in an optional step (a*) ROH can be at least partially removed from Li ⁇ 21>, whereby either a solution Li* comprising MAO and ROH, wherein Li* has a reduced mass fraction of ROH compared to Li ⁇ 21>, is obtained or MAOR is obtained as a solid F*.
  • the at least partial removal of ROH from Li ⁇ 21> in the optional step (a*) can be carried out according to methods known to those skilled in the art, e.g. by means of distillation apparatuses known to those skilled in the art.
  • ROH is essentially completely removed from Li ⁇ 21>, this can be done, for example, in distillation apparatus known to those skilled in the art. MAOR is then obtained as a solid F*.
  • step (b) of the process (b) according to the invention PET is reacted in a mixture comprising glycol and at least a portion of the MAOR comprised by Li ⁇ 21> or, if step (a*) is carried out, at least a portion of the MAOR comprised by F* or at least a portion of the MAOR comprised by Li* to form bis-(2-hydroxyethyl) terephthalate BHET.
  • step (b) the conversion of PET in a mixture comprising glycol and at least a portion of the MAOR comprised of Li ⁇ 21> TO BHET takes place.
  • step (b) in which step (a*) is carried out, in step (b) the conversion of PET in a mixture comprising glycol and at least a portion of the MAOR comprised by F* TO BHET takes place, or in step (b) the conversion of PET in a mixture comprising glycol and at least a portion of the MAOR comprised by Li* to BHET takes place.
  • PET that needs to be depolymerized
  • any PET that needs to be depolymerized can be used as the PET used in step (b) of the process according to the invention.
  • PET arises as waste, especially in households, in industry, in the health sector (e.g. hospitals, doctor's offices) or in agriculture.
  • the PET to be depolymerized is present in a mixture with other plastics, in particular at least one plastic selected from polyethylene (“PE”), polyvinyl chloride (“PVC”). This is typically the case when PET is to be depolymerized from plastic waste in the method according to the invention.
  • the PET is at least partially separated from the other plastics, preferably by sorting, before it is subjected to step (b) of the method according to the invention.
  • the PET is subjected to at least one pretreatment step.
  • the PET is subjected to at least one pretreatment step selected from chemical pretreatment step, comminution step before it is used in step (b).
  • the PET is preferably subjected to at least one pretreatment step selected from at least partial separation from other plastics, preferably by sorting, chemical pretreatment step, comminution step, before it is used in step (b).
  • the PET is mixed with other plastics
  • the chemical pretreatment step is in particular a washing step.
  • a washing step has the advantage that any impurities, in particular food residues, residues of cosmetics and/or body secretions (e.g. blood, sperm, faeces), are removed before step (b) is carried out.
  • impurities could reduce the efficiency of the reaction in step (b) and/or impair the purity of the BHET obtained thereby.
  • the waste is heated in particular in a washing solution at a temperature in the range of 30 °C to 99 °C, preferably in the range of 50 °C to 90 °C, even more preferably in the range of 70 °C to 85 °C.
  • washing solutions are familiar to the person skilled in the art and are preferably selected from: aqueous solution of a surfactant, preferably a non-ionic surfactant; aqueous solution of an alkali metal hydroxide or alkaline earth metal hydroxide, preferably aqueous NaOH.
  • the treatment time of the chemical pretreatment step, in particular the washing step is in particular in the range of 1 min to 12 h, preferably in the range of 10 min to 6 h, more preferably in the range of 30 min to 2 h, even more preferably in the range of 45 to 90 min, most preferably 60 min.
  • the aqueous solution is separated, e.g. by filtration, and the cleaned PET is preferably washed at least once with water to remove residues of the washing solution.
  • the PET waste thus obtained is then dried, in particular in a drying cabinet.
  • the temperature used for drying is in particular in the range from 30 to 120 °C, preferably in the range from 50 °C to 100 °C, more preferably in the range from 60 °C to 90 °C, most preferably 80 °C.
  • the comminution step has the advantage that the surface area of the PET available for the reaction in step (b) is increased. This increases the reaction rate of the conversion in step (b).
  • the comminution can be carried out in equipment known to those skilled in the art, for example a shredder or a cutting mill.
  • the PET is decolorized or deliberately colored before it is subjected to step (b). This can be carried out using methods known to those skilled in the art, e.g. decolorization with hydrogen peroxide or coloring with a dye.
  • step (b) of the process according to the invention PET is reacted in a mixture comprising glycol and at least a portion of the MAOR comprised of Li ⁇ 21> or, if step (a*) is carried out, at least a portion of the MAOR comprised of F* or at least a portion of the MAOR comprised of Li* TO BHET.
  • PET is converted to BHET in a mixture comprising glycol and at least a portion of the MAOR comprised of Li ⁇ 21> or, if step (a*) is carried out, at least a portion of the MAOR comprised of F* or at least a portion of the MAOR comprised of Li*" means that step (b) is carried out in a mixture comprising PET, glycol and at least a portion of the MAOR obtained in step (a) or step (a*) if this step (a*) is carried out.
  • the mechanism of PET cleavage to BHET initially involves the nucleophilic attack of the alkoxide anion RO" on the ester bond and cleavage of the polymer PET, which forms the intermediate ester of the terephthalic acid unit with the alcohol ROH, followed by the transesterification of this ester with glycol.
  • This is shown schematically below using an ester bond of PET:
  • step (a) in the form of the solution Li or, if step (a*) is carried out, the MAOR obtained in step (a*) in the form of the solution Li* or in the form of the solid F*” is abbreviated according to the invention as “the MAOR obtained in step (a) or step (a*)”.
  • Step (b) of the process according to the invention can be carried out in any manner familiar to the person skilled in the art.
  • the components PET, glycol, the MAOR obtained in step (a) or step (a*) are mixed in any order and the reaction conditions are adjusted, whereby PET is cleaved to BHET according to step (b).
  • step (b) PET is mixed with glycol and at least part of the MAOR obtained in step (a) or step (a*) to form a mixture Mi comprising PET, glycol and MAOR, and PET in the mixture Mi is at least partially reacted with glycol and MAOR to form bis(2-hydroxyethyl) terephthalate BHET.
  • a mixture M2 is obtained which contains BHET and which in particular additionally comprises glycol, MAOR and optionally unreacted PET and optionally MHET and optionally TS.
  • step (b) one or two of the three components selected from PET, glycol, the MAOR obtained in step (a) or step (a*) are initially introduced, the reaction conditions are set therein, and finally the remaining component(s) are added.
  • the mixture Mi is obtained in which, since the reaction conditions have already been set, PET is then immediately cleaved to BHET according to step (b), and at the end of step (b) the mixture M2 is obtained, which contains BHET and which in particular additionally comprises glycol, MAOR and optionally unreacted PET as well as optionally MHET and optionally TS.
  • step (b) which is carried out in particular in a continuous process, at least one, preferably two, preferably all three of the components selected from PET, glycol, the MAOR obtained in step (a) or step (a*) are fed to a mixture Mi which comprises PET, glycol, the MAOR obtained in step (a) or step (a*) and BHET, i.e. in this mixture Mi the conversion of PET according to step (b) to BHET takes place during the addition of at least one of the three components PET, glycol, the MAOR obtained in step (a) or step (a*).
  • a mixture M 2 is obtained which contains BHET and which in particular additionally comprises glycol, MAOR and optionally unreacted PET as well as optionally MHET and optionally TS.
  • the reaction in step (b) is carried out in particular at a temperature of at least 100 °C, preferably at a temperature in the range from 100 °C to 197 °C, more preferably at a temperature in the range from 130 °C to 197 °C, more preferably at a temperature in the range from 150 °C to 197 °C, more preferably at a temperature in the range from 175 °C to 197 °C.
  • the reaction in step (b) is preferably carried out at the boiling point of the glycol. Even more preferably, glycol is refluxed, i.e. glycol is evaporated from the reaction, condensed and then returned to the reaction. This refluxing can be set using means familiar to the person skilled in the art, for example in a distillation apparatus.
  • This embodiment is particularly advantageous when MAOR is added to the mixture in step (b) as a solution in ROH, i.e. in particular in the form of Li or Li*, since the excess alcohol ROH, which has a lower boiling point than glycol, then evaporates from the mixture. This further reduces the occurrence of by-products.
  • HTS is the molar amount of TS formed from the beginning of step (b) to time tb in step (b).
  • niviHET is the molar amount of MHET formed from the beginning of step (b) to time t& in step (b).
  • nBHET is the molar amount of BHET formed from the beginning of step (b) to time tb in step (b).
  • MHET also includes the corresponding carboxylate of the structure shown.
  • TS also includes the corresponding mono- and dicarboxylate of the structure shown.
  • the total weight of the MAOR used in step (b) of the process according to the invention is in particular in the range from 0.1 to 100 wt.%, preferably in the range from 0.5 to 80 wt.%, more preferably in the range from 1.0 to 50 wt.%, more preferably in the range from 1.5 to 25 wt.%, more preferably in the range from 2.0 to 10 wt.%, more preferably in the range from 2.5 to 6.0 wt.%, particularly preferably 3.5 to 5.0 wt.%, most preferably 3.9 wt.%.
  • the ratio of the weight [in kg] of the glycol used in step (b) of the process according to the invention, based on the weight [in kg] of the PET used in step (b) of the process according to the invention, is in particular in the range from 1 : 1 to 100 : 1, preferably in the range from 2 : 1 to 50 : 1, more preferably in the range from 3 : 1 to 40 : 1, more preferably in the range from 4:1 to 30:1, more preferably in the range of 5:1 to 20:1, more preferably in the range of 6:1 to 10:1, particularly preferably 7:1 to 9:1, most preferably 8:1.
  • step (b) can be carried out using equipment familiar to the specialist.
  • the molar ratio q of the amount of BHET (HBHET) to the sum of the amounts of MHET and TS (HMHET + HTS) in the mixture obtained after step (b) is preferably in the range 1:1 to 1000:1, preferably 2:1 to 500:1, more preferably 4:1 to 300:1, even more preferably 10:1 to 100:1, even more preferably 11:1 to 60:1, even more preferably 13:1 to 24:1.
  • q nBHEi/ (nwiHET + nis)
  • step (c) BHET is at least partially separated from the mixture obtained after completion of step (b), in particular from the mixture M2. This is even more preferably carried out by crystallization and/or distillation. Even more preferably, BHET is filtered off in step (c) from the mixture obtained after completion of step (b) and then crystallized out.
  • the BHET obtained in the mixture Mi in the process according to the invention is preferably polymerized to PET in a process for recycling polyethylene terephthalate in one step (Q).
  • BHET is polymerized back to PET in step (Q) in the presence of catalysts, which are in particular catalysts selected from the group consisting of antimony compounds, preferably Sb20s.
  • the polymerization of BHET to PET in step (Q) is carried out at least at the boiling temperature of the glycol.
  • glycol is removed from the reaction mixture during the polymerization in step ( in order to shift the reaction equilibrium to the side of the polymer PET.
  • the polymerization of BHET to PET in step (Q) is carried out at the boiling temperature of the glycol. Even more preferably, glycol is then removed from the reaction mixture during the polymerization in step (Q) in order to shift the reaction equilibrium to the side of the polymer PET.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Depolymerisierung von Polyethylenterephthalat (= „PET"), in welchem PET in einer Mischung mit Glykol und elektrolytisch hergestelltem Alkalimetalkoholat, insbesondere Lithium-, Natrium- oder Kaliumalkoholat, zu Bis-(2-hydroxyethyl)-terephthalat (= „BHET") umgesetzt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Anteil von BHET unter den Spaltprodukten, bezogen auf den Anteil der unerwünschten Spaltprodukte Mono-(2-hydroxyethyl)-terephthalat (= „MHET") und Terephthalat (= „TS"), besonders hoch ist. Dadurch liefert das erfindungsgemäße Verfahren eine hohe Ausbeute an BHET, welches direkt für die erneute PET-Herstellung eingesetzt werden kann. Die vorliegende Erfindung betrifft somit auch ein Verfahren zum Recycling von PET, in dem das im Verfahren zur Depolymerisierung von PET erhaltene BHET, gegebenenfalls nach weiterer Reinigung, wieder zu PET polymerisiert wird.

Description

Verbessertes Verfahren zur Depolymerisierung von Polyethylenterephthalat
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Depolymerisierung von Polyethylenterephthalat (= „PET“), in welchem PET in einer Mischung mit Glykol und elektrolytisch hergestelltem Alkalimetalkoholat, insbesondere Lithium-, Natrium- oder Kaliumalkoholat, zu Bis-(2-hydroxyethyl)- terephthalat (= „BHET“) umgesetzt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Anteil von BHET unter den Spaltprodukten, bezogen auf den Anteil der unerwünschten Spaltprodukte Mono-(2-hydroxyethyl)- terephthalat (= „MHET“) und Terephthalat (= „TS“), besonders hoch ist. Dadurch liefert das erfindungsgemäße Verfahren eine hohe Ausbeute an BHET, welches direkt für die erneute PET-Herstellung eingesetzt werden kann.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit auch ein Verfahren zum Recycling von PET, in dem das im Verfahren zur Depolymerisierung von PET erhaltene BHET, gegebenenfalls nach weiterer Reinigung, wieder zu PET polymerisiert wird.
Hintergrund der Erfindung
Polyethylenterephthalat (= „PET“) ist einer der bedeutendsten Kunststoffe, der in Textilfasern, als Folien und als Material für Kunststoffflaschen verwendet wird. Allein 2007 lag die in Kunststoffflaschen verwendete Menge bei ~ 1071 (W. Caseri, Polyethylenterephthalate, RD-16- 03258 (2009) in F. Böckler, B. Dill, G. Eisenbrand, F. Faupel, B. Fugmann, T. Gämse, R. Matissek, G. Pohnert, A. Rühling, S. Schmidt, G. Sprenger, RÖMPP [Online], Stuttgart, Georg Thieme Verlag, Januar 2022).
Aufgrund seiner Haltbarkeit und die auf PET zurückzuführenden Müllmengen stellt es eine der größten ökologischen Herausforderungen der Gegenwart dar. Die Lösung dieses Problems liegt in der Vermeidung und in der effizienten Wiederverwertung von PET.
Im Stand der Technik werden mehrere Verfahren zur Spaltung von PET vorgeschlagen.
GB 784,248 A beschreibt die Methanolyse von PET.
Hydrolytische Verfahren zur Depolymerisierung von PET beschreiben JP 2000-309663 A, US 4,355,175 A und T. Yoshioka, N. Okayama, A. Okuwaki, Ind. Eng. Chem. Res. 1998, 37, 336 - 340.
Die Umsetzung von PET mit Glykol wird in der EP 0723951 A1 , der US 3,222,299 A, der
WO 2020/002999 A2, von S.R. Shukla, A.M. Harad, Journal of Applied Polymer Science 2005, 97, 513 - 517 (im Folgenden „Shukla & Harad“) und von N.D. Pingale, S.R. Shukla, European Polymer Journal 2008,44, 4151 - 4156 beschrieben. Shukla & Harad beschreiben, dass bei der PET-Glykolyse Bis-(2-hydroxyethyl)-terephthalat (= „BHET“) entsteht. Dieses Spaltprodukt kann gleichzeitig als Edukt zur Herstellung neuen PETs eingesetzt werden. Demgegenüber sind bestimmte Nebenprodukte wie der Monoester Mono-(2-hydroxyethyl)-terephthalat (= „MHET“) oder die freie Terephthalsäure bzw. das entsprechende Carboxylat, Terephthalat, (= „TS“) nachteilig, da diese nicht direkt als Edukte zur Herstellung neuen PETs eingesetzt werden können.
Es besteht demnach ein Interesse an Verfahren zur Depolymerisierung von PET, bei dem ein möglichst hoher Anteil an BHET unter den Spaltprodukten erhalten wird, während der Anteil an unerwünschten Nebenprodukten wie MHET und TS möglichst gering sein soll.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, ein solches Verfahren zur Verfügung zu stellen.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Es wurde nun überraschend ein Verfahren gefunden, das die erfindungsgemäße Aufgabe löst.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Depolymerisierung von Polyethylenterephthalat PET, umfassend die folgenden Schritte:
(a) Herstellung einer Lösung Li <21 > eines Alkoholats MAOR im Alkohol ROH, wobei MA ein Alkalimetallkation ist, insbesondere ausgewählt aus Lithium, Kalium, Natrium ist, bevorzugt ausgewählt aus Kalium, Natrium ist, und am bevorzugtesten Natrium ist, und wobei R ein Alkylrest mit 1 bis 6, bevorzugt 1 bis 5, bevorzugter 1 bis 4, noch bevorzugter 1 bis 3 Kohlenstoffatomen ist, und noch bevorzugter R = Methyl oder Ethyl, am bevorzugtesten R = Methyl ist, in einer Elektrolysezelle E <1>, umfassend mindestens eine Anodenkammer KA <11> mit mindestens einem Zulauf ZKA <110>, mindestens einem Ablauf AKA <111> und einem Innenraum IKA <112>, der eine anodische Elektrode EA <113> umfasst, mindestens eine Kathodenkammer K <12> mit mindestens einem Zulauf ZKK <120>, mindestens einem Ablauf AKK <121 > und einem Innenraum IKK <122>, der eine kathodische Elektrode EK <123> umfasst, und gegebenenfalls mindestens eine dazwischen liegende Mittelkammer KM <13> mit mindestens einem Zulauf ZKM <130>, mindestens einem Ablauf AKM <131 > und einem Innenraum IK <132>, wobei dann IKA <112> und IKM <132> durch eine Diffusionsbarriere D <14> voneinander abgetrennt sind, und AKM <131 > durch eine Verbindung VAM <15> mit dem Zulauf ZKA <110> verbunden ist, so dass durch die Verbindung VAM <15> Flüssigkeit aus IKM <132> in IKA <112> geleitet werden kann, wobei in den Fällen, in denen die Elektrolysezelle E <1> keine Mittelkammer KM <13> umfasst, IKA <112> und IKK <122> durch eine Trennwand W <16> voneinander abgetrennt sind, in den Fällen, in denen die Elektrolysezelle E <1> mindestens eine Mittelkammer KM <13> umfasst, IKK <122> und IKM <132> durch eine Trennwand W <16> voneinander abgetrennt sind, wobei die Trennwand W <16> eine Seite SKK <161 > mit der Oberfläche OKK <163> und eine der Seite SKK <161 > gegenüberliegende Seite SA/ K <162> mit der Oberfläche OA/ K <164> aufweist, wobei die Trennwand W <16> mindestens eine alkalikationenleitende Festelektrolytkeramik FA <18> dergestalt umfasst, dass die von der Trennwand W <16> umfasste alkalikationenleitende Festelektrolytkeramik FA <18> den Innenraum IKK <122> auf der Seite SKK <161 > über die Oberfläche OKK <163> direkt kontaktiert, und wobei in den Fällen, in denen die Elektrolysezelle E <1> keine Mittelkammer KM <13> umfasst, die von der Trennwand <16> umfasste alkalikationenleitende Festelektrolytkeramik FA <18> den Innenraum IKA <112> auf der Seite SA/MK <162> über die Oberfläche OA/ K <164> direkt kontaktiert, in den Fällen, in denen die Elektrolysezelle E <1> mindestens eine Mittelkammer KM <13> umfasst, die von der Trennwand W <16> umfasste alkalikationenleitende Festelektrolytkeramik FA <18> den Innenraum IKM <132> auf der Seite SA/MK <162> über die Oberfläche OA/MK <164> direkt kontaktiert,
(a) wobei in der Elektrolysezelle E <1>, wenn diese keine Mittelkammer KM <13> umfasst, die folgenden, gleichzeitig ablaufenden Schritte (a1), (a2), (a3) durchgeführt werden:
(a1) eine Lösung L2 <22> umfassend ROH wird durch IKK <122> geleitet, (a2) eine neutrale oder alkalische, wässrige Lösung L3 <23> eines Salzes S umfassend MA als Kation wird durch IKA <112> geleitet,
(a3) zwischen EA <113> und EK <123> wird Spannung angelegt, oder
(ß) wobei in der Elektrolysezelle E <1>, wenn diese mindestens eine Mittelkammer KM <13> umfasst, die folgenden, gleichzeitig ablaufenden Schritte (ß1 ), (ß2), (ß3) durchgeführt werden:
(ß1) eine Lösung L2 <22> umfassend ROH wird durch IKK <122> geleitet,
(ß2) eine neutrale oder alkalische, wässrige Lösung L3 <23> eines Salzes S umfassend MA als Kation wird durch IKM <132>, dann über VAM <15>, dann durch IKA <112> geleitet,
(ß3) zwischen EA <113> und EK <123> wird Spannung angelegt, wodurch am Ablauf AKK <121 > die Lösung Li <21> erhalten wird, wobei die Konzentration von MAOR in Li <21 > höher ist als in L2 <22>, und wodurch am Ablauf AKA <111 > eine wässrige Lösung L4 <24> von S erhalten wird, wobei die Konzentration von S in L4 <24> geringer ist als in L3 <23>;
(a*) gegebenenfalls mindestens teilweise Entfernung von ROH aus Li <21 >, so dass MAOR als Feststoff F* oder als Lösung Li* umfassend MAOR und ROH, wobei Li* einen gegenüber Li verringerten Massenanteil an ROH aufweist, erhalten wird,
(b) Umsetzung von PET in einer Mischung umfassend Glykol und mindestens einen Teil des von Li <21 > umfassten MAOR oder, falls Schritt (a*) durchgeführt wird, mindestens einem Teil des von F* umfassten MAOR oder mindestens einem Teil des von L-i* umfassten MAOR ZU Bis-(2-hydroxyethyl)-terephthalat BH ET.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Recycling von PET, in welchem in einem Schritt (Q das im erfindungsgemäßen Verfahren zur Depolymerisierung erhaltene BHET zu PET polymerisiert wird.
Es wurde überraschend gefunden, dass bei Umsetzung des PETs in Glykol mit durch Elektrolyse erhaltenem MAOR ein, auf BHET bezogen, geringerer Anteil an unerwünschten Nebenprodukten MHET und TS erhalten wird als in herkömmlichen Verfahren. Abbildungen
Abbildungen 1 A und 1 B
Abbildung 1 A (= „Fig. 1 A“) zeigt das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Natriummethylatlösung Li <21 > in einer Elektrolysezelle E <1>. Diese umfasst eine Kathodenkammer KK <12> und eine Anodenkammer KA <11 >.
Die Kathodenkammer KK <12> umfasst eine kathodische Elektrode EK <123> im Innenraum IKK <122>, einen Zulauf ZKK <120> und einen Ablauf A <121>.
Die Anodenkammer KA <11 > umfasst eine anodische Elektrode EA <113> im Innenraum IKA <112>, einen Zulauf ZKA <110> und einen Ablauf AKA <111>.
Die beiden Kammern KA <11> und KK <12> werden von einer Außenwand WA <80> der Zweikammerzelle E <1> begrenzt. Der Innenraum I <122> ist außerdem durch eine Trennwand < 16>, die aus einer Scheibe einer für Natriumionen selektiv permeablen NaSICON-Festelektrolytkeramik FA <18> besteht, vom Innenraum IKA <1 12> abgetrennt. Die NaSICON-Festelektrolytkeramik FA <18> erstreckt sich über die gesamte Tiefe und Höhe der Zweikammerzelle E <1>. Die Trennwand weist zwei Seiten SKK <161 > und SA/MK <162> auf, deren Oberflächen OKK <163> und OA/MK <164> den jeweiligen Innenraum IKK <122> bzw. IKA <112> kontaktieren.
Eine wässrige Lösung von Natriumchlorid L3 <23> mit pH 10.5 wird über den Zulauf ZKA <110> entgegen der Schwerkraft in den Innenraum IKA <112> gegeben.
Über den Zulauf ZKK < 120> wird eine Lösung von 1 Gew.-% Natriummethylat in Methanol L2 <22> in den Innenraum IKK <122> geleitet.
Es wird dabei eine Spannung zwischen der kathodischen Elektrode EK <123> und der anodischen Elektrode EA <113> angelegt. Dadurch wird im Innenraum IKK <122> Methanol im Elektrolyten L2 <22> zu Methylat und H2 reduziert (HOCHa + e_ — » CHsO’ + 14 H2). Natriumionen diffundieren dabei vom Innenraum IKA <112> durch die NaSICON-Festelektrolytkeramik FA <18> in den Innenraum IKK <122>. Insgesamt erhöht sich dadurch die Konzentration von Natriummethylat im Innenraum IKK <122>, wodurch am Ablauf AKK <121 > eine methanolische Lösung von Natriummethylat Li <21 > erhalten wird, deren Konzentration an Natriummethylat gegenüber L2 <22> erhöht ist und bei ~ 20 Gew.-% Na-Methylat in Methanol liegt.
Im Innenraum IKA <112> findet die Oxidation von Chloridionen zu molekularem Chlor statt (CI’ —> 14 CI2 + e_). Am Ablauf AKA <111 > wird eine wässrige Lösung L4 <24> erhalten, in der der Gehalt an NaCI gegenüber L3 <23> verringert ist. Chlorgas CI2 bildet in Wasser gemäß der Reaktion CI2 + H2O —> HOCI + HCl hypochlorige Säure und Salzsäure, welche mit weiteren Wassermolekülen sauer reagieren. Die Acidität schädigt die NaSICON-Festelektrolytkeramik FA <18>.
Abbildung 1 B (= „Fig. 1 B“) zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand einer Elektrolysezelle E <1>, die eine Mittelkammer KM <13> umfasst. Diese Dreikammerzelle E <1> umfasst demnach eine Kathodenkammer K <12>, eine Anodenkammer A <11 > und eine dazwischen liegende Mittelkammer KM <13>.
Die Kathodenkammer KK <12> umfasst eine kathodische Elektrode EK <123> im Innenraum IKK <122>, einen Zulauf ZKK <120> und einen Ablauf A <121>.
Die Anodenkammer KA <11 > umfasst eine anodische Elektrode EA <113> im Innenraum IKA <112>, einen Zulauf ZKA <110> und einen Ablauf AKA <111>.
Die Mittelkammer K <13> umfasst einen Innenraum I M <132>, einen Zulauf Z M <130> und einen Ablauf AK <131 >.
Der Innenraum IKA <112> ist mit dem Innenraum I M <132> über die Verbindung VAM <15> verbunden.
Die drei Kammern werden von einer Außenwand WA <80> der Dreikammerzelle E <1> begrenzt. Der Innenraum IK <132> der Mittelkammer KM <13> ist außerdem durch eine Trennwand W <16>, die aus einer Scheibe einer für Natriumionen selektiv permeablen NaSICON-Festelektrolytkeramik FA <18> besteht, vom Innenraum IKK <122> der Kathodenkammer KK <12> abgetrennt. Die NaSICON-Festelektrolytkeramik FA <18> erstreckt sich über die gesamte Tiefe und Höhe der Dreikammerzelle E <1>. Die Trennwand weist zwei Seiten SKK <161 > und SA/ K <162> auf, deren Oberflächen OKK <163> und OA/MK <164> den jeweiligen Innenraum IKK <122> bzw. IKM <132> kontaktieren.
Der Innenraum IK <132> der Mittelkammer KM <13> ist zusätzlich wiederum durch eine Diffusionsbarriere D <14> vom Innenraum IKA <112> der Anodenkammer KA <11> abgetrennt. Die NaSICON-Festelektrolytkeramik FA <18> und die Diffusionsbarriere D <14> erstrecken sich über die gesamte Tiefe und Höhe der Dreikammerzelle E <1>. Die Diffusionsbarriere D <14> ist eine Kationenaustauschermembran (sulfoniertes PTFE).
In der Ausführungsform gemäß Abbildung 1 B wird die Verbindung VAM <15> außerhalb der Elektrolysezelle E <1 > ausgebildet, insbesondere durch ein Rohr oder Schlauch, dessen Material aus Gummi, Metall oder Kunststoff ausgewählt sein kann. Durch die Verbindung VAM <15> kann Flüssigkeit aus dem Innenraum IKM <132> der Mittelkammer KM <13> in den Innenraum IKA <112> der Anodenkammer KA <11> außerhalb der Außenwand WA <80> der Dreikammerzelle E <1> geleitet werden. Die Verbindung VAM <15> verbindet den Ablauf AKM <131 >, der am Boden der Mittelkammer K <13> die Außenwand WA <80> der Elektrolysezelle E <1> durchbricht, mit dem Zulauf ZKA <110>, der am Boden der Anodenkammer KA <11> die Außenwand WA <80> der Elektrolysezelle E <1 > durchbricht. Eine wässrige Lösung von Natriumchlorid L3 <23> mit pH 10.5 wird über den Zulauf ZKM <130> gleichgerichtet mit der Schwerkraft in den Innenraum IKM <132> der Mittelkammer KM <13> gegeben. Durch die Verbindung VAM <15> ist der Innenraum IKM <132> der Mittelkammer M <13> mit dem Innenraum IKA <1 12> der Anodenkammer KA <1 1 > verbunden. Natriumchloridlösung L3 <23> wird durch diese Verbindung VAM <15> vom Innenraum IKM <132> in den Innenraum IKM <112> geleitet.
Über den Zulauf ZKK < 120> wird eine Lösung von ~ 1 Gew.-% Natriummethylat in Methanol L2 <22> in den Innenraum IKK <122> geleitet.
Es wird dabei eine Spannung zwischen der kathodischen Elektrode EK <123> und der anodischen Elektrode EA <113> angelegt. Dadurch wird im Innenraum IKK <122> Methanol im Elektrolyten L2 <22> zu Methanolat und H2 reduziert (CH3OH + e’ — > CHsO" + 1 H2). Natriumionen diffundieren dabei vom Innenraum IKM <132> der Mittelkammer KM <103> durch die NaSICON-Festelektrolytkeramik FA <18> in den Innenraum IKK <122>. Insgesamt erhöht sich dadurch die Konzentration von Natriummethylat im Innenraum IKK <122>, wodurch am Ablauf AKK <121 > eine methanolische Lösung von Natriummethylat Li <21 > erhalten wird, deren Konzentration an Natriummethylat gegenüber L2 <22> auf ~ 20 Gew.-% Natriummethylat in Methanol erhöht ist.
Im Innenraum IKA <112> findet die Oxidation von Chloridionen zu molekularem Chlor statt (CI’ — > 14 CI2 + e_). Am Ablauf AKA <111 > wird eine wässrige Lösung L4 <24> erhalten, in der der Gehalt an NaCI gegenüber L3 <23> verringert ist. Chlorgas CI2 bildet in Wasser gemäß der Reaktion CI2 + H2O — > HOCI + HCl hypochlorige Säure und Salzsäure, welche mit weiteren Wassermolekülen sauer reagieren. Die Acidität würde die NaSICON-Festelektrolytkeramik FA <18> schädigen, wird aber durch die Anordnung in der Dreikammerzelle auf die Anodenkammer KA <11> begrenzt und somit in der Elektrolysezelle E <1> von der NaSICON-Festelektrolytkeramik FA <18> ferngehalten. Dadurch erhöht sich deren Lebensdauer beträchtlich.
Abbildungen 2 A und 2 B
Abbildung 2 A (= „Fig. 2 A“) zeigt eine bevorzugte Trennwand W <16>. Diese umfasst zwei NaSICON-Festelektrolytkeramiken FA <18> und FB <19>, die durch ein Trennelement T <17> voneinander getrennt sind und jeweils lückenlos daran befestigt sind. Das Trennelement T <17> weist die geometrische Form eines Quaders auf, an dessen gegenüberliegenden Seiten FA <18> und FB <19> lückenlos befestigt sind (z.B. durch Klebstoff).
Die Seite SKK <161 > mit der Oberfläche OKK <163> liegt in der Bildebene, die Seite SA/ K <162> mit der nicht in Fig. 2 A sichtbaren Oberfläche OA/MK <164> hinter der Bildebene. Abbildung 2 B (= Fig. 2 B) zeigt eine andere Ausführungsform einer bevorzugten Trennwand W <16>. Diese umfasst vier NaSICON-Festelektrolytkeramiken FA <18>, FB <19>, Fc <28>, FD <29>, die durch ein Trennelement T <17> voneinander getrennt sind und jeweils lückenlos daran befestigt sind. Das Trennelement T <17> weist die Form eines Kreuzes auf, an dessen gegenüberliegenden Seiten FA <18>, FB <19>, Fc <28> und FD <29> festgeklebt sind.
Die Seite SKK <161 > mit der Oberfläche OKK <163> liegt in der Bildebene, die Seite SA/MK <162> mit der nicht in Fig. 2 B sichtbaren Oberfläche OA/MK <164> hinter der Bildebene.
Abbildungen 3 A bis 3 C
Abbildung 3 A (= „Fig. 3 A“) zeigt die Detailansicht, welche in den Abbildungen 2 A und 2 B durch einen gestrichelten Kreis hervorgehoben ist. Wie beschrieben sind die jeweiligen Festelektrolytkeramiken FA <18> und FB <19> am Trennelement T <17> beispielsweise durch Klebstoff befestigt.
Abbildung 3 B (= „Fig. 3 B“) illustriert eine weitere Ausführungsform einer bevorzugten Trennwand W. Hier weist das Trennelement T <17> zwei konkave Vertiefungen (Rillen) auf, in welche die beiden Festelektrolytkeramiken FA <18> und FB <19> eingepasst werden. Dazu kann die Form der Ränder der Festelektrolytkeramiken FA <18> und FB <19> entsprechend mechanisch angepasst werden. Zusätzlich wird eine Dichtung Di <40> eingesetzt, die zum Beispiel mit einem Klebstoff am Trennelement T <17> und der jeweiligen Festelektrolytkeramik FA <18> bzw. FB <19> angebracht wird. Das Trennelement T <17> kann dabei aus zwei oder mehreren Teilen <171 > und <172> bestehen, die, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 3 B angedeutet, aneinander befestigt werden können. Bei einer entsprechenden Geometrie und Anpassung der Form der Ränder der Festelektrolytkeramiken FA <18> bzw. FB <19> können letztere zwischen die beiden Teile <171 > und <172> geklemmt werden, was die Stabilität der Verbindung Trennelement T <17> / Keramik FA <18> bzw. FB <19> und die Dichtheit der Trennwand W <16> weiter verbessert.
Abbildung 3 C (= „Fig. 3 C“) illustriert eine weitere Ausführungsform einer bevorzugten Trennwand W. Diese entspricht der in Abbildung 3 B beschriebenen, bis darauf, dass die Vertiefungen (Rillen) im Trennelement T <17>, in welche die beiden Festelektrolytkeramiken FA <18> und FB <19> eingepasst werden, nicht konkav, sondern spitz zulaufend sind.
Abbildungen 4 A bis 4 D
Die Abbildungen 4 A (= „Fig. 4 A“) bis 4 D zeigen weitere Ausführungsformen bevorzugter Trennwände W <16>.
Die in Abbildung 4 A dargestellt Trennwand W <16> entspricht der in Abbildung 2 A dargestellten Trennwand W <16>, bis darauf, dass sie auch ein Rahmenelement R <20> umfasst. Dieses bedeckt alle Oberflächen der Trennwand W <16> außer OKK <163> und OA/ K <164> vollständig.
Das Rahmenelement R <20> ist nicht einstückig mit dem Trennelement T <17> ausgeführt.
Abbildung 4 B (= „Fig. 4 B“) zeigt eine weitere Ausführungsformen einer bevorzugten Trennwand W <16>. Diese entspricht der in Abbildung 4 A dargestellten Ausführungsform, außer dass sie zwei Rahmenelemente R <20> umfasst, die die obere und untere Oberfläche der Trennwand W <16> begrenzen.
Abbildung 4 C (= „Fig. 4 C“) zeigt eine weitere Ausführungsformen einer bevorzugten Trennwand <16>. Die in Abbildung 4 C dargestellt Trennwand W <16> entspricht der in Abbildung 2 B dargestellten Trennwand <16>, bis darauf, dass sie auch ein Rahmenelement R <20> umfasst. Dieses bedeckt alle Oberflächen der Trennwand W <16> außer OKK <163> und OA/MK <164> vollständig. Das Rahmenelement R <20> ist nicht einstückig mit dem Trennelement T <17> ausgeführt.
Abbildung 4 D (= „Fig. 4 D“) zeigt eine weitere Ausführungsformen einer bevorzugten Trennwand <16>. Diese entspricht der in Abbildung 4 C dargestellten Ausführungsform, außer dass sie zwei Rahmenelemente R <20> umfasst, die die obere und untere Oberfläche der Trennwand W <16> begrenzen.
Abbildungen 5 A und 5 B
Abbildung 5 A (= „Fig. 5 A“) zeigt eine Elektrolysezelle E <1> in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese entspricht der in Abbildung 1 A dargestellten Elektrolysezelle mit dem Unterschied, dass eine Trennwand W <16> den Innenraum IKK <1 2> der Kathodenkammer KK <12> vom Innenraum IKA <112> der Anodenkammer KA <11> abtrennt. Die Trennwand ist jene, die in Abbildungen 2 A und 2 B dargestellt ist.
Abbildung 5 B (= „Fig. 5 B“) zeigt eine Elektrolysezelle E <1> in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese entspricht der in Abbildung 1 A dargestellten Elektrolysezelle mit dem Unterschied, dass eine Trennwand W <16> den Innenraum IKK <122> der Kathodenkammer KK <12> vom Innenraum IKA <112> der Anodenkammer KA <11> abtrennt. Die Trennwand W <16> ist jene, die in Abbildungen 4 A bis 4 D dargestellt ist. Das Rahmenelement R <20> bildet einen Teil der Außenwand WA <80>, SO dass die von der Trennwand W <16> umfassten Festelektrolytkeramiken vor dem Druck, der durch die Trennwand W <16> auf sie wirken würde, wenn sie Teil der Trennwand W <16> wären, geschützt sind. Zusätzlich werden die Festelektrolytkeramiken so vollständig zur Trennung der Innenräume IKK <122> und IKA <112> innerhalb der Elektrolysezelle E <1> eingesetzt, da sie nicht teilweise durch die Außenwand verdeckt werden. Abbildungen 6 A und 6 B
Die Abbildung 6 A (= Fig. 6 A) zeigt das erfindungsgemäße Verfahren anhand einer Elektrolysezelle E <1>, die der in der Fig. 1 B gezeigten mit dem Unterschied entspricht, dass die Verbindung VA <15> vom Innenraum IKM <132> der Mittelkammer KM <13> zum Innenraum IKA <112> der Anodenkammer A <11> durch mehrere Perforationen in der Diffusionsbarriere D <14> gebildet wird. Diese Perforationen können nachträglich in die Diffusionsbarriere D <14> gestanzt werden oder schon aufgrund des Herstellungsprozesses der Diffusionsbarriere D <14> von Vorneherein in dieser vorliegen (z.B. bei textilen Geweben wie Filtertüchern oder Metallgeweben). Die Gesamtheit dieser Perforationen stellt in dieser Ausführungsform die Verbindung VAM <15> dar, durch welche Elektrolyt aus dem Innenraum IKM <132> in den Innenraum IKA <112> geleitet werden kann.
Abbildung 6 B (= „Fig. 6 B“) zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand einer Elektrolysezelle E <1>. Diese entspricht der in Abbildung 1 B dargestellten Elektrolysezelle E <1> mit dem Unterschied, dass die Verbindung VAM <15> vom Innenraum IK <132> der Mittelkammer KM <13> zum Innenraum IKA <1 12> der Anodenkammer KA <11> durch einen Spalt gebildet wird, der sich zwischen der Diffusionsbarriere D <14> und der Außenwand A <80> ausbildet. Dieser Spalt kann dadurch eingerichtet werden, dass eine ansonsten dichte Diffusionsbarriere D <14> so in der Elektrolysezelle E <1> angeordnet wird, dass sie den Innenraum IK <132> der Mittelkammer KM <13> nicht vollständig vom Innenraum IKA <112> der Anodenkammer KA <11> abtrennt, sondern ein Spalt als Verbindung VAM <15> beibehalten wird.
Abbildungen 7 A und 7 B
Abbildung 7 A (= „Fig. 7 A“) zeigt eine weitere Ausführungsform einer bevorzugten Trennwand W <16>. Diese umfasst vier NaSICON-Festelektrolytkeramiken FA <18>, FB <19>, Fc <28> und FD <29>, die durch ein Trennelement T <17>, welches zwei Hälften <171> und <172> umfasst, voneinander getrennt sind. Die Trennwand W <16> umfasst auch ein Rahmenelement R <20>, welches ebenfalls aus zwei Hälften <201 > und <202> besteht.
Die Trennwand W <16> besteht aus zwei zusammenklappbaren Teilen, in denen die Hälfte <171 > des Trennelements T <17> mit der Hälfte <201 > des Rahmenelements R <20> einstückig vorliegt und die Hälfte <172> des Trennelements T <17> mit der Hälfte <202> des Rahmenelements R <20> einstückig vorliegt. Diese beiden Teile können optional über ein Scharnier <50> miteinander verbunden und im zusammengeklappten Zustand über das Schloss <60> arretiert werden. Zwischen diesen Hälften werden die vier NaSICON-Festelektrolytkeramiken FA <18>, FB <19>, Fc <28> und FD <29> eingeklemmt, wobei zur Abdichtung jeweils ein als Dichtung Di <40> fungierender Ring eingesetzt wird.
Die linke Seite der Abbildung 7 A zeigt die Frontalansicht auf die Seite SKK <161 > mit der Oberfläche OKK <163> der Trennwand W <16>. Die als Dichtung Di <40> fungierenden Ringe sind mit gestrichelten Umrissen angegeben. Die rechte Seite der Abbildung zeigt die seitliche Ansicht der Trennwand <16>.
Abbildung 7 B (= „Fig. 7 B“) zeigt eine weitere Ausführungsform einer bevorzugten Trennwand W <16>. Diese entspricht der in Abbildung 7 A beschriebenen Ausführungsform, bis darauf, dass sie neun NaSICON-Festelektrolytkeramiken FA <18>, FB <19>, Fc <28>, FD <29>, FE <30>, FF <31 >, FG <32>, FH <33>, Fi <34> umfasst.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Es wurde beobachtet, dass im erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich zu den Verfahren des Standes der Technik, in denen Alkalimetallalkoholat MAOR in Alkohol ROH eingesetzt wird, welches durch Auflösen der entsprechenden Alkalimetallhydroxide MAOH in Alkohol ROH erhalten wurde, ein höherer Anteil von BHET im Spaltprodukt erhalten wird.
1. Schritt (a): Elektrolyse zum Erhalt der Lösung Li umfassend ROH und MAOR
Die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Lösung Li umfassend ROH und MAOR wird erfindungsgemäß elektrolytisch in einer Elektrolysezelle E <1> erhalten.
Unter „Glykol“ wird im Sinne der Erfindung 1 ,2-Ethylendiol mit der chemischen Formel HO-CH2-CH2-OH (CAS-Nr. 107-21-1) verstanden.
R ist ein Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, insbesondere ein Alkylrest mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, bevorzugt ein Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, bevorzugter ein Alkylrest mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen. Noch bevorzugter ist R aus Ethyl, Methyl ausgewählt. Am bevorzugtesten ist R = Methyl.
Ein Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ist erfindungsgemäß insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl, n-Propyl, feo-Propyl, n-Butyl, sec-Butyl, /so-Butyl, tert-Butyl, n-Pentyl, 1 -Methylbutyl, 2-Methylbutyl, 3-Methylbutyl, 1 ,1 -Dimethylpropyl, 1 ,2-Dimethylpropyl, 2,2-Dimethylpropyl, 1 -Ethylpropyl, n-Hexyl, 1 -Methylpentyl, 2-Methylpentyl, 3-Methylpentyl, 4-Methylpentyl, 1 ,1 -Dimethylbutyl, 1 ,2-Dimethylbutyl, 1 ,3-Dimethylbutyl, 2,2-Dimethylbutyl, 2,3-Dimethylbutyl, 3,3-Dimethylbutyl, 1 -Ethylbutyl, 2-Ethylbutyl, 1 , 1 ,2-Trimethylpropyl,
1.2.2-Trimethylpropyl, 1-Ethyl-1 -methylpropyl, 1-Ethyl-2-methylpropyl, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl, n-Propyl, /so-Propyl, n-Butyl, sec-Butyl, /so-Butyl, fert-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl, noch bevorzugter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl, n-Propyl, /so-Propyl, n-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl.
Im Sinne der Erfindung ist ein Alkylrest mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl, n-Propyl, /so-Propyl, n-Butyl, sec-Butyl, /'so-Butyl, fert-Butyl, n-Pentyl, 1 -Methylbutyl, 2-Methylbutyl, 3-Methylbutyl, 1 ,1 -Dimethylpropyl,
1 .2-Dimethylpropyl, 2,2-Dimethylpropyl, 1 -Ethylpropyl, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl, n-Propyl, /so-Propyl, n-Butyl, sec-Butyl, /so-Butyl, fert-Butyl, n-Pentyl, noch bevorzugter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl, n-Propyl, /so-Propyl, n-Butyl, n-Pentyl.
Im Sinne der Erfindung ist ein Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl, n-Propyl, /so-Propyl, n-Butyl, sec-Butyl, /so-Butyl, fert-Butyl, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl, n-Propyl, /so-Propyl, n-Butyl, fert-Butyl, noch bevorzugter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl, n-Propyl, /so-Propyl, n-Butyl.
Im Sinne der Erfindung ist ein Alkylrest mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl, n-Propyl, /so-Propyl, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl, /so-Propyl.
MA ist ein Alkalimetallkation, welches insbesondere aus Lithium, Natrium, Kalium ausgewählt ist, und bevorzugt aus Natrium, Kalium ausgewählt ist. Am bevorzugtesten ist das Alkalimetallkation Natrium.
1.1 Elektrolysezelle E
Die in Schritt (b) bzw. im optionalen Schritt (a*) des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzte Lösung Li <21 > von AOR in ROH wird in Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Elektrolysezelle E hergestellt.
Die Elektrolysezelle E umfasst mindestens eine Anodenkammer KA und mindestens eine Kathodenkammer KK und gegebenenfalls mindestens eine dazwischen liegende Mittelkammer KM. Dies umfasst auch Elektrolysezellen E, welche mehr als eine Anodenkammer KA und/oder Kathodenkammer KK und/oder Mittelkammer KM aufweisen. Solche Elektrolysezellen, in denen diese Kammern modulartig aneinandergefügt werden, sind beispielsweise in der DD 258 143 A3 und der US 2006/0226022 A1 beschrieben. Die Elektrolysezelle E umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Anodenkammer KA und eine Kathodenkammer KK und gegebenenfalls eine dazwischen liegende Mittelkammer K .
Die Elektrolysezelle E weist üblicherweise eine Außenwand WA auf. Die Außenwand WA ist insbesondere aus einem Material, welches aus der Gruppe bestehend aus Stahl, bevorzugt gummiertem Stahl, Kunststoff, der insbesondere aus Telene ® (duroplastischem Polydicyclopentadien), PVC (Polyvinylchlorid), PVC-C (nachchloriertes Polyvinylchlorid), PVDF (Polyvinylidenfluorid) ausgewählt ist. A kann insbesondere für Zuläufe und Abläufe durchbrochen sein. Innerhalb von WA liegen dann die mindestens eine Anodenkammer KA, die mindestens eine Kathodenkammer KK und in den Ausführungsformen, in denen die Elektrolysezelle E eine solche umfasst, die mindestens eine dazwischen liegende Mittelkammer KM.
1.1.1 Kathodenkammer KK
Die mindestens eine Kathodenkammer KK weist mindestens einen Zulauf ZKK, mindestens einen Ablauf AKK und einen Innenraum IKK, der eine kathodische Elektrode EK umfasst, auf.
Der Innenraum IKA der Anodenkammer KA ist durch eine Trennwand W, vom Innenraum IKK der Kathodenkammer KK abgetrennt, falls die Elektrolysezelle E keine Mittelkammer KM umfasst. Der Innenraum IKK der Kathodenkammer KK ist durch eine Trennwand W, vom Innenraum IKM der Mittelkammer K abgetrennt, falls die Elektrolysezelle E mindestens eine Mittelkammer KM umfasst.
Die Trennwand W und ihre Anordnung in der Elektrolysezelle E wird weiter unten (Abschnitt 1 .1 .4) beschrieben.
1.1.1.1 Kathodische Elektrode EK
Die Kathodenkammer KK umfasst einen Innenraum IKK, der wiederum eine kathodische Elektrode EK umfasst. Als solche kathodische Elektrode EK kommt jede dem Fachmann geläufige Elektrode in Frage, die unter den Bedingungen des Schrittes (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens stabil ist. Solche sind insbesondere in WO 2014/008410 A1 , Absatz [025] oder DE 10360758 A1 , Absatz [030] beschrieben. Diese Elektrode EK kann aus der Gruppe bestehend aus Maschenwolle, dreidimensionale Matrixstruktur oder „Kugeln“ ausgewählt sein. Die kathodische Elektrode EK umfasst insbesondere ein Material, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Stahl, Nickel, Kupfer, Platin, platinierte Metalle, Palladium, auf Kohle geträgertes Palladium, Titan, bevorzugter ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Stahl, Nickel. Bevorzugt umfasst EK Stahl, noch bevorzugter VA-Stahl (= rostfreien Stahl). In den Ausführungsformen der Elektrolysezelle E, in denen diese eine Mittelkammer KM umfasst, befindet sich diese zwischen der Anodenkammer KA und der Kathodenkammer KK.
1 .1.1.2 Zulauf ZKK und Ablauf AKK
Die Kathodenkammer K umfasst auch mindestens einen Zulauf ZKK und mindestens einen Ablauf AKK. Dies ermöglicht es, dem Innenraum IKK der Kathodenkammer KK Flüssigkeit, wie zum Beispiel die Lösung L2, zuzufügen und darin befindliche Flüssigkeit, wie zum Beispiel die Lösung Li, zu entfernen. Der Zulauf ZKK und der Ablauf AKK sind dabei so an der Kathodenkammer KK angebracht, dass die Flüssigkeit beim Durchströmen des Innenraums IKK der Kathodenkammer KK die kathodische Elektrode EK kontaktiert. Dies ist die Voraussetzung dafür, dass bei der Durchführung des Schrittes (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens am Ablauf AKK die Lösung Li erhalten wird, wenn die Lösung L2 von Alkohol ROH, der optional auch ein Alkalimetallalkoholat MAOR umfasst, durch den Innenraum IKK der Kathodenkammer KK geleitet wird.
Der Zulauf ZKK und der Ablauf AKK können nach dem Fachmann bekannten Verfahren an der Elektrolysezelle E angebracht werden, z.B. durch Bohrungen in der Außenwand und entsprechenden Anschlüssen (Ventilen), die die Ein- bzw. Ausleitung von Flüssigkeit vereinfachen.
1.1.2 Anodenkammer KA
Die mindestens eine Anodenkammer KA weist mindestens einen Zulauf ZKA, mindestens einen Ablauf AKA und einen Innenraum IKA, der eine anodische Elektrode EA umfasst, auf.
Der Innenraum IKA der Anodenkammer KA ist, falls die Elektrolysezelle E eine Mittelkammer KM umfasst, durch eine Diffusionsbarriere D vom Innenraum IKM der Mittelkammer KM abgetrennt.
Falls die Elektrolysezelle E keine Mittelkammer KM umfasst, ist der Innenraum IKA der Anodenkammer K durch die Trennwand vom Innenraum IKK der Kathodenkammer KK abgetrennt.
1 ,1 ,2,1 Anodische Elektrode EA
Die Anodenkammer KA umfasst einen Innenraum IKA, der wiederum eine anodische Elektrode EA umfasst. Als solche anodische Elektrode EA kommt jede dem Fachmann geläufige Elektrode in Frage, die unter den Bedingungen des Schrittes (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens stabil ist. Solche sind insbesondere in WO 2014/008410 A1 , Absatz [024] oder DE 10360758 A1 , Absatz [031] beschrieben. Diese Elektrode EA kann aus einer Schicht bestehen oder aus mehreren planen, zueinander parallelen Schichten bestehen, die jeweils perforiert oder expandiert sein können. Die anodische Elektrode EA umfasst insbesondere ein Material, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Rutheniumoxid, Iridiumoxid, Nickel, Kobalt, Nickelwolframat, Nickeltitanat, Edelmetalle wie insbesondere Platin, welches auf einem Träger wie Titan oder Kovar ® (einer Eisen/Nickel/Kobalt-Legierung, in denen die einzelnen Anteile bevorzugt wie folgt sind: 54 Massen-% Eisen, 29 Massen-% Nickel, 17 Massen-% Cobalt) geträgert ist. Weitere mögliche Anodenmaterialien sind insbesondere Edelstahl, Blei, Graphit, Wolframcarbid, Titandiborid. Bevorzugt umfasst die anodische Elektrode EA eine mit Rutheniumoxid/ Iridiumoxid beschichtete Titananode (RuCh + I rOz / Ti).
1 .1.2,2 Zulauf ZKA und Ablauf AKA
Die Anodenkammer KA umfasst auch einen Zulauf ZKA und einen Ablauf AKA. Dies ermöglicht es, dem Innenraum IKA der Anodenkammer KA Flüssigkeit, wie zum Beispiel die Lösung L3, zuzufügen und darin befindliche Flüssigkeit, wie zum Beispiel die Lösung L4, zu entfernen. Der Zulauf ZKA und der Ablauf AKA sind dabei so an der Anodenkammer KA angebracht, dass die Flüssigkeit beim Durchströmen des Innenraums IKA der Anodenkammer KA die anodische Elektrode EA kontaktiert. Dies ist die Voraussetzung dafür, dass bei der Durchführung des Schrittes (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens am Ablauf AKA die Lösung L4 erhalten wird, wenn die Lösung L3 eines Salzes S durch den Innenraum IKA der Anodenkammer KA geleitet wird.
Der Zulauf ZKA und der Ablauf AKA können nach dem Fachmann bekannten Verfahren an der Elektrolysezelle E angebracht werden, z.B. durch Bohrungen in der Außenwand und entsprechenden Anschlüssen (Ventilen), die die Ein- bzw. Ausleitung von Flüssigkeit vereinfachen. Der Zulauf ZKA kann in bestimmten Ausführungsformen, in denen die Elektrolysezelle E eine Mittelkammer K umfasst, auch innerhalb der Elektrolysezelle liegen, beispielsweise als Perforation in der Diffusionsbarriere D.
1.1.3 Optionale Mittelkammer KM
Die in Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzte Elektrolysezelle E weist gegebenenfalls mindestens eine Mittelkammer KM auf. Die optionale Mittelkammer KM liegt zwischen Kathodenkammer KK und Anodenkammer KA. Sie umfasst mindestens einen Zulauf ZKM, mindestens einen Ablauf AKM und einen Innenraum IKM-
Der Innenraum IKA der Anodenkammer KA ist, falls die Elektrolysezelle E eine Mittelkammer KM umfasst, durch eine Diffusionsbarriere D vom Innenraum IKM der Mittelkammer KM abgetrennt. AKM ist dann außerdem durch eine Verbindung VAM mit dem Zulauf ZKA verbunden, so dass durch die Verbindung VA Flüssigkeit aus IKM in IKA geleitet werden kann. 1.1.3.1 Diffusionsbarriere D
Der Innenraum IKM der optionalen Mittelkammer KM ist durch eine Diffusionsbarriere D vom Innenraum IKA der Anodenkammer KA abgetrennt und durch die Trennwand W vom Innenraum IKK der Kathodenkammer K abgetrennt.
Für die Diffusionsbarriere D kann jedes Material genutzt werden, welches unter den Bedingungen des Schrittes (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens stabil ist und den Übergang von Protonen von der im Innenraum IKA der Anodenkammer A befindlichen Flüssigkeit in den Innenraum IKM der optionalen Mittelkammer KM verhindert oder verlangsamt.
Als Diffusionsbarriere D wird insbesondere eine nicht ionenspezifische Trennwand oder eine für spezifische Ionen durchlässige Membran verwendet. Bevorzugt handelt es sich bei der Diffusionsbarriere D um eine nicht ionenspezifische Trennwand.
Das Material der nicht ionenspezifischen Trennwand ist insbesondere aus der Gruppe bestehend aus Gewebe, wobei es sich insbesondere um textiles Gewebe oder Metallgewebe handelt, Glas, wobei es sich insbesondere um gesintertes Glas oder Glasfritten handelt, Keramik, insbesondere keramische Fritten, Membrandiaphragmas ausgewählt, und ist besonders bevorzugt ein textiles Gewebe oder Metallgewebe, besonders bevorzugt ein textiles Gewebe. Das textile Gewebe umfasst bevorzugt Kunststoff, bevorzugter einen Kunststoff ausgewählt aus PVC, PVC-C, Polyvinylether („PVE“), Polytetrafluorethylen („PTFE“).
Handelt es sich bei der Diffusionsbarriere D um eine „für spezifische Ionen durchlässige Membran“, so bedeutet dies erfindungsgemäß, dass die jeweilige Membran die Diffusion bestimmter Ionen durch sie hindurch gegenüber anderen Ionen begünstigt. Insbesondere sind damit Membranen gemeint, die die Diffusion durch sie hindurch von Ionen einer bestimmten Ladungsart gegenüber entgegengesetzt geladenen Ionen begünstigt. Noch bevorzugter begünstigen für spezifische Ionen durchlässige Membranen außerdem die Diffusion bestimmter Ionen mit einer Ladungsart gegenüber anderen Ionen derselben Ladungsart durch sie hindurch.
Ist die Diffusionsbarriere D eine „für spezifische Ionen durchlässige Membran“, handelt es sich insbesondere bei der Diffusionsbarriere D um eine anionenleitende Membran oder um eine kationen leitende Membran.
Anionenleitende Membranen sind erfindungsgemäß solche, die selektiv Anionen, bevorzugt selektiv bestimmte Anionen leiten. In anderen Worten begünstigen sie die Diffusion von Anionen durch sie hindurch gegenüber der von Kationen, insbesondere gegenüber Protonen, noch bevorzugter begünstigen sie zusätzlich die Diffusion von bestimmten Anionen durch sie hindurch gegenüber der Diffusion anderer Anionen durch sie hindurch. Kationenleitende Membranen sind erfindungsgemäß solche, die selektiv Kationen, bevorzugt selektiv bestimmte Kationen leiten. In anderen Worten begünstigen sie die Diffusion von Kationen durch sie hindurch gegenüber der von Anionen, noch bevorzugter begünstigen sie zusätzlich die Diffusion von bestimmten Kationen, durch sie hindurch gegenüber der Diffusion anderer Kationen durch sie hindurch, noch viel mehr bevorzugter von Kationen, bei denen es sich nicht um Protonen handelt, noch bevorzugter um Natriumkationen handelt, gegenüber Protonen.
„Begünstigen die Diffusion bestimmter Ionen X gegenüber der Diffusion anderer Ionen Y“ bedeutet insbesondere, dass der Diffusionskoeffizient (Einheit m2/s) der lonenart X bei einer gegebenen Temperatur für die betreffende Membran um den Faktor 10, bevorzugt 100, bevorzugt 1000 höher ist als der Diffusionskoeffizient der lonenart Y für die betreffende Membran.
Handelt es sich bei der Diffusionsbarriere D um eine „für spezifische Ionen durchlässige Membran“, so ist es bevorzugt eine anionenleitende Membran, denn diese verhindert besonders gut die Diffusion von Protonen aus der Anodenkammer KA in die Mittelkammer KM.
Als anionenleitende Membran wird insbesondere eine solche eingesetzt, die für die vom Salz S umfassten Anionen selektiv ist. Solche Membranen sind dem Fachmann bekannt und können von ihm eingesetzt werden. Erfindungsgemäß umfasst das Salz S MA als Kation.
Das Salz S ist bevorzugt ein Halogenid, Sulfat, Sulfit, Nitrat, Hydrogencarbonat oder Carbonat von MA, noch bevorzugter ein Halogenid.
Halogenide sind Fluoride, Chloride, Bromide, Jodide. Das bevorzugteste Halogenid ist Chlorid.
Bevorzugt wird als anionenleitende Membran eine für Halogenide, bevorzugt Chlorid, selektive Membran eingesetzt.
Anionenleitende Membranen sind beispielsweise von M.A. Hickner, A.M. Herring, E.B. Coughlin, Journal of Polymer Science, Part B: Polymer Physics 2013, 51, 1727-1735, von C.G. Arges, V. Ramani, P.N. Pintauro, Electrochemical Society Interface 2010, 19, 31-35, in WO 2007/048712 A2 sowie auf Seite 181 des Lehrbuchs von Volkmar M. Schmidt Elektrochemische Verfahrenstechnik: Grundlagen, Reaktionstechnik, Prozessoptimierung, 1. Auflage (8. Oktober 2003) beschrieben.
Noch bevorzugter werden demnach als anionenleitende Membran organische Polymere, welche insbesondere aus Polyethylen, Polybenzimidazolen, Polyetherketonen, Polystyrol, Polypropylen oder fluorierten Membranen wie Polyperfluorethylen, bevorzugt Polystyrol, ausgewählt sind, eingesetzt, wobei diese kovalent gebunden funktionelle Gruppen ausgewählt aus -NH3+, -NRH2+, -NR3 +, =NR+;-PR3+, wobei es sich bei R um Alkylgruppen mit bevorzugt 1 bis 20 Kohlenstoffatomen handelt, oder andere kationische Gruppen aufweisen. Bevorzugt weisen sie kovalent gebundene funktionelle Gruppen, ausgewählt aus -NH3+, -NRF , -NR3+, bevorzugter ausgewählt aus -NH3+, -NR3+, noch bevorzugter -NRs+, auf.
Wenn die Diffusionsbarriere D eine kationenleitende Membran ist, handelt es sich insbesondere um eine Membran, die für MA, also dem vom Salz S umfassten Kation, selektiv ist. Noch bevorzugter ist die Diffusionsbarriere D eine alkalikationenleitende Membran, noch mehr bevorzugter eine kalium- und/oder natriumionenleitende Membran, am bevorzugtesten eine natriumionenleitende Membran.
Kationenleitende Membranen sind beispielsweise beschrieben auf Seite 181 des Lehrbuchs von Volkmar M. Schmidt Elektrochemische Verfahrenstechnik: Grundlagen, Reaktionstechnik, Prozessoptimierung, 1. Auflage (8. Oktober 2003).
Noch bevorzugter werden demnach als kationenleitende Membran organische Polymere, welche insbesondere aus Polyethylen, Polybenzimidazolen, Polyetherketonen, Polystyrol, Polypropylen oder fluorierten Membranen wie Polyperfluorethylen, bevorzugt Polystyrol, Polyperfluorethylen, ausgewählt sind, eingesetzt, wobei diese kovalent gebunden funktionelle Gruppen ausgewählt aus -SO3-, -COO', -PO3 2-, -PO2H-, bevorzugt -SOs', (beschrieben in DE 10 2010 062 804 A1 , US 4,831 ,146) tragen.
Dies kann zum Beispiel ein sulfoniertes Polyperfluorethylen (Nation ® mit CAS-Nummer: 31175-20-9) sein. Diese sind dem Fachmann beispielsweise aus der WO 2008/076327 A1 , Absatz [058], US 2010/0044242 A1 , Absatz [0042] oder der US 2016/ 0204459 A1 bekannt und unter dem Handelsnamen Nation ®, Aciplex ® F, Flemion ®, Neosepta ®, Ultrex ®, PC-SK ® erwerblich. Neosepta®-Membranen sind beispielsweise beschrieben von S.A. Mareev, D.Yu. Butylskii, N.D. Pismenskaya, C. Larchet, L. Dammak, V.V. Nikonenko, Journal of Membrane Science 2018, 563, 768-776.
Wird eine kationenleitende Membran als Diffusionsbarriere D eingesetzt, kann dies beispielsweise ein mit Sulfonsäuregruppen funktionalisiertes Polymer, insbesondere der folgenden Formel PNAFION, wobei n und m unabhängig voneinander eine ganze Zahl von 1 bis 106, bevorzugter eine ganze Zahl von 10 bis 105, noch bevorzugter eine ganze Zahl von 102 bis 104 ist, sein.
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1 .1.3.2 Zulauf ZKM und Ablauf AKM
Die optionale Mittelkammer KM umfasst auch einen Zulauf ZKM und einen Ablauf AKM. Dies ermöglicht es, dem Innenraum IKM der Mittelkammer KM Flüssigkeit, wie zum Beispiel die Lösung L3, zuzufügen, und darin befindliche Flüssigkeit, wie zum Beispiel die Lösung L3, in den Innenraum IKA der Anodenkammer KA ZU überführen.
Der Zulauf ZK und der Ablauf AKM können nach dem Fachmann bekannten Verfahren an der Elektrolysezelle E angebracht werden, z.B. durch Bohrungen in der Außenwand und entsprechenden Anschlüssen (Ventilen), die die Ein- bzw. Ausleitung von Flüssigkeit vereinfachen. Der Ablauf AK kann auch innerhalb der Elektrolysezelle liegen, beispielsweise als Perforation in der Diffusionsbarriere D.
1 .1.3.3 Verbindung VA
In der in Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Elektrolysezelle E ist der Ablauf AK durch eine Verbindung VAM mit dem Zulauf ZKA SO verbunden, dass durch die Verbindung VA Flüssigkeit aus IKM in IKA geleitet werden kann.
Die Verbindung VA kann innerhalb der Elektrolysezelle E und/oder außerhalb der Elektrolysezelle E ausgebildet sein, und ist bevorzugt innerhalb der Elektrolysezelle ausgebildet.
1) Ist die Verbindung VA innerhalb der Elektrolysezelle E ausgebildet, wird sie bevorzugt durch mindestens eine Perforation in der Diffusionsbarriere D gebildet. Diese Ausführungsform ist insbesondere dann bevorzugt, wenn als Diffusionsbarriere D eine nicht ionenspezifische Trennwand, insbesondere ein Metallgewebe oder textiles Gewebe eingesetzt wird. Dieses fungiert als Diffusionsbarriere D und weist aufgrund der Webeigenschaften von vorneherein Perforationen und Lücken auf, die als Verbindung VAM fungieren. 2) Die folgend beschriebene Ausführungsform ist insbesondere dann bevorzugt, wenn als Diffusionsbarriere D eine für spezifische Ionen durchlässige Membran eingesetzt wird: In dieser Ausführungsform ist die Verbindung VAM außerhalb der Elektrolysezelle E ausgebildet, wobei sie bevorzugt durch eine außerhalb der Elektrolysezelle E verlaufende Verbindung von AKM und ZKA gebildet wird, insbesondere dadurch, dass vom Innenraum IKM der Mittelkammer KM ein Ablauf AK durch die Außenwand WA, bevorzugt am Boden der Mittelkammer M, wobei noch bevorzugter der Zulauf ZK an der Oberseite der Mittelkammer K ist, gebildet wird, und ein Zulauf ZKA in den Innenraum IKA der Anodenkammer KA durch die Außenwand WA, bevorzugt am Boden der Anodenkammer KA, gebildet wird, und diese durch eine Leitung, beispielsweise ein Rohr oder ein Schlauch, der bevorzugt ein Material ausgewählt aus Gummi, Kunststoff umfasst, verbunden sind. Der Ablauf AKA Ist dann noch bevorzugter an der Oberseite der Anodenkammer KA ausgebildet.
„Ablauf AK am Boden der Mittelkammer K “ bedeutet, dass der Ablauf AKM SO an der Elektrolysezelle E angebracht ist, dass die Lösung L3 die Mittelkammer KM gleichgerichtet mit der Schwerkraft verlässt.
„Zulauf ZKA am Boden der Anodenkammer KA“ bedeutet, dass der Zulauf ZKA SO an der Elektrolysezelle E angebracht ist, dass die Lösung L3 in die Anodenkammer KA entgegen der Schwerkraft eintritt.
„Zulauf ZK an der Oberseite der Mittelkammer KM“ bedeutet, dass der Zulauf ZKM SO an der Elektrolysezelle E angebracht ist, dass die Lösung L3 in die Mittelkammer KM gleichgerichtet mit der Schwerkraft eintritt.
„Ablauf AKA an der Oberseite der Anodenkammer KA“ bedeutet, dass der Ablauf AKA SO an der Elektrolysezelle E angebracht ist, dass die Lösung L4 die Anodenkammer KA entgegen der Schwerkraft verlässt.
Diese Ausführungsform ist dabei besonders vorteilhaft und deshalb bevorzugt, wenn der Ablauf AKM durch die Außenwand WA am Boden der Mittelkammer KM, und derZulauf ZKA durch die Außenwand WA am Boden der Anodenkammer KA, gebildet wird. Durch diese Anordnung ist es besonders einfach möglich, in der Anodenkammer KA gebildete Gase mit L4 aus der Anodenkammer KA abzuleiten, um diese dann weiter abzutrennen. Fig. 1 B zeigt eine solche Ausführungsform.
Wenn die Verbindung VAM außerhalb der Elektrolysezelle E ausgebildet ist, sind insbesondere ZKM und AKM an gegenüberliegenden Seiten der Außenwand WA der Mittelkammer KM angeordnet (also z.B. ZKM am Boden und AKM an der Oberseite der Elektrolysezelle E oder umgekehrt) und ZKA und AKA an gegenüberliegenden Seiten der Außenwand WA der Anodenkammer KA angeordnet (also ZKA am Boden und AKA an der Oberseite der Elektrolysezelle E oder umgekehrt), wie es insbesondere in Abbildung 1 B gezeigt ist. Durch diese Geometrie muss L3 die beiden Kammern KM und A durchströmen. Dabei können ZKA und ZKM an derselben Seite der Elektrolysezelle E ausgebildet sein, wobei dann automatisch auch AKM und AKA an derselben Seite der Elektrolysezelle E ausgebildet sind. Alternativ können ZKA und ZKM, wie bei der in Abbildung 1 B gezeigten Ausführungsform, an gegenüberliegenden Seiten der Elektrolysezelle E ausgebildet sein, wobei dann automatisch auch AKM und AKA an gegenüberliegenden Seiten der Elektrolysezelle E ausgebildet sind.
3) Wenn die Verbindung VAM innerhalb der Elektrolysezelle E ausgebildet ist, kann dies insbesondere dadurch gewährleistet werden, dass eine Seite („Seite A“) der Elektrolysezelle E, bei der es sich um die Oberseite oder den Boden der Elektrolysezelle E handelt, bevorzugt wie In Abbildung 6 B gezeigt um die Oberseite handelt, den Zulauf ZKM und den Ablauf AKA umfasst und die Diffusionsbarriere D ausgehend von dieser Seite („Seite A“) sich in die Elektrolysezelle E erstreckt, aber nicht ganz bis zur der der Seite A gegenüberliegenden Seite („Seite B“) der Elektrolysezelle E, bei der es dann sich um den Boden bzw. die Oberseite der Elektrolysezelle E handelt, reicht, und dabei 50 % oder mehr der Höhe der Dreikammerzelle E, bevorzugter 60 % bis 99 % der Höhe der Dreikammerzelle E, noch bevorzugter 70 % bis 95 % der Höhe der Dreikammerzelle E, noch mehr bevorzugter 80 % bis 90 % der Höhe der Dreikammerzelle E, noch viel mehr bevorzugter 85 % der Höhe der Dreikammerzelle E durchspannt. Dadurch dass die Diffusionsbarriere D die Seite B der Dreikammerzelle E nicht berührt, entsteht so ein Spalt zwischen Diffusionsbarriere D und der Außenwand WA der Seite B der Dreikammerzelle E. Der Spalt ist dann die Verbindung VAM. Durch diese Geometrie muss L3 die beiden Kammern M und KA vollständig durchströmen.
Diese Ausführungsformen gewährleisten am besten, dass am säureempfindlichen Festelektrolyten die wässrige Salzlösung L3 vorbeiströmt, bevor diese mit der anodischen Elektrode EA in Kontakt kommt, wodurch es zur Bildung von Säuren kommt.
„Boden der Elektrolysezelle E“ ist erfindungsgemäß die Seite der Elektrolysezelle E, durch die eine Lösung (z.B. L3 bei AKM in Abbildung 1 B) gleichgerichtet mit der Schwerkraft aus der Elektrolysezelle E austritt bzw. die Seite der Elektrolysezelle E, durch die eine Lösung (z.B. L2 bei ZKK in Abbildungen 1 A, 1 B, 5 A, 5 B, 6 A und 6 B und L3 bei ZKA in Abbildungen 1 A, 1 B, 5 A und 5 B) der Elektrolysezelle E entgegen der Schwerkraft zugeführt wird.
„Oberseite der Elektrolysezelle E“ ist erfindungsgemäß die Seite der Elektrolysezelle E, durch die eine Lösung (z.B. L4 bei AKA und Li bei AKK in Abbildungen 1 A, 1 B, 5 A, 5 B, 6 A und 6 B) entgegen der Schwerkraft aus der Elektrolysezelle E austritt bzw. die Seite der Elektrolysezelle E, durch die eine Lösung (z.B. L3 bei ZKM in Abbildungen 1 B, 6 A und 6 B) der Elektrolysezelle E gleichgerichtet mit der Schwerkraft zugeführt wird. 1.1.3.4 Weitere Ausführunqsformen der Mittelkammer KM
In einer bevorzugten Ausführungsform der Elektrolysezelle E umfasst der Innenraum IKM auch mindestens ein zusätzliches Merkmal ausgewählt aus:
1) Einbauten, die so eingerichtet sind, dass sie im Elektrolyten L3 zu Turbulenzen führen;
2) einer Rührvorrichtung;
3) einer zusätzlichen Einleitung eines Inertgases (z.B. Stickstoff oder Edelgas), durch einen zusätzlichen Zulauf an der Unterseite der Mittelkammer und einen zusätzlichen Ablauf an der Oberseite der Mittelkammer. Über diesen zusätzlichen Ablauf können auch eventuell entstehende Gase wie z.B. CO2, wenn es sich beim Salz S um ein Carbonat oder Hydrogencarbonat handelt, aus IK abgeleitet werden.
Durch diese zusätzlichen bevorzugten Ausführungsformen 1), 2) und 3) bilden sich im Elektrolyten L3 beim Durchströmen der IKM Verwirbelungen und Turbulenzen aus. Dadurch wird in der Mittelkammer die Ausbildung eines pH-Gradienten zusätzlich behindert und so die Schädigung der AFK durch einen zu niedrigen pH unterbunden. Dies erhöht die Lebensdauer der AFK.
1.1.4 Trennwand W
Die in Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzte Elektrolysezelle E umfasst eine Trennwand W. Die Trennwand W umfasst mindestens eine alkalikationenleitende Festelektrolytkeramik FA. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Trennwand W aus einer alkalikationenleitende Festelektrolytkeramik FA.
Die Trennwand W umfasst in einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mindestens zwei, optional durch ein Trennelement T voneinander getrennte, alkalikationenleitende Festelektrolytkeramiken („alkalikationenleitende Festelektrolytkeramik“ wird im Folgenden durch „AFK“ abgekürzt) FA und FB.
Die Trennwand W weist zwei Seiten SKK und SA/ K, die einander gegenüberliegen, auf, das heißt, die Seite SA/MK liegt der Seite SKK gegenüber (und umgekehrt). Die beiden Seiten SKK und SA/ K umfassen insbesondere im Wesentlichen zueinander parallele Ebenen.
Die Geometrie der Trennwand W ist ansonsten nicht weiter beschränkt und kann insbesondere an den Querschnitt der Elektrolysezelle E angepasst werden, in der sie zum Einsatz kommt. Beispielsweise kann sie die Geometrie eines Quaders aufweisen und somit einen rechteckigen Durchschnitt aufweisen, oder die Geometrie eines stumpfen Kegels oder Zylinders und demnach einen kreisförmigen Durchschnitt aufweisen.
Optional kann die Trennwand W auch die Geometrie eines Quaders mit abgerundeten Ecken und/oder Auswölbungen aufweisen, die wiederum Löcher aufweisen können. Die Trennwand W hat dann Auswölbungen („Hasenohren“), mit denen die Trennwand W an Elektrolysezellen fixiert werden kann oder auch Rahmenteile der Trennwand W aneinander fixiert werden können.
Die Seite SKK der Trennwand W weist die Oberfläche OKK auf, und die Seite SA/MK der Trennwand W weist die Oberfläche OA/ K auf.
Das Merkmal „Trennwand“ bedeutet, dass die Trennwand W flüssigkeitsdicht ist. Somit existieren keine Lücken, durch welche wässrige Lösung, alkoholische Lösung, Alkohol oder Wasser von der Seite SKK auf die Seite SA/MK oder umgekehrt fließen könnte. Dies bedeutet in den Fällen, in denen die Trennwand W mindestens zwei alkalikationenleitende Festelektrolytkeramiken FÄ und FB und gegebenenfalls ein Trennelement T umfasst, dass FA und FB und das gegebenenfalls vorhandene mindestens eine Trennelement T lückenlos aneinander anschließen.
Die in der Elektrolysezelle E gemäß Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens einsetzbare Trennwand W umfasst auch Ausführungsformen, in denen die Trennwand W mehr als zwei AFKs, z.B. vier oder neun oder zwölf AFKs, umfasst, wobei die AFKs untereinander entweder direkt aneinandergrenzen oder durch ein Trennelement T voneinander getrennt sind.
Wenn die AFKs untereinander direkt aneinandergrenzen, erfordert dies jedoch eine genaue Passung der jeweils angrenzenden AFKs, um das Entstehen einer Lücke zwischen ihnen, durch welche wässrige Flüssigkeit oder Wasser oder Alkohol ROH oder alkoholische Lösung von der Seite SKK auf die Seite SA/MK fließen könnte, auszuschließen. Es ist deshalb vorteilhaft und bevorzugt, dass, wenn die Trennwand W mehr als eine AFK umfasst, in der Trennwand W alle von der T rennwand W umfassten AFKs durch mindestens ein T rennelement T voneinander getrennt sind, das heißt kein AFK direkt, also ohne dass ein Trennelement T dazwischen wäre, an ein anderes AFK anschließt.
Die Trennwand W ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die von der Trennwand W umfasste AFK FA sowohl über die Oberfläche OKK als auch über die Oberfläche OA/ K direkt kontaktierbar ist. In der Ausführungsform, in der die Trennwand W mindestens zwei AFKs FA, FB umfasst, ist es bevorzugt, dass alle von der Trennwand W umfassten AFKs sowohl über die Oberfläche OKK als auch über die Oberfläche OA/MK direkt kontaktierbar sind.
„Direkt kontaktierbar“ bedeutet mit Bezug auf die von der Trennwand W umfassten AFKs, dass mindestens ein Teil der Oberflächen OKK und OA/ K durch die Oberfläche der von der Trennwand W umfassten AFKs gebildet wird, das heißt, dass die von der Trennwand W umfassten AFKs an den beiden Oberflächen OKK und OA/MK unmittelbar zugänglich sind, so dass sie an den beiden Oberflächen OKK und OA/MK zum Beispiel mit wässriger Lösung, alkoholischer Lösung, Alkohol ROH oder Wasser benetzt werden können. Für die Anordnung der AFKs in der Trennwand W bedeutet dies, dass es für jede der von der Trennwand W umfassten AFKs einen Weg von der Oberfläche OKK auf der Seite SKK auf die Oberfläche OA/MK auf der Seite SA/MK gibt, der vollständig durch die jeweilige AFK führt.
Wenn die Trennwand W mindestens ein Trennelement T aufweist, ist typischerweise auch das mindestens eine Trennelement T sowohl über mindestens einen Teil der Oberfläche OKK als auch über mindestens einen Teil der Oberfläche OA/MK direkt kontaktierbar.
„Direkt kontaktierbar“ bedeutet mit Bezug auf das von der Trennwand W optional umfasste mindestens eine Trennelement T, dass ein Teil der Oberflächen OKK und OA/ K durch die Oberfläche des Trennelements T gebildet wird, das heißt dass das Trennelement T an den beiden Oberflächen OKK und OA/MK unmittelbar zugänglich ist, so dass das Trennelement T an den beiden Oberflächen OKK und OA/MK zum Beispiel mit wässriger Lösung, alkoholischer Lösung, Alkohol oder Wasser benetzt werden kann.
Für die Anordnung des optionalen Trennelements T in der Trennwand W bedeutet dies insbesondere, dass es für das von der Trennwand W optional umfasste Trennelement T einen Weg von der Oberfläche OKK auf der Seite SKK zur Oberfläche OA/MK auf der Seite SA/ K gibt, der durch das Trennelement T, und gegebenenfalls durch eine Dichtung Di, aber nicht durch eine AFK, führt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Trennwand W werden mindestens 50 %, bevorzugter mindestens 60 %, noch bevorzugter mindestens 70 %, noch bevorzugter mindestens 85 % der Oberfläche OA/MK durch die von der Trennwand W umfassten AFKs gebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Trennwand W werden mindestens 50 %, bevorzugter mindestens 60 %, noch bevorzugter mindestens 70 %, noch bevorzugter mindestens 85 % der Oberfläche OKK durch die von der Trennwand W umfassten AFKs gebildet.
In der Ausführungsform, in der die Trennwand W mehr als ein AFK aufweist, werden insbesondere 50 % bis 99 %, bevorzugter 60 % bis 96 %, noch bevorzugter 70 % bis 92 %, noch bevorzugter 85 % bis 90 % der Oberfläche OKK durch die von der Trennwand W umfassten AFKs gebildet wobei noch bevorzugter der Rest der Oberfläche OKK durch das Trennelement T und gegebenenfalls das Rahmenelement R gebildet werden. Gleichzeitig werden in der Ausführungsform, in der die Trennwand W mehr als ein AFK aufweist, insbesondere 50 % bis 99 %, bevorzugter 60 % bis 96 %, noch bevorzugter 70 % bis 92 %, noch bevorzugter 85 % bis 90 % der Oberfläche OA/ K durch die von der Trennwand W umfassten AFKs gebildet, wobei noch bevorzugter der Rest der Oberfläche OA/MK durch das Trennelement T und gegebenenfalls das Rahmenelement R gebildet werden. In der bevorzugten Ausführungsform umfasst die Trennwand W <16> eine alkalikationenleitende Festelektrolytkeramik FA und gegebenenfalls ein Rahmenelement R. Noch bevorzugter besteht die die Trennwand W <16> aus einer alkalikationenleitende Festelektrolytkeramik FA.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst die Trennwand W mindestens vier AFKs FA, FB, FC und FD, wobei sie dann noch bevorzugter genau vier AFKs FA, FB, Fc und FD umfasst.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Trennwand W mindestens neun AFKs FA, FB, FC, FD, FE, FF, FG, FH und F| wobei sie dann noch bevorzugter genau neun AFKs FA, FB, FC, FD, FE, FF, FG, FH und Fi umfasst.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Trennwand W mindestens zwölf AFKs FA, FB, FC, FD, FE, FF, FG, FH, FI, FJ, FK und FL, wobei sie dann noch bevorzugter genau zwölf AFKs FA, FB, FC, FD, FE, FF, FG, FH, FI, FJ, FK und FL umfasst.
Durch die Anordnung von mindestens zwei AFKs nebeneinander in der Trennwand W ergibt sich gegenüber der Anordnung nur einer AFK ein Vorteil, nämlich eine weitere Ausbreitungsrichtung für die AFKs bei den Temperaturschwankungen, die sich bei dem Betrieb der Elektrolysezelle ergeben. NaSICON-Scheiben, die als Trennwände fungieren, sind in Elektrolysezellen durch die Außenwände der Elektrolysezelle oder von massiven Kunststoffrahmen eingegrenzt. Die bei der Ausdehnung auftretenden mechanischen Spannungen innerhalb der NaSICON können damit nicht abgeleitet werden, was zum Bruch der Keramik führen kann.
Demgegenüber grenzen die einzelnen AFKs innerhalb der Trennwand W bevorzugt an das Trennelement T, was zu zwei vorteilhaften Effekten führt, die beide die Langzeitstabilität der AFK erhöhen: jedem AFK steht mindestens ein weiterer Freiheitsgrad zur Verfügung, das heißt eine Dimension, in die es sich ausdehnen kann. Neben der Ausdehnung in z-Richtung (= das heißt über die Dicke der Keramikscheibe im rechten Winkel zur Ebene der Trennwand W) ist nun auch eine Ausdehnung in x- und/oder y-Richtung möglich, d.h. in waagerechter und senkrechter Richtung innerhalb der Ebene der Trennwand W. Diese Ausdehnungsrichtung ist nicht gegeben oder zumindest stark eingeschränkt, wenn die AFKs zum Beispiel als massive Scheibe den Querschnitt der Elektrolysezelle durchspannen und an die massive Wand der Elektrolysezelle grenzen; gegenüber einer gleich großen Trennwand, die nur aus einem AFK besteht, resultiert die Aufteilung in mehrere kleine AFKs darin, dass die Spannungen, die innerhalb der kleineren AFKs auftreten, auch absolut kleiner sind, schneller abgeführt werden können und sich dadurch nicht so schnell zu einer Spannung aufbauen können, die zum Bruch der AFK führt.
Dadurch ist die Tendenz zu brechen, für die „aufgeteilten“ AFKs in der Trennwand W gegenüber dem Einsatz einer Scheibe deutlich reduziert.
1 .1 .4,1 Alkalikationenleitender Festelektrolytkeramik „AFK“
Als von der Trennwand umfassten alkalikationenleitende Festelektrolytkeramiken FA, FB etc. kommt jeder Festelektrolyt in Frage, durch welchen Kationen, insbesondere Alkalikationen, noch bevorzugter Natriumkationen, von der Seite SA/MK auf die Seite SKK transportiert werden können. Solche Festelektrolyten sind dem Fachmann bekannt und beispielsweise in der DE 10 2015 013 155 A1 , in der WO 2012/048032 A2, Absätze [0035], [0039], [0040], in der US 2010/0044242 A1 , Absätze [0040], [0041], in der DE 10360758 A1 , Absätze [014] bis [025] beschrieben. Sie werden kommerziell unter dem Namen NaSICON, LiSICON, KSICON vertrieben. Ein natriumionenleitender Festelektrolyt ist bevorzugt, wobei dieser noch bevorzugter eine NaSICON-Struktur aufweist. Erfindungsgemäß einsetzbare NaSICON-Strukturen sind außerdem beispielsweise beschrieben von N. Anantharamulu, K. Koteswara Rao, G. Rambabu, B. Vijaya Kumar, Velchuri Radha, M. Vithal, J Mater Sei 2011 , 46, 2821-2837.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Trennwand W weisen die von der Trennwand W umfassten alkalikationenleitende Festelektrolytkeramiken, und insbesondere die AFK FA, unabhängig voneinander eine NaSICON-Struktur der Formel M'i+2w+x-y+z MH W MIHx ZH w-x-y Mv y (SiO4)z (PO4)3-z auf.
M1 ist dabei ausgewählt aus Na+, Li+, bevorzugt Na+.
M11 ist dabei ein zweiwertiges Metallkation, bevorzugt ausgewählt aus Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, Co2+, Ni2+, bevorzugter ausgewählt aus Co2+, Ni2+.
M111 ist dabei ein dreiwertiges Metallkation, bevorzugt ausgewählt aus Al3+, Ga3+, Sc3+, La3+, Y3+, Gd3+, Sm3+, Lu3+, Fe3+, Cr3+, bevorzugter ausgewählt aus Sc3+, La3+, Y3+, Gd3+, Sm3+, besonders bevorzugt ausgewählt aus Sc3+, Y3+, La3+.
Mv ist dabei ein fünfwertiges Metallkation, bevorzugt ausgewählt aus V5+, Nb5+, Ta5+.
Die römischen Indizes I, II, III, IV, V geben die Oxidationszahlen an, in der die jeweiligen Metallkationen vorliegen. w, x, y, z sind reelle Zahlen, wobei gilt, dass 0 < x < 2, 0 < y < 2, 0 < w < 2, 0 < z < 3, und wobei w, x, y, z so gewählt werden, dass gilt 1 + 2w + x - y + z > 0 und 2 - w - x - y > 0. Die N aS I CON -Struktur hat dabei erfindungsgemäß noch bevorzugter eine Struktur der Formel Na(i + v)Zr2SivP(3-v)Oi2, wobei v eine reelle Zahl ist, für die 0 < v < 3 gilt. Am bevorzugtesten gilt v = 2.4
In einer bevorzugten Ausführungsform der Trennwand W, in der diese mindestens zwei AFKs FA, FB umfasst, weisen alle von der Trennwand W umfassten AFKs die gleiche Struktur auf.
1 .1 .4,2 Trennelement T
In den Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Trennwand W, in denen diese mindestens zwei AFKs FA, FB umfasst, umfasst die Trennwand W bevorzugt ein Trennelement T. Das Trennelement T trennt dann erfindungsgemäß mindestens zwei von der Trennwand W umfasste alkalikationenleitende Festelektrolytkeramiken FA und FB, das heißt es ist zwischen mindestens zwei von der Trennwand umfassten alkalikationenleitende Festelektrolytkeramiken FA und FB angeordnet.
Als Trennelement T, welches bevorzugt von der Trennwand W umfasst ist, eignet sich jeder Körper, durch den die jeweiligen AFKs voneinander getrennt angeordnet werden können. Die AFKs schließen dabei lückenlos an das Trennelement T an, um die Funktion der Trennwand nicht zu beeinträchtigen, die in der Elektrolysezelle E die Kathodenkammer flüssigkeitsdicht von der benachbarten Mittel- bzw. Anodenkammer abtrennen soll.
Die Form des T rennelements T kann vom Fachmann in Abhängigkeit von der Anzahl der AFKs, die die Trennwand in der bevorzugten Ausführungsform umfasst, gewählt werden.
Umfasst die Trennwand beispielsweise zwei oder drei AFKs, können diese jeweils durch einen zwischen den AFKs angeordneten Steg als Trennelement T getrennt werden.
Umfasst die Trennwand vier oder mehr AFKs, können diese durch ein Trennelement T, welches die Form eines Kreuzes oder Gitters hat, getrennt werden.
In den Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Trennwand W, in denen diese mindestens zwei AFKs FA, FB umfasst, ist es besonders bevorzugt, dass die Trennwand W mindestens vier AFKs umfasst und noch bevorzugter, dass das Trennelement T dann kreuzförmig oder gitterförmig ist, da dann gewährleistet ist, dass den AFKs alle drei Dimensionen vollständig für die thermische Ausdehnung/Schrumpfung zur Verfügung stehen.
Das Trennelement T kann dabei aus einem Stück bestehen. Dann wird der AFK zum Beispiel mit einem dem Fachmann bekannten Mittel lückenlos an das Trennelement T befestigt, zum Beispiel über einen Klebstoff, wobei bevorzugt Epoxidharze, Phenolharze genutzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Trennelement T auch so ausgeformt sein, dass das jeweilige AFK in das Trennelement eingepasst oder eingeklemmt werden kann. Dies kann schon bei der Herstellung der Trennwand W entsprechend durchgeführt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform, in denen die Trennwand W ein Trennelement umfasst, umfasst diese insbesondere zwischen Trennelement T und den AFKs, eine Dichtung Di (Abbildungen 3 B, 3 C). Dadurch wird eine besonders gut gewährleistet, dass die Trennwand W flüssigkeitsdicht ist. Die Dichtung Di kann vom Fachmann für die jeweilige AFK bzw. das jeweilige Trennelement T ausgewählt werden.
Die Dichtung Di umfasst insbesondere ein Material, welches aus der Gruppe bestehend aus Elastomeren, Klebstoffe, bevorzugt Elastomeren, ausgewählt ist.
Als Elastomer kommt insbesondere Kautschuk in Betracht, bevorzugt Ethylen-Propylen-Dien- Kautschuk („EPDM“), Fluor-Polymer-Kautschuk („FPM“), Perfluorpolymerkautschuk („FFPM“), Acrylnitrilbutadienkautschuk („NBR“).
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Trennelement T mindestens zwei Teile Ti und T2, die aneinander befestigt werden können und so die AFKs zwischen sich einklemmen.
In dieser Ausführungsform ist es besonders bevorzugt, dann zwischen Trennelement T und AFK noch eine Dichtung Di anzubringen, um die Flüssigkeitsdichte zu gewährleisten.
Das Trennelement T umfasst bevorzugt ein Material, welches aus der Gruppe bestehend aus Kunststoff, Glas, Holz ausgewählt ist. Besonders bevorzugt ist das Trennelement T aus Kunststoff. Noch bevorzugter handelt es sich bei dem Kunststoff um einen, der aus der Gruppe bestehend aus Polypropylen, Polystyren, Polyvinylchlorid, nachchloriertes Polyvinylchlorid („PVC-C“) ausgewählt ist.
1 .1 .4.3 Rahmenelement R
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Trennwand W auch ein Rahmenelement R. Das Rahmenelement R unterscheidet sich dadurch vom Trennelement T, dass es nicht zwischen den von der Trennwand W umfassten alkalikationenleitenden Festelektrolytkeramiken angeordnet ist, diese also nicht voneinander trennt. Das Rahmenelement R begrenzt insbesondere die Oberflächen OKK und OA/MK mindestens teilweise, bevorzugt vollständig. Das bedeutet insbesondere: Das Rahmenelement R umschließt die Oberflächen OKK und OA/MK mindestens teilweise, bevorzugt vollständig. Das Rahmenelement R kann dabei als ein Teil der Oberflächen OKK und OA/MK ausgebildet sein oder nicht. Bevorzugt ist das Rahmenelement R als ein Teil der Oberflächen OKK und OA/MK ausgebildet.
Das Rahmenelement R ist insbesondere über die Oberflächen OKK und OA/MK direkt kontaktierbar oder nicht direkt kontaktierbar, bevorzugt direkt kontaktierbar.
„Nicht direkt kontaktierbar“ bedeutet mit Bezug auf das von der Trennwand W optional umfasste Rahmenelement R, dass das Rahmenelement R ausschließlich als mindestens ein Teil der Oberflächen jener Seiten der Trennwand ausgebildet ist, bei denen es sich nicht um die Seiten SKK und SA/ K handelt. Insbesondere bildet das Rahmenelement R dann mindestens 1 %, bevorzugter mindestens 25 %, bevorzugter mindestens 50 %, noch bevorzugter 100 % der Oberflächen der Seiten der Trennwand aus, bei denen es sich nicht um die Seiten SKK und SA/MK handelt.
„Direkt kontaktierbar“ bedeutet mit Bezug auf das von der Trennwand W optional umfasste Rahmenelement R, dass ein Teil der Oberflächen OKK und OA/MK durch die Oberfläche des Rahmenelements R gebildet wird, das heißt, dass das von der Trennwand W umfasste Rahmenelement R an den beiden Oberflächen OKK und OA/ K unmittelbar zugänglich sind, so dass es an den beiden Oberflächen OKK und OA/MK zum Beispiel mit wässriger Lösung, alkoholischer Lösung, Alkohol oder Wasser benetzt werden kann.
Für die Anordnung des Rahmenelements R in der T rennwand W bedeutet dies, dass es dann einen Weg von der Oberfläche OKK auf der Seite SKK auf die Oberfläche OA/MK auf der Seite SA/MK gibt, der vollständig durch das Rahmenelement R führt.
Dies schließt die folgenden Ausführungsformen ein:
- ein Teil des Randes der Oberflächen OKK und OA K wird durch das Rahmenelement R gebildet (wie in den Abbildungen 4 B, 4 D gezeigt);
- der Rand der Oberflächen OKK und OA/MK wird vollständig durch das Rahmenelement R gebildet (wie in den Abbildungen 4 A, 4 C, 7 A, 7 B gezeigt);
Dabei kann das Rahmenelement R zusätzlich auch als mindestens ein Teil der Oberflächen jener Seiten der Trennwand W ausgebildet sein, bei denen es sich nicht um die Seiten SKK und SA/MK handelt. Insbesondere bildet das Rahmenelement R mindestens 1 %, bevorzugter mindestens 25 %, bevorzugter mindestens 50 %, noch bevorzugter 100 % der Oberflächen der Seiten der Trennwand W aus, bei denen es sich nicht um die Seiten SKK und SA/MK handelt. In Fig. 4 B und Fig. 4 D sind beispielsweise Ausführungsformen gezeigt, in denen das Rahmenelement R einen Teil der Oberflächen jener Seiten der Trennwand W ausbildet, bei denen es sich nicht um die Seiten SKK und SA/MK handelt.
In Fig. 4 A und Fig. 4 C sind beispielsweise Ausführungsformen gezeigt, in denen das Rahmenelement R die Oberflächen jener Seiten der Trennwand W, bei denen es sich nicht um die Seiten SKK und SA/MK handelt, vollständig ausbildet.
Das Rahmenelement R ist insbesondere aus einem Material, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Kunststoff, Glas, Holz ausgewählt ist. Besonders bevorzugt ist das Rahmenelement R aus Kunststoff.
Noch bevorzugter handelt es sich bei dem Kunststoff um einen, der aus der Gruppe bestehend aus Polypropylen, Polystyren, Polyvinylchlorid, PVC-C ausgewählt ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind, wenn die Trennwand W ein Trennelement T und ein Rahmenelement R umfasst, das Rahmenelement R und das Trennelement T aus dem gleichen Material, noch bevorzugter sind beide aus Kunststoff, der noch bevorzugter ausgewählt ist aus Polypropylen, Polystyren, Polyvinylchlorid, PVC-C.
Das Rahmenelement R kann dabei aus einem Stück bestehen. Dann wird derAFK zum Beispiel mit einem dem Fachmann bekannten Mittel lückenlos an das Rahmenelement R befestigt, zum Beispiel über einen Klebstoff, wozu sich besonders Epoxidharze und Phenolharze eignen.
Alternativ oder zusätzlich kann das Rahmenelement R auch so ausgeformt sein, dass das jeweilige AFK in das Rahmenelement R eingepasst oder eingeklemmt werden kann.
Dies bedeutet auch, dass in der bevorzugten Ausführungsform, in der die Trennwand W mindestens zwei AFKs FA, FB, mindestens ein Trennelement T und ein Rahmenelement R umfasst, die AFKs, das mindestens eine Trennelement T und das Rahmenelement R lückenlos aneinander anschließen.
Somit existieren dann keine Lücken, zwischen Trennelement T, Rahmenelement R und den von der Trennwand umfassten AFKs, durch welche Alkohol ROH, alkoholische Lösung, wässrige Lösung oder Wasser von der Seite SKK auf die Seite SA/ K oder umgekehrt fließen könnte.
Daneben kann, insbesondere wenn die Trennwand W mindestens zwei AFKs FA, FB, ein Rahmenelement R und mindestens ein Trennelement T umfasst, und das Rahmenelement R und das mindestens eine Trennelement T mindestens teilweise einstückig ausgebildet sind, das Rahmenelement R aus mindestens zwei Teilen bestehen, die aneinander befestigt sind und dabei die AFKs zwischen sich einklemmen. Beispielsweise kann die Trennwand W dann ein Scharnier aufweisen, an dem sich die beiden Teile des Rahmenelements R auf- und zuklappen lassen. Weiterhin kann die die Trennwand W dann ein Schloss aufweisen, an dem sich die beiden Teile des Rahmenelements R im zugeklappten Zustand arretieren lassen (Abbildung 7 A).
Im zugeklappten Zustand können dann die AFKs und, falls dieses nicht schon einstückig mit dem Rahmenelement R ausgebildet ist, das Trennelement T zwischen dem Rahmenelement R eingeklemmt werden. In dieser Ausführungsform kann dann zwischen Trennelement T und AFK bzw. Rahmenelement R und AFK noch eine Dichtung angebracht sein, um die Flüssigkeitsdichte zu gewährleisten.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist, wenn die Trennwand W mindestens zwei AFKs FA, FB, ein Rahmenelement R und mindestens ein Trennelement T umfasst, mindestens ein Teil des Trennelements T einstückig mit mindestens einem Teil des Rahmenelements R ausgebildet. Dies bedeutet insbesondere, dass dann mindestens ein Teil des Trennelements T in das Rahmenelement R übergeht.
Bevorzugt liegen das mindestens eine Trennelement T und das Rahmenelement R dann einstückig vor.
Die Ausführungsform eines Rahmenelements R hat den Vorteil, dass es beim Zusammenbau der Elektrolysezelle E als Teil der Außenwand fungieren kann. Dieser Teil der Trennwand W kontaktiert die Lösungen im jeweiligen Innenraum IKK, IKA bzw. IKM nicht, weshalb es Verschwendung wäre, für diesen Teil die mindestens eine Festelektrolytkeramik FA ZU nehmen. Daneben ist der Teil der Trennwand W, welcher zwischen die Außenwand geklemmt oder ein Teil davon bildet, Drücken ausgesetzt, was die brüchige Festelektrolytkeramik FA ungeeignet macht. Stattdessen wird somit ein bruchsicheres und billigeres Material für den Rahmen R ausgewählt.
1.1.4,4 Herstellung der Trennwand W
Die Trennwand W kann nach dem Fachmann bekannten Verfahren hergestellt werden.
Als Trennwand W kann in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens eine AFK FA genutzt werden, die nach dem Fachmann bekannten Verfahren geschnitten oder geformt wird.
Umfasst die Trennwand W ein Rahmenelement R oder mindestens ein Trennelement T, können die von der Trennwand umfassten AFKs, gegebenenfalls mit Dichtungen, in eine Gießform eingelegt werden und das Trennelement über flüssigen Kunststoff gegossen und dann erstarren gelassen werden (Spritzgussverfahren). Beim Erstarren umschließt dieser dann die AFKs.
Alternativ wird das Trennelement T separat gegossen (bzw. in Teilen) und dann lückenlos an die mindestens zwei AFKs befestigt (zum Beispiel geklebt). 1 .1 .4.5 Anordnung der Trennwand W in der Elektrolvsezelle E
1) Die Trennwand W ist in der Elektrolysezelle E so angeordnet, dass die von der Trennwand W umfasste alkalikationenleitende Festelektrolytkeramik FA den Innenraum IKK auf der Seite SKK über die Oberfläche OKK direkt kontaktiert.
Wenn die Trennwand W mindestens zwei AFKs FA, FB, mindestens ein Trennelement T und gegebenenfalls ein Rahmenelement R umfasst, ist die Trennwand W in der Elektrolysezelle E so angeordnet, dass die von der Trennwand W umfassten alkalikationenleitenden Festelektrolytkeramiken FA und FB und bevorzugt auch das Trennelement T, den Innenraum IKK auf der Seite SKK über die Oberfläche OKK direkt kontaktieren.
Dies bedeutet, dass die Trennwand W in der Elektrolysezelle E so angeordnet ist, dass, wenn der Innenraum IKK auf der Seite SKK mit Lösung L2 vollständig gefüllt ist, dass die Lösung L2 dann über die Oberfläche OKK mindestens die von der Trennwand W umfasste alkalikationenleitende Festelektrolytkeramik FA kontaktiert, so dass Ionen (z.B. Alkalimetallionen wie Natrium, Lithium, Kalium) aus FA in die Lösung L2 eintreten können.
Wenn die Trennwand W mindestens zwei AFKs FA, FB, mindestens ein Trennelement T und gegebenenfalls ein Rahmenelement R umfasst, bedeutet dies, dass die Trennwand W in der Elektrolysezelle E so angeordnet ist, dass, wenn der Innenraum IKK auf der Seite SKK mit Lösung L2 vollständig gefüllt ist, dass die Lösung L2 dann über die Oberfläche OKK mindestens die zwei von der Trennwand W umfassten alkalikationenleitenden Festelektrolytkeramiken FA und FB und bevorzugt auch das Trennelement T so kontaktiert, dass Ionen (z.B. Alkalimetallionen wie Natrium, Lithium, Kalium) aus FA und FB, in die Lösung L2 eintreten können.
2) Zusätzlich ist die Trennwand W in den Ausführungsformen, in denen die Elektrolysezelle E keine Mittelkammer KM umfasst, so in der Elektrolysezelle E angeordnet, dass die von der Trennwand W umfasste alkalikationenleitende Festelektrolytkeramik FA den Innenraum IKA auf der Seite SA/ K über die Oberfläche OA/MK direkt kontaktiert.
Wenn die Trennwand W mindestens zwei AFKs FA, FB, mindestens ein Trennelement T und gegebenenfalls ein Rahmenelement R umfasst, und wenn die Elektrolysezelle E keine Mittelkammer umfasst, bedeutet dies, dass die Trennwand W so in der Elektrolysezelle E angeordnet ist, dass die von der Trennwand W umfassten alkalikationenleitenden Festelektrolytkeramiken, und bevorzugt auch das Trennelement T, den Innenraum IKA auf der Seite SA/MK über die Oberfläche OA/MK direkt kontaktieren.
Dies bedeutet Folgendes: in den Ausführungsformen, in denen die Elektrolysezelle E keine Mittelkammer KM umfasst, grenzt die Trennwand W an den Innenraum IKA der Anodenkammer KA. In diesen Ausführungsformen ist die Trennwand W in der Elektrolysezelle E dann so angeordnet, dass, wenn der Innenraum IKA auf der Seite SA/MK mit Lösung l_3 vollständig gefüllt ist, dass die Lösung L3 dann über die Oberfläche OA/MK mindestens die von der Trennwand W umfasste alkalikationenleitende Festelektrolytkeramik FA kontaktiert, so dass Ionen (z.B. Alkalimetallionen wie Natrium, Lithium, Kalium) aus der Lösung L4 in die AFK FA eintreten können.
Wenn die Trennwand W mindestens zwei AFKs FA, FB, mindestens ein Trennelement T und gegebenenfalls ein Rahmenelement R umfasst, bedeutet dies dann, dass die Trennwand W in der Elektrolysezelle E so angeordnet ist, dass, wenn der Innenraum IKA auf der Seite SA/MK mit Lösung L3 vollständig gefüllt ist, dass die Lösung L3 dann über die Oberfläche OA/ K mindestens die zwei von der Trennwand W umfassten alkalikationenleitenden Festelektrolytkeramiken FA und FB und bevorzugt auch das Trennelement T so kontaktiert, dass Ionen (z.B. Alkalimetallionen wie Natrium, Lithium) aus der Lösung L3 in die AFK FA und FB eintreten können.
3) Zusätzlich ist die Trennwand W in den Fällen, in denen die Elektrolysezelle E mindestens eine Mittelkammer KM umfasst, so in der Elektrolysezelle E angeordnet, dass die von der Trennwand W umfassten alkalikationenleitende Festelektrolytkeramik FÄ den Innenraum IKM auf der Seite SA/MK über die Oberfläche OA/MK direkt kontaktiert.
Wenn die Trennwand W mindestens zwei AFKs FA, FB, mindestens ein Trennelement T und gegebenenfalls ein Rahmenelement R umfasst, und wenn die Elektrolysezelle E mindestens eine Mittelkammer M umfasst, bedeutet dies, dass die Trennwand W so in der Elektrolysezelle E angeordnet ist, dass die von der Trennwand W umfassten alkalikationenleitenden Festelektrolytkeramiken, und bevorzugt auch das Trennelement T, den Innenraum IKM auf der Seite SA/ K über die Oberfläche OA/MK direkt kontaktieren.
Dies bedeutet Folgendes: in den Ausführungsformen, in denen die Elektrolysezelle E mindestens eine Mittelkammer KM umfasst, grenzt die Trennwand W an den Innenraum IKM der Mittelkammer KM.
In diesen Ausführungsformen ist die Trennwand W in der Elektrolysezelle E dann so angeordnet, dass, wenn der Innenraum IKM auf der Seite SA/MK mit Lösung L3 vollständig gefüllt ist, dass die Lösung L3 dann über die Oberfläche OA/MK mindestens die von der Trennwand W umfasste alkalikationenleitende Festelektrolytkeramik FA kontaktiert, so dass Ionen (z.B. Alkalimetallionen wie Natrium, Lithium, Kalium) aus der Lösung L3 in die AFK FA eintreten können.
Wenn die Trennwand W mindestens zwei AFKs FA, FB, mindestens ein Trennelement T und gegebenenfalls ein Rahmenelement R umfasst, bedeutet dies dann, dass die Trennwand W in der Elektrolysezelle E so angeordnet ist, dass, wenn der Innenraum IKM auf der Seite SA/MK mit Lösung Ls vollständig gefüllt ist, dass die Lösung L3 dann über die Oberfläche OA/MK mindestens die zwei von der Trennwand W umfassten alkalikationenleitenden Festelektrolytkeramiken FA und FB und bevorzugt auch das Trennelement T so kontaktiert, dass Ionen (z.B. Alkalimetallionen wie Natrium, Lithium) aus der Lösung L3 in die AFK FA und FB eintreten können.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Elektrolysezelle E kontaktieren mindestens 50 %, insbesondere mindestens 70 %, bevorzugt mindestes 90 %, am bevorzugtesten 100 % des Teils der Oberfläche OKK, der durch AFKs gebildet wird, den Innenraum IKK.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Elektrolysezelle E ohne Mittelkammer kontaktieren mindestens 50 %, insbesondere mindestens 70 %, bevorzugt mindestes 90 %, am bevorzugtesten 100 % des Teils der Oberfläche OA/MK, der durch AFKs gebildet wird, den Innenraum IKA.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Elektrolysezelle E mit mindestens einer Mittelkammer kontaktieren mindestens 50 %, insbesondere mindestens 70 %, bevorzugt mindestes 90 %, am bevorzugtesten 100 % des Teils der Oberfläche OA/ K, der durch AFKs gebildet wird, den Innenraum IK .
1.2 Schritt (a) des erfindunqsqemäßen Verfahrens
Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft die Herstellung einer Lösung Li eines Alkoholats MAOR in ROH, wobei MA ein Alkalimetallkation ist, und wobei R ein Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ist. Das Verfahren wird in einer Elektrolysezelle E durchgeführt.
Bevorzugt ist MA aus der Gruppe bestehend aus Li+, K+, Na+, bevorzugter aus der Gruppe bestehend aus K+, Na+ ausgewählt. Am bevorzugtesten ist MA = Na+.
R ist bevorzugt ein Alkylrest mit 1 bis 5, bevorzugter 1 bis 4, noch bevorzugter 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, und noch bevorzugter R = Methyl oder Ethyl, am bevorzugtesten R = Methyl.
1.2.1 Erfindungsgemäßes Verfahren in einer Elektrolysezelle E ohne Mittelkammer KM
In den Fällen, in denen die Elektrolysezelle E keine Mittelkammer KM umfasst, werden die gleichzeitig ablaufenden Schritt (a1), (a2), (a3) durchgeführt.
1.2.1.1 Schritt (a1)
Im Schritt (a1) wird eine Lösung Lz umfassend ROH, bevorzugt umfassend ein Alkalimetallalkoholat MAOR und ROH, durch IKK geleitet.
Die Lösung Lz ist bevorzugt frei von Wasser. „Frei von Wasser“ bedeutet erfindungsgemäß, dass das Gewicht des Wassers in der Lösung Lz bezogen auf das Gewicht aller Alkohole ROH in der Lösung Lz (Massenverhältnis) < 1 : 10, bevorzugter e 1 : 20, noch bevorzugter e 1 : 100, noch bevorzugter e 0.5 : 100, noch bevorzugter e 1 : 1000, noch bevorzugter e 1 : 10000 ist.
Umfasst die Lösung Lz MAOR, SO liegt der Massenanteil von MAOR in der Lösung Lz, bezogen auf die gesamte Lösung Lz, insbesondere bei > 0 bis 30 Gew.-%, bevorzugt bei 0.1 bis 20 Gew.-%, noch bevorzugter bei 0.2 bis 10 Gew.-%, noch bevorzugter bei 0.5 bis 5 Gew.-%, am bevorzugtesten bei 0.7 bis 2 Gew.-%, am allerbevorzugtesten bei 1 Gew.-%.
Umfasst die Lösung Lz MAOR, SO liegt in der Lösung Lz insbesondere das Massenverhältnis von MAOR ZU ROH im Bereich 1 : 1000 bis 1 : 5, bevorzugter im Bereich 1 : 250 bis 3 : 20, noch bevorzugter im Bereich 1 : 120 bis 1 : 8, noch bevorzugter bei 1 : 100.
1.2.1.2 Schritt (a2)
In Schritt (a2) wird eine neutrale oder alkalische, wässrige Lösung L3 eines Salzes S umfassend MA als Kation durch IKA geleitet. Das Salz S ist bevorzugt ein Halogenid, Sulfat, Sulfit, Nitrat, Hydrogencarbonat oder Carbonat von MA, noch bevorzugter ein Halogenid.
Halogenide sind Fluoride, Chloride, Bromide, Jodide. Das bevorzugteste Halogenid ist Chlorid.
Der pH der wässrigen Lösung L3 ist dabei > 7.0, bevorzugt im Bereich 7 bis 12, bevorzugter im Bereich 8 bis 11 , noch bevorzugter 10 bis 11 , am bevorzugtesten bei 10.5.
Der Massenanteil des Salzes S in der Lösung L3 liegt dabei bevorzugt im Bereich > 0 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 20 Gew.-%, bevorzugter bei 5 bis 20 Gew.-%, noch bevorzugter bei 10 bis 20 Gew.-%, am bevorzugtesten bei 20 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Lösung L3.
1 .2.1.3 Schritt
Figure imgf000038_0001
Im Schritt (a3) wird dann eine Spannung zwischen EA und EK angelegt.
Dadurch kommt es zu einem Stromtransport von der Ladungsquelle zur Anode, zu einem Ladungstransport über Ionen zur Kathode und schließlich zu einem Stromtransport zurück zur Ladungsquelle. Die Ladungsquelle ist dem Fachmann bekannt und ist typischerweise ein Gleichrichter, der Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt und über Spannungsumwandler bestimmte Spannungen erzeugen kann.
Dies hat wiederum folgende Konsequenzen: am Ablauf AKK wird die Lösung Li erhalten, wobei die Konzentration von MAOR in Li höher ist als in L2, am Ablauf AKA wird eine wässrige Lösung L4 von S erhalten, wobei die Konzentration von S in L4 geringer ist als in L3.
Im Schritt (a3) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird insbesondere eine solche Spannung angelegt, dass so ein Strom fließt, so dass die Stromdichte (= Verhältnis des Stroms, der zur Elektrolysezelle fließt, zur Fläche des Festelektrolyten, die den in IKA befindlichen Anolyten kontaktiert) im Bereich von 10 bis 8000 A/ m2 liegt, bevorzugter im Bereich von 100 bis 2000 A/ m2 liegt, noch bevorzugter im Bereich von 300 bis 800 A/ m2, noch bevorzugter bei 494 A/ m2 liegt. Dies kann vom Fachmann standardmäßig bestimmt werden. Die Fläche des Festelektrolyten, die den im Innenraum IKA der Anodenkammer KA befindlichen Anolyten kontaktiert, beträgt insbesondere 0.00001 bis 10 m2, bevorzugt 0.0001 bis 2.5 m2, bevorzugter 0.0002 bis 0.15 m2, noch bevorzugter 2.83 cm2. Es versteht sich von selbst, dass der Schritt (a3) des erfindungsgemäßen Verfahrens dann durchgeführt wird, wenn der Innenraum IKA der Anodenkammer KA mindestens teilweise mit L3 beladen ist und der Innenraum IKK der Kathodenkammer KK mit L2 mindestens teilweise beladen ist, so dass sowohl L3 als auch L2 die von der Trennwand W umfassten AFKs kontaktieren und insbesondere auch das Trennelement T, wenn die Trennwand W ein solches umfasst, kontaktieren.
Die Tatsache, dass in Schritt (a3) ein Ladungstransport zwischen EA und EK stattfindet, impliziert, dass IKK und IKA gleichzeitig mit L2 bzw. L3 so beladen sind, dass sie die Elektroden EK bzw. EÄ so weit bedecken, dass der Stromkreislauf geschlossen ist.
Das ist insbesondere dann der Fall, wenn kontinuierlich ein Flüssigkeitsstrom von L3 durch IKA und ein Flüssigkeitsstrom von L2 durch IKK geleitet wird und der Flüssigkeitsstrom von L3 die Elektrode EA und der Flüssigkeitsstrom von L2 die Elektrode EK mindestens teilweise, bevorzugt vollständig bedeckt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren gemäß der Erfindung kontinuierlich durchgeführt, also Schritt (a1) und Schritt (ct2) kontinuierlich durchgeführt und dabei gemäß Schritt (a3) Spannung angelegt.
Nach Durchführung des Schrittes (a3) wird am Ablauf AKK die Lösung Li erhalten, wobei die Konzentration von MAOR in Li höher ist als in L2. Wenn L2 schon MAOR umfasste, ist die Konzentration von MAOR in Li bevorzugt um das 1.01 bis 200.2-fache, bevorzugter um das 5.04 bis 100.8-fache, noch bevorzugter um das 10.077 bis 50.4-fache, noch mehr bevorzugter um das 18.077 bis 20.08-fache höher als in L2, am bevorzugtesten um das 20.00-fache höher als in L2, wobei noch bevorzugter dabei der Massenanteil von MAOR in Li und in L2 im Bereich 0.1 bis 50 Gew.-%, noch mehr bevorzugter 1 bis 20 Gew.-% liegt.
Am Ablauf AKA wird eine wässrige Lösung L4 von S erhalten, wobei die Konzentration von S in L4 geringer ist als in L3.
Die Konzentration des Kations MA in der wässrigen Lösung L3 liegt bevorzugt im Bereich 0.5 bis 5 mol/l, bevorzugter 1 mol/l. Die Konzentration des Kations MA in der wässrigen Lösung L4 ist bevorzugter 0.5 mol/l geringer als jene der jeweils eingesetzten wässrigen Lösung L3.
Insbesondere werden die Schritte (a1) bis (a3) des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer Temperatur von 20 °C bis 110 °C, bevorzugt 50 °C bis 105 °C, bevorzugter 80 °C bis 99 °C, noch bevorzugter 90 °C bis 95 °C und einem Druck von 0.5 bar bis 1.5 bar, bevorzugt 0.9 bar bis 1.1 bar, bevorzugter 1 .0 bar durchgeführt. Bei der Durchführung der Schritte (a1) bis (a3) des erfindungsgemäßen Verfahrens entsteht in IKK typischerweise Wasserstoff, der über den Ablauf AKK aus der Zelle zusammen mit der Lösung Li abgeführt werden kann. Die Mischung aus Wasserstoff und Lösung Li kann dann in einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nach dem Fachmann bekannten Verfahren aufgetrennt werden. In IKA, wenn es sich bei der eingesetzten Alkalimetallverbindung um ein Halogenid, insbesondere Chlorid handelt, kann Chlor oder ein anderes Halogengas entstehen, welches über den Ablauf AKK aus der Zelle zusammen mit der Lösung L4 abgeführt werden kann. Daneben kann auch Sauerstoff oder/und Kohlendioxid entstehen, was ebenso abgeführt werden kann. Die Mischung aus Chlor, Sauerstoff und/oder CO2 und Lösung L4 kann dann in einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nach dem Fachmann bekannten Verfahren aufgetrennt werden. Genauso kann dann nach Abtrennung der Gase Chlor, Sauerstoff und/oder CO2 von der Lösung L4 diese nach dem Fachmann bekannten Verfahren voneinander abgetrennt werden.
7.2.2 Erfindungsgemäßes Verfahren in einer Elektrolysezelle E mit Mittelkammer KM
In den Fällen, in denen die Elektrolysezelle E mindestens eine Mittelkammer KM umfasst, werden die gleichzeitig ablaufenden Schritte (ß1), (ß2), (ß3) durchgeführt.
Es ist bevorzugt, dass die Elektrolysezelle E mindestens eine Mittelkammer K umfasst, und dann die gleichzeitig ablaufenden Schritte (ß1), (ß2), (ß3) durchgeführt werden.
1 .2,2.1 Schritt (B1)
Im Schritt (ß1) wird eine Lösung L2 umfassend ROH, bevorzugt umfassend ein Alkalimetallalkoholat MAOR und ROH, durch IKK geleitet.
Die Lösung L2 ist bevorzugt frei von Wasser. „Frei von Wasser“ bedeutet erfindungsgemäß, dass das Gewicht des Wassers in der Lösung L2 bezogen auf das Gewicht aller Alkohole ROH in der Lösung L2 (Massenverhältnis) 1 : 10, bevorzugter 1 : 20, noch bevorzugter < 1 : 100, noch bevorzugter 0.5 : 100 ist.
Umfasst die Lösung L2 MAOR, SO liegt der Massenanteil von MAOR in der Lösung L2, bezogen auf die gesamte Lösung L2, insbesondere bei > 0 bis 30 Gew.-%, bevorzugt bei 0.1 bis 20 Gew.-%, noch bevorzugter bei 0.2 bis 10 Gew.-%, noch bevorzugter bei 0.5 bis 5 Gew.-%, am bevorzugtesten bei 0.7 bis 2 Gew.-%, am allerbevorzugtesten bei 1 Gew.-%.
Umfasst die Lösung L2 MAOR, SO liegt in der Lösung L2 insbesondere das Massenverhältnis von MAOR ZU ROH im Bereich 1 : 1000 bis 1 : 5, bevorzugter im Bereich 1 : 250 bis 3 : 20, noch bevorzugter im Bereich 1 : 120 bis 1 : 8, noch bevorzugter bei 1 : 100. 1 .2.2.2 Schritt
Figure imgf000041_0001
In Schritt (ß2) wird eine neutrale oder alkalische, wässrige Lösung L3 eines Salzes S umfassend MA als Kation durch IKM, dann über VAM, dann durch IKA geleitet.
Das Salz S ist bevorzugt ein Halogenid, Sulfat, Sulfit, Nitrat, Hydrogencarbonat oder Carbonat von MA, noch bevorzugter ein Halogenid.
Halogenide sind Fluoride, Chloride, Bromide, Jodide. Das bevorzugteste Halogenid ist Chlorid.
Der pH der wässrigen Lösung L3 ist dabei > 7.0, bevorzugt im Bereich 7 bis 12, bevorzugter im Bereich 8 bis 1 1 , noch bevorzugter 10 bis 11 , am bevorzugtesten bei 10.5.
Der Massenanteil des Salzes S In der Lösung L3 Hegt dabei bevorzugt im Bereich > 0 bis
20 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 20 Gew.-%, bevorzugter bei 5 bis 20 Gew.-%, noch bevorzugter bei 10 bis 20 Gew.-%, am bevorzugtesten bei 20 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Lösung L3.
1 .2.2.3 Schritt (83)
Im Schritt (ß3) wird dann eine Spannung zwischen EA und EK angelegt.
Dadurch kommt es zu einem Stromtransport von der Ladungsquelle zur Anode, zu einem Ladungstransport über Ionen zur Kathode und schließlich zu einem Stromtransport zurück zur Ladungsquelle. Die Ladungsquelle ist dem Fachmann bekannt und ist typischerweise ein Gleichrichter, der Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt und über Spannungsumwandler bestimmte Spannungen erzeugen kann.
Dies hat wiederum folgende Konsequenzen: am Ablauf AKK wird die Lösung Li erhalten, wobei die Konzentration von MAOR in Li höher ist als in L2, am Ablauf AKA wird eine wässrige Lösung L4 von S erhalten, wobei die Konzentration von S in L4 geringer ist als in L3.
Im Schritt (ß3) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird insbesondere eine solche Spannung angelegt, dass so ein Strom fließt, so dass die Stromdichte (= Verhältnis des Stroms, der zur Elektrolysezelle fließt, zur Fläche des Festelektrolyten, die den in IKM befindlichen Anolyten kontaktiert) im Bereich von 10 bis 8000 A/ m2 liegt, bevorzugter im Bereich von 100 bis 2000 A/ m2 liegt, noch bevorzugter im Bereich von 300 bis 800 A/ m2, noch bevorzugter bei 494 A/ m2 liegt. Dies kann vom Fachmann standardmäßig bestimmt werden. Die Fläche des Festelektrolyten, die den in der Mittelkammer KM befindlichen Anolyten kontaktiert beträgt insbesondere 0.00001 bis 10 m2, bevorzugt 0.0001 bis 2.5 m2, bevorzugter 0.0002 bis 0.15 m2, noch bevorzugter 2.83 cm2.
Es versteht sich von selbst, dass der Schritt (ß3) des erfindungsgemäßen Verfahrens dann durchgeführt wird, wenn die Innenräume IKA und IKM beider Kammern M und KA mindestens teilweise mit L3 beladen sind und der Innenraum IKK mit L2 mindestens teilweise beladen Ist, so dass sowohl L3 als auch L2 die von der Trennwand umfassten Festelektrolyten kontaktieren und insbesondere auch das Trennelement T, wenn die Trennwand W ein solches umfasst, kontaktieren.
Die Tatsache, dass in Schritt (ß3) ein Ladungstransport zwischen EÄ und EK stattfindet, impliziert, dass IKK, IKM und IKA gleichzeitig mit L2 bzw. L3 so beladen sind, dass sie die Elektroden EK bzw. EÄ so weit bedecken, dass der Stromkreislauf geschlossen ist.
Das ist insbesondere dann der Fall, wenn kontinuierlich ein Flüssigkeitsstrom von L3 durch IKM, VA und IKA und ein Flüssigkeitsstrom von L2 durch IKK geleitet wird und der Flüssigkeitsstrom von L3 die Elektrode EA und der Flüssigkeitsstrom von L2 die Elektrode EK mindestens teilweise, bevorzugt vollständig bedeckt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren gemäß der Erfindung kontinuierlich durchgeführt, also Schritt (ß1 ) und Schritt (ß2) kontinuierlich durchgeführt und dabei gemäß Schritt (ß3) Spannung angelegt.
Nach Durchführung des Schrittes (ß3) wird am Ablauf AKK die Lösung Li erhalten, wobei die Konzentration von AOR in Li höher ist als in L2. Wenn L2 schon MAOR umfasste, ist die Konzentration von AOR in Li bevorzugt um das 1.01 bis 200.2-fache, bevorzugter um das 5.04 bis 100.80-fache, noch bevorzugter um das 10.077 bis 50.40-fache, noch mehr bevorzugter um das 18.077 bis 20.08-fache höher als in L2, am bevorzugtesten um das 20.00-fache höher als in L2, wobei noch bevorzugter dabei der Massenanteil von MAOR in Li und in L2 im Bereich 0.1 bis 50 Gew.-%, noch mehr bevorzugter 1 bis 20 Gew.-% liegt.
Am Ablauf AKA wird eine wässrige Lösung L4 von S erhalten, wobei die Konzentration von S in L4 geringer ist als in L3.
Die Konzentration des Kations MA in der wässrigen Lösung L3 liegt bevorzugt im Bereich 0.5 bis 5 mol/l, bevorzugter 1 mol/l. Die Konzentration des Kations MA in der wässrigen Lösung L4 ist bevorzugter 0.5 mol/l geringer als jene der jeweils eingesetzten wässrigen Lösung L3. Insbesondere werden die Schritte (ß1 ) bis (ß3) des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer Temperatur von 20 °C bis 110 °C, bevorzugt 50 °C bis 105 °C, bevorzugter 80 °C bis 99 °C, noch bevorzugter 90 °C bis 95 °C und einem Druck von 0.5 bar bis 1 .5 bar, bevorzugt 0.9 bar bis 1.1 bar, bevorzugter 1 .0 bar durchgeführt.
Bei der Durchführung der Schritte (ß1) bis (ß3) des erfindungsgemäßen Verfahrens entsteht in der Kathodenkammer IKK typischerweise Wasserstoff, der über den Ablauf AKK aus der Zelle zusammen mit der Lösung Li abgeführt werden kann. Die Mischung aus Wasserstoff und Lösung Li kann dann in einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nach dem Fachmann bekannten Verfahren aufgetrennt werden. In IKA, wenn es sich bei der eingesetzten Alkalimetallverbindung um ein Halogenid, insbesondere Chlorid handelt, kann Chlor oder ein anderes Halogengas entstehen, welches über den Ablauf AKK aus der Zelle zusammen mit der Lösung L4 abgeführt werden kann. Daneben kann auch Sauerstoff oder/und Kohlendioxid entstehen, was ebenso abgeführt werden kann. Die Mischung aus Chlor, Sauerstoff und/oder CO2 und Lösung L4 kann dann in einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nach dem Fachmann bekannten Verfahren aufgetrennt werden. Genauso kann dann nach Abtrennung der Gase Chlor, Sauerstoff und/oder CO2 von der Lösung L4 diese nach dem Fachmann bekannten Verfahren voneinander abgetrennt werden.
1 .2.2.4 Zusätzliche Vorteile der Schritte (ß1) bis (ß3)
Diese Durchführung der Schritte (ß1) bis (ß3) bringen noch weitere überraschende Vorteile. Durch die Schritte (ß1) bis (ß3) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der säurelabile Feststoffelektrolyt vor Korrosion geschützt, ohne dass dabei wie im Stand der Technik Alkoholatlösung aus dem Kathodenraum als Pufferlösung geopfert werden muss. Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren effizienter als die in WO 2008/076327 A1 beschriebene Vorgehensweise, in der die Produktlösung für die Mittelkammer verwendet wird, was den Gesamtumsatz schmälert.
2. Optionaler Schritt (a*): Entfernung von ROH aus Li
In einer optionalen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, kann in einem optionalen Schritt (a*) ROH mindestens teilweise aus Li <21 > entfernt werden, wodurch entweder eine Lösung Li* umfassend MAO und ROH, wobei Li* einen gegenüber Li <21 > verringerten Massenanteil an ROH aufweist, erhalten wird oder MAOR als Feststoff F* erhalten wird.
Ob in dieser bevorzugten Ausführungsform (a*) die Lösung Li* oder der Feststoff F* erhalten wird, hängt davon ab, ob ROH teilweise oder im Wesentlichen vollständig aus Li <21 > entfernt wird.
Die mindestens teilweise Entfernung von ROH aus Li <21 > im optionalen Schritt (a*) kann gemäß dem Fachmann bekannten Verfahren, z.B. mittels dem Fachmann bekannten Destillationsapparaturen, durchgeführt werden.
Wenn, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, ROH aus Li <21 > im Wesentlichen vollständig entfernt werden, kann dies z.B. in dem Fachmann bekannten Destillierapparaturen durchgeführt werden. Dann wird MAOR als Feststoff F* erhalten.
3. Schritt (b): Umsetzung von PET
In Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens (b) erfolgt die Umsetzung von PET in einer Mischung umfassend Glykol und mindestens einen Teil des von Li <21 > umfassten MAOR oder, falls Schritt (a*) durchgeführt wird, mindestens einem Teil des von F* umfassten MAOR oder mindestens einem Teil des von Li* umfassten MAOR zu Bis-(2-hydroxyethyl)-terephthalat BHET.
Dies bedeutet in anderen Worten, dass in Schritt (b) die Umsetzung von PET in einer Mischung umfassend Glykol und mindestens einen Teil des von Li <21 > umfassten MAOR ZU BHET erfolgt.
In den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in denen der Schritt (a*) durchgeführt wird, erfolgt in Schritt (b) die Umsetzung von PET in einer Mischung umfassend Glykol und mindestens einen Teil des von F* umfassten MAOR ZU BHET, oder es erfolgt in Schritt (b) die Umsetzung von PET in einer Mischung umfassend Glykol und mindestens einen Teil des von Li* umfassten MAOR zu BHET.
3,1 PET-Ausoangsmaterial
Als PET, welches im Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt wird, kann jegliches PET eingesetzt werden, was depolymerisiert werden muss. Typischerweise fällt solches PET als Abfall an, insbesondere im Haushalt, in der Industrie, im Gesundheitswesen (z.B. Krankenhäuser, Arztpraxen) oder in der Landwirtschaft.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt das damit zu depolymerisierende PET in Mischung mit anderen Kunststoffen, insbesondere mindestens einem Kunststoff ausgewählt aus Polyethylen („PE“), Polyvinylchlorid („PVC“) vor. Dies ist typischerweise der Fall, wenn im erfindungsgemäßen Verfahrens PET aus Kunststoffabfällen depolymerisiert werden soll. In dieser Ausführungsform wird das PET mindestens teilweise von den anderen Kunststoffen, bevorzugt durch Aussortieren, abgetrennt, bevor es dem Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens unterworfen wird.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das PET mindestens einem Vorbehandlungsschritt ausgesetzt.
Solche Vorbehandlungsschritte sind beispielsweise in der DE 10032899 C2 beschrieben.
Erfindungsgemäß wird das PET mindestens einem Vorbehandlungsschritt ausgewählt aus chemischem Vorbehandlungsschritt, Zerkleinerungsschritt unterworfen, bevor es in Schritt (b) eingesetzt wird. In den Fällen, in denen das PET in Mischung mit anderen Kunststoffen vorliegt, wird das PET bevorzugt mindestens einem Vorbehandlungsschritt ausgewählt aus mindestens teilweiser Abtrennung von anderen Kunststoffen, bevorzugt durch Aussortierung, chemischem Vorbehandlungsschritt, Zerkleinerungsschritt unterworfen, bevor es in Schritt (b) eingesetzt wird.
In den Fällen, in denen das PET in Mischung mit anderen Kunststoffen vorliegt, wird das PET bevorzugter erst mindestens teilweise von anderen Kunststoffen abgetrennt, dann mindestens einmal chemisch vorbehandelt und schließlich zerkleinert.
Bei dem chemischen Vorbehandlungsschritt handelt es sich insbesondere um einen Waschschritt. Ein solcher Waschschritt hat den Vorteil, dass vor der Durchführung des Schrittes (b) eventuelle Verunreinigungen insbesondere Speisereste, Reste von Kosmetika und/oder Körpersekrete (z.B. Blut, Sperma, Fäkalien), entfernt werden. Solche Verunreinigungen könnten die Effizienz der Umsetzung in Schritt (b) herabsetzen und/oder die Reinheit des damit erhaltenen BHET verschlechtern.
Beim chemischen Vorbehandlungsschritt, insbesondere dem Waschschritt, wird der Abfall insbesondere in einer Waschlösung bei einer Temperatur im Bereich von 30 °C bis 99 °C, bevorzugt im Bereich von 50 C° bis 90 °C, noch bevorzugter im Bereich von 70 °C bis 85 °C, erhitzt.
Typische Waschlösungen sind dem Fachmann geläufig und bevorzugt ausgewählt aus: wässrige Lösung eines Tensids, bevorzugt eines nicht-ionischen Tensids; wässrige Lösung eines Alkalimetallhydroxids oder Erdalkalimetallhydroxids, bevorzugt wässrige NaOH.
Die Behandlungszeit des chemischen Vorbehandlungsschritts, insbesondere des Waschschritts, beträgt dabei insbesondere im Bereich von 1 min bis 12 h, bevorzugt im Bereich von 10 min bis 6 h, bevorzugter im Bereich von 30 min bis 2 h, noch bevorzugter im Bereich von 45 bis 90 min, am bevorzugtesten bei 60 min.
Nach der Behandlung des PET mit dem chemischen Vorbehandlungsschritt, insbesondere dem Waschschritt, wird die wässrige Lösung abgetrennt, z.B. durch Filtration, und das gesäuberte PET bevorzugt mindestens einmal mit Wasser gewaschen, um Reste der Waschlösung zu entfernen.
Der so erhaltene PET-Abfall wird dann getrocknet, insbesondere in einem Trockenschrank.
Die zum Trocknen eingesetzt Temperatur liegt dabei insbesondere im Bereich von 30 bis 120 °C, bevorzugt im Bereich von 50 °C bis 100 °C, bevorzugter im Bereich von 60 °C bis 90 °C, am bevorzugtesten bei 80 °C. Der Zerkleinerungsschritt hat den Vorteil, dass die in Schritt (b) für die Reaktion zur Verfügung stehende Oberfläche des PET erhöht wird. Dadurch erhöht sich die Reaktionsgeschwindigkeit der Umsetzung in Schritt (b) erhöht. Die Zerkleinerung kann in den Fachmann bekannten Apparaturen erfolgen, beispielsweise einem Shredder oder einer Schneidmühle.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das PET, bevor es dem Schritt (b) unterworfen wird, entfärbt oder gezielt gefärbt. Dies kann mit dem Fachmann bekannten Verfahren durchgeführt werden, z.B. Entfärbung mit Wasserstoffperoxid oder Färbung mit einem Farbstoff.
3.2 Umsetzungsbedingungen in Schritt (b)
In Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird PET in einer Mischung umfassend Glykol und mindestens einen Teil des von Li <21 > umfassten MAOR oder, falls Schritt (a*) durchgeführt wird, mindestens einem Teil des von F* umfassten MAOR oder mindestens einem Teil des von Li* umfassten MAOR ZU BHET umgesetzt.
Es versteht sich von selbst, dass „PET wird in einer Mischung umfassend Glykol und mindestens einen Teil des von Li <21 > umfassten MAOR oder, falls Schritt (a*) durchgeführt wird, mindestens einem Teil des von F* umfassten MAOR oder mindestens einem Teil des von Li* umfassten MAOR zu BHET umgesetzt“ bedeutet, dass Schritt (b) in einer Mischung umfassend PET, Glykol und mindestens einen Teil des in Schritt (a) bzw. Schritt (a*), wenn dieser Schritt (a*) durchgeführt wird, erhaltenen MAOR durchgeführt wird.
In der Umsetzung gemäß Schritt (b) wird PET formal an den intramolekularen Esterbindungen [siehe nachfolgend gezeigte Struktur (=)] durch Glykol umgeestert, wobei das Alkoholatanion von MAOR als Katalysator fungiert.
Ohne durch eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, umfasst der Mechanismus der Spaltung des PET zu BHET zunächst den nukleophilen Angriff des Alkoholatanions RO" auf die Esterbindung und Spaltung des Polymers PET, wodurch sich intermediär der Ester der Terephthalsäureeinheit mit dem Alkohol ROH bildet, gefolgt von der Umesterung dieses Esters mit Glykol. Dies ist im Folgenden anhand einer Esterbindung des PET schematisch dargestellt:
Figure imgf000048_0001
„Das in Schritt (a) in Form der Lösung Li erhaltenen MAOR bzw., wenn Schritt (a*) durchgeführt wird, das im Schritt (a*) in Form der Lösung Li* oder in Form des Feststoffs F* erhaltene MAOR“ wird erfindungsgemäß abgekürzt als „das in Schritt (a) bzw. Schritt (a*) erhaltene MAOR“.
Der Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dabei auf jede dem Fachmann geläufige Art und Weise durchgeführt werden. Typischerweise werden in Schritt (b) die Komponenten PET, Glykol, das in Schritt (a) bzw. Schritt (a*) erhaltene MAOR in beliebiger Reihenfolge vermischt und die Umsetzungsbedingungen eingestellt, wodurch PET gemäß Schritt (b) zu BHET gespalten wird.
Insbesondere wird in Schritt (b) PET mit Glykol und mindestens einem Teil des in Schritt (a) bzw. Schritt (a*) erhaltenen MAOR, ZU einer Mischung Mi umfassend PET, Glykol und MAOR vermischt und PET in der Mischung Mi mit Glykol und MAOR mindestens teilweise zu Bis-(2-hydroxyethyl)- terephthalat BHET umgesetzt. Bevorzugt wird dadurch nach Beendigung des Schrittes (b) eine Mischung M2 erhalten, welche BHET enthält, und welche insbesondere zusätzlich Glykol, MAOR und gegebenenfalls nicht umgesetztes PET sowie gegebenenfalls MHET und gegebenenfalls TS umfasst.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Schrittes (b) werden eine oder zwei der drei Komponenten, welche aus PET, Glykol, dem in Schritt (a) bzw. Schritt (a*) erhaltenen MAOR ausgewählt sind, vorgelegt, die Reaktionsbedingungen darin eingestellt, und schließlich dann die übrige/ übrigen Komponente/ Komponenten zugegeben. Unmittelbar nach der Zugabe der letzten Komponente wird dann die Mischung Mi erhalten, in welcher, da die Reaktionsbedingungen schon eingestellt sind, dann unmittelbar PET gemäß Schritt (b) zu BHET gespalten wird, und am Ende des Schrittes (b) dann die Mischung M2 erhalten wird, welche BHET enthält, und welche insbesondere zusätzlich Glykol, MAOR und gegebenenfalls nicht umgesetztes PET sowie gegebenenfalls MHET und gegebenenfalls TS umfasst. In einer weiteren alternativen Ausführungsform des Schrittes (b), welche insbesondere bei einer kontinuierlichen Verfahrensführung durchgeführt wird, wird mindestens eine, bevorzugt zwei, bevorzugt alle drei der Komponenten welche aus PET, Glykol, dem in Schritt (a) bzw. dem Schritt (a*) erhaltenen MAOR, ausgewählt sind, einer Mischung Mi zugeführt, welche PET, Glykol, das in Schritt (a) bzw. Schritt (a*) erhaltene MAOR und BHET umfasst, d.h. das in dieser Mischung Mi die Umsetzung von PET gemäß Schritt (b) zu BHET während der Zugabe mindestens einer der drei Komponenten PET, Glykol, das in Schritt (a) bzw. Schritt (a*) erhaltene MAOR abläuft. Bei Zugabe von mindestens zweien der Komponenten PET, Glykol, das in Schritt (a) bzw. (a*) erhaltene MAOR zu dieser Mischung Mi werden diese insbesondere getrennt voneinander zugegeben. Bevorzugt wird dadurch nach Beendigung des Schrittes (b) eine Mischung M2 erhalten, welche BHET enthält, und welche insbesondere zusätzlich Glykol, MAOR und gegebenenfalls nicht umgesetztes PET sowie gegebenenfalls MHET und gegebenenfalls TS umfasst.
Die Umsetzung in Schritt (b) wird dabei insbesondere bei einer Temperatur von mindestens 100 °C, bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 100 °C bis 197 °C, bevorzugter bei einer Temperatur im Bereich von 130 °C bis 197 °C, bevorzugter bei einer Temperatur im Bereich von 150 °C bis 197 °C, bevorzugter bei einer Temperatur im Bereich von 175 °C bis 197 °C durchgeführt.
Die Umsetzung in Schritt (b) wird bevorzugt bei der Siedetemperatur des Glykols durchgeführt. Noch bevorzugter wird Glykol dabei refluxiert, das heißt Glykol wird aus der Umsetzung verdampft, kondensiert und dann wieder in die Umsetzung rückgeführt. Diese Refluxierung kann mit dem Fachmann geläufigen Mitteln eingestellt werden, beispielsweise in einer Destillationsapparatur.
Diese Ausführungsform ist insbesondere dann besonders vorteilhaft, wenn MAOR als Lösung in ROH, also insbesondere in Form von Li oder Li*, in Schritt (b) zur Mischung zugegeben wird, da der überschüssige Alkohol ROH, der einen niedrigeren Siedepunkt als Glykol aufweist, dann aus der Mischung verdampft. Dies reduziert das Auftreten von Nebenprodukten zusätzlich.
Bevorzugt wird die Umsetzung in Schritt (b) so lange, d.h. bis zu einem Zeitpunkt tb, durchgeführt bis sich mindestens P = 10 %, bevorzugt mindestens P = 20 %, bevorzugter mindestens P = 25 %, bevorzugter mindestens P = 30 %, bevorzugter mindestens P = 40 %, bevorzugter mindestens P = 50 %, bevorzugter mindestens P = 60 %, bevorzugter mindestens P = 70 %, bevorzugter mindestens P = 80 %, bevorzugter mindestens P = 90 %, bevorzugter mindestens P = 95 %, noch bevorzugter mindestens P = 99 % des in Schritt (b) eingesetzten PETs umgesetzt haben.
Dieser prozentuale Anteil P wird nach der folgenden Formel berechnet:
P - (FITS + ONIHET + DBHET) / OPET. Dabei ist HPET die Stoffmenge an Wiederholungseinheiten der folgenden Struktur (=) in dem in Schritt (b) eingesetzten PET:
Figure imgf000050_0001
HTS ist die Stoffmenge an TS, die sich von Beginn des Schrittes (b) bis zum Zeitpunkt tb in Schritt (b) gebildet haben. niviHET ist die Stoffmenge an MHET, die sich von Beginn des Schrittes (b) bis zum Zeitpunkt t& in Schritt (b) gebildet haben. nBHET ist die Stoffmenge an BHET, die sich von Beginn des Schrittes (b) bis zum Zeitpunkt tb in Schritt (b) gebildet haben.
Die Strukturen der Verbindungen BHET, MHET, TS sind wie folgt:
Figure imgf000050_0002
„MHET“ umfasst auch das entsprechende Carboxylat der gezeigten Struktur.
„TS“ umfasst auch das entsprechende Mono- und Dicarboxylat der gezeigten Struktur.
Das Gesamtgewicht des in Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzten MAOR, bezogen auf das Gesamtgewicht des in Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzten PETs, liegt insbesondere im Bereich von 0.1 bis 100 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 0.5 bis 80 Gew.-%, bevorzugter im Bereich von 1.0 bis 50 Gew.-%, bevorzugter im Bereich von 1.5 bis 25 Gew.-%, bevorzugter im Bereich von 2.0 bis 10 Gew.-%, bevorzugter im Bereich von 2.5 bis 6.0 Gew.-%, besonders bevorzugt bei 3.5 bis 5.0 Gew-%, am bevorzugtesten bei 3.9 Gew.-%.
Das Verhältnis des Gewichts [in kg] des in Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzten Glykols, bezogen auf das Gewicht [in kg] des in Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzten PETs, liegt insbesondere im Bereich von 1 : 1 bis 100 : 1 , bevorzugt im Bereich von 2 : 1 bis 50 : 1 , bevorzugter im Bereich von 3 : 1 bis 40 : 1 , bevorzugter im Bereich von 4 : 1 bis 30 : 1 , bevorzugter im Bereich von 5 : 1 bis 20 : 1 , bevorzugter im Bereich von 6 : 1 bis 10 : 1 , besonders bevorzugt bei 7 : 1 bis 9 : 1 , am bevorzugtesten bei 8 : 1 .
Die Umsetzung in Schritt (b) kann mit dem Fachmann geläufigen Geräten erfolgen.
Nach Beendigung des Schrittes (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt bevorzugt in der nach Schritt (b) erhaltenen Mischung das molare Verhältnis q der Stoffmenge von BHET (HBHET) zur Summe der Stoffmengen von MHET und TS (HMHET + HTS) im Bereich 1 : 1 bis 1000 : 1 , bevorzugt 2 : 1 bis 500 : 1 , bevorzugter 4 : 1 bis 300 : 1 , noch bevorzugter 10 : 1 bis 100 : 1 , noch mehr bevorzugter 11 : 1 bis 60 : 1 , noch mehr bevorzugter 13 : 1 bis 24 : 1 . Dabei ist die Stoffmenge des TS in der nach Schritt (b) erhaltenen Mischung in einer besonders bevorzugten Ausführungsform nicht nachweisbar, d.h. = 0. q = nBHEi/ (nwiHET + nis)
3.3 Bevorzugter Schrit (c)
In einem bevorzugten, weiteren Schritt (c) wird BHET mindestens teilweise aus der nach Beendigung des Schrittes (b) erhaltenen Mischung, insbesondere der Mischung M2, abgetrennt. Dies erfolgt noch bevorzugter durch Kristallisation und/oder Destillation. Noch bevorzugter wird BHET in Schritt (c) aus der nach Beendigung des Schrittes (b) erhaltenen Mischung abfiltriert und dann auskristallisiert.
4. Verfahren zum Recycling von PET
Das im erfindungsgemäßen Verfahren in der Mischung Mi erhaltene BHET wird bevorzugt in einem Verfahren zum Recycling von Polyethylenterephthalat in einem Schritt (Q zu PET polymerisiert.
Diese Polymerisierung ist dem Fachmann als „Polykondensation“ bekannt und z.B. in EP 0 723 951 A1 und von Th. Rieckmann und S. Völker in Kapitel 2 „Poly(Ethylen Terephthalate) Polymerization - Mechanism, Catalysis, Kinetics, Mass Transfer and Reactor Design“ auf Seite 92 des Buches „ Modern Polyesters: Chemistry and Technology of Polyesters and Copolyesters. Edited by J. Scheirs and T. E. Long, 2003, John Wiley & Sons, Ltd ISBN: 0-471-49856-4“ beschrieben.
Insbesondere wird dazu BHET im Schritt (Q in Gegenwart von Katalysatoren, bei denen es sich insbesondere um Katalysatoren, die aus der Gruppe bestehend aus Antimonverbindungen, bevorzugt Sb20s ausgewählt sind, handelt, wieder zu PET polymerisiert.
Bevorzugt wird die Polymerisierung von BHET zu PET in Schritt (Q mindestens bei der Siedetemperatur des Glykols durchgeführt. Insbesondere wird während der Polymerisierung in Schritt ( Glykol aus dem Reaktionsgemisch entfernt, um das Reaktionsgleichgewicht auf die Seite des Polymers PET zu verschieben.
Bevorzugter wird die Polymerisierung von BHET zu PET in Schritt (Q bei der Siedetemperatur des Glykols durchgeführt. Noch bevorzugter wird dann während der Polymerisierung in Schritt (Q Glykol aus dem Reaktionsgemisch entfernt, um das Reaktionsgleichgewicht auf die Seite des Polymers PET zu verschieben.
Dies wird insbesondere durch Destillation bei einem Druck < 1 bar, bevorzugt 0.1 mbar bei der gleichzeitigen Siedetemperatur des Glykols beim jeweiligen Druck erreicht.
Beispiele
1, Erfinderisches Beispiel E1:
20%-ige methanolische Natriummethylat-Lösung wird durch das im erfinderischen Beispiel der EP 3 885470 A1 beschriebene Verfahren erhalten.
Im erfindungsgemäßen Verfahren werden dann 150 g PET in einem Autoklaven mit 1200 g Ethylenglykol vorgelegt. Die Lösung wird anschließend unter Rühren auf 175 °C erhitzt. Sobald die Temperatur von 175 °C erreicht ist, werden 12.3 g 20%-ige Natriummethylat-Lösung in Methanol (entsprechend 0.046 mol NaOCHa) aus der Elektrolyse hinzugefügt. Die Reaktion wird über zwölf Stunden durchgeführt und der Reaktoraustrag nach dem Abkühlen untersucht. Der erhaltene Umsatz wird per Gaschromatographie bestimmt. Die Menge der Nebenkomponenten Mono-(2-hydroxyethyl)terephthalsäure (= „MHET“) sowie Terephthalsäure (= „TS“) in Bezug auf das entstehende Hauptprodukt BHET wird bestimmt.
2, Verqleichsbeispiel V2:
Depolymerisierung von PET mit herkömmlich hergestellter methanolischer Natriummethylatösung
In einem Vergleichsversuch werden 150 g PET in einem Autoklaven mit 1200 g Ethylenglykol vorgelegt. Die Lösung wird anschließend unter Rühren auf 175 °C erhitzt. Sobald die Temperatur von 175 °C erreicht war, werden 1.8 g festes NaOH in 7.3 g Methanol (entsprechend 0.046 mol Natriummethylat) hinzugefügt. Die Reaktion wird über fünf Stunden durchgeführt und der Reaktoraustrag nach dem Abkühlen untersucht. Die Menge der Nebenkomponenten MHET und TS in Bezug auf das entstehende Hauptprodukt BHET wird bestimmt.
3, Ergebnis
Der Vergleich des Gehalts an BHET, MHET und TS im depolymerisierten Produkt im erfinderischen Beispiel E1 und dem Vergleichsbeispiel V1 zeigt, dass bei der Depolymerisierung unter Einsatz der durch Elektrolyse erhaltenen methanolischen Natriummethylatlösung ein geringerer Anteil an unerwünschten Nebenprodukten MHET und TS bezogen auf BHET erhalten wurde. Dies ist vorteilhaft, da dadurch anteilig mehr Spaltprodukt gewonnen wird, welches direkt in einer Polykondensation zu neuem Produkt PET umgesetzt werden kann. Referenzzeichen in den Abbildungen
Figure imgf000054_0001
Figure imgf000055_0001
eckige Klammern geben die Konzentration des in den Klammern genannten Stoffes in der nach der Klammer tiefgestellt genannten Lösung wieder.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Depolymerisierung von Polyethylenterephthalat PET, umfassend die folgenden Schritte:
(a) Herstellung einer Lösung Li <21 > eines Alkoholats MAOR im Alkohol ROH, wobei MA ein Alkalimetallkation ist, und wobei R ein Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ist, in einer Elektrolysezelle E <1>, umfassend mindestens eine Anodenkammer KA <11> mit mindestens einem Zulauf ZKA <110>, mindestens einem Ablauf AKA <111> und einem Innenraum IKA <112>, der eine anodische Elektrode EÄ <113> umfasst, mindestens eine Kathodenkammer KK <12> mit mindestens einem Zulauf ZKK <120>, mindestens einem Ablauf AKK <121 > und einem Innenraum IKK <122>, der eine kathodische Elektrode EK <123> umfasst, und gegebenenfalls mindestens eine dazwischen liegende Mittelkammer KM <13> mit mindestens einem Zulauf ZKM <130>, mindestens einem Ablauf AKM <131 > und einem Innenraum IK <132>, wobei dann IKA <112> und IKM <132> durch eine Diffusionsbarriere D <14> voneinander abgetrennt sind, und AKM <131 > durch eine Verbindung VAM <15> mit dem Zulauf ZKA <110> verbunden ist, so dass durch die Verbindung VAM <15> Flüssigkeit aus IKM <132> in IKA <112> geleitet werden kann, wobei in den Fällen, in denen die Elektrolysezelle E <1> keine Mittelkammer KM <13> umfasst, IKA <112> und IKK <122> durch eine Trennwand W <16> voneinander abgetrennt sind, in den Fällen, in denen die Elektrolysezelle E <1> mindestens eine Mittelkammer KM <13> umfasst, IKK <122> und IKM <132> durch eine Trennwand W <16> voneinander abgetrennt sind, wobei die Trennwand W <16> eine Seite SKK <161 > mit der Oberfläche OKK <163> und eine der Seite SKK <161 > gegenüberliegende Seite SA/MK <162> mit der Oberfläche OA/MK <164> aufweist, wobei die Trennwand W <16> mindestens eine alkalikationenleitende Festelektrolytkeramik FA <18> dergestalt umfasst, dass die von der Trennwand W <16> umfasste alkalikationenleitende Festelektrolytkeramik FA <18> den Innenraum IKK <122> auf der Seite SKK <161 > über die Oberfläche OKK <163> direkt kontaktiert, und wobei in den Fällen, in denen die Elektrolysezelle E <1> keine Mittelkammer KM <13> umfasst, die von der Trennwand W <16> umfasste alkalikationenleitende Festelektrolytkeramik FA <18> den Innenraum IKA <112> auf der Seite SA/MK <162> über die Oberfläche OA/ K <164> direkt kontaktiert, in den Fällen, in denen die Elektrolysezelle E <1> mindestens eine Mittelkammer KM <13> umfasst, die von der Trennwand <16> umfasste alkalikationenleitende
Festelektrolytkeramik FA <18> den Innenraum IKM <132> auf der Seite SA/MK <162> über die Oberfläche OA/MK <164> direkt kontaktiert,
(a) wobei in der Elektrolysezelle E <1>, wenn diese keine Mittelkammer KM <13> umfasst, die folgenden, gleichzeitig ablaufenden Schritte (a1), (a2), (a3) durchgeführt werden:
(o1) eine Lösung L2 <22> umfassend ROH wird durch IKK <122> geleitet,
(a2) eine neutrale oder alkalische, wässrige Lösung L3 <23> eines Salzes S umfassend MA als Kation wird durch IKA <112> geleitet,
(a3) zwischen EA <113> und EK <123> wird Spannung angelegt, oder
(ß) wobei in der Elektrolysezelle E <1>, wenn diese mindestens eine Mittelkammer KM <13> umfasst, die folgenden, gleichzeitig ablaufenden Schritte (ß1), (ß2), (ß3) durchgeführt werden:
(ß1) eine Lösung Lz <22> umfassend ROH wird durch IKK <122> geleitet,
(ß2) eine neutrale oder alkalische, wässrige Lösung L3 <23> eines Salzes S umfassend MA als Kation wird durch IKM <132>, dann über VAM <15>, dann durch IKA <1 12> geleitet,
(ß3) zwischen EA <113> und EK <123> wird Spannung angelegt, wodurch am Ablauf AKK <121 > die Lösung Li <21> erhalten wird, wobei die Konzentration von MAOR in Li <21 > höher ist als in L2 <22>, und wodurch am Ablauf AKA <111 > eine wässrige Lösung L4 <24> von S erhalten wird, wobei die Konzentration von S in L4 <24> geringer ist als in L3 <23>; (a*) gegebenenfalls mindestens teilweise Entfernung von ROH aus Li <21 >, so dass MAO als Feststoff F* oder als Lösung Li* umfassend MAO und ROH, wobei Li* einen gegenüber Li <21 > verringerten Massenanteil an ROH aufweist, erhalten wird,
(b) Umsetzung von PET in einer Mischung umfassend Glykol und mindestens einen Teil des von Li <21 > umfassten MAOR oder, falls Schritt (a*) durchgeführt wird, mindestens einen Teil des von F* umfassten MAOR oder mindestens einen Teil des von Li* umfassten MAOR ZU Bis-(2-hydroxyethyl)-terephthalat BH ET.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die alkalikationenleitende Festelektrolytkeramik FA <18> eine Struktur der Formel Mh^w+x-y+z M"w MIHx Zrlv2-w-x-y Mv y (SIO4)z (PO4)3-z aufweist, wobei M1 ausgewählt aus Na+, Li+ ist,
M" ein zweiwertiges Metallkation ist,
M111 ein dreiwertiges Metallkation ist,
Mv ein fünfwertiges Metallkation ist, die römischen Indizes I, II, III, IV, V die Oxidationszahlen angeben, in der die jeweiligen Metallkationen vorliegen, und w, x, y, z reelle Zahlen sind, wobei gilt, dass 0 x < 2, 0 y < 2, 0 w < 2, 0 z < 3, und wobei w, x, y, z so gewählt werden, dass 1 + 2w + x - y + z > 0 und 2 - w - x - y > 0 gilt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektrolysezelle E <1> keine Mittelkammer KM <13> umfasst.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektrolysezelle E <1> mindestens eine Mittelkammer <13> umfasst.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei MA aus der Gruppe bestehend aus Lithium, Kalium, Natrium ausgewählt ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei Schritt (b) so lange durchgeführt wird, bis sich mindestens P = 10 % des in Schritt (b) eingesetzten PETs umgesetzt haben.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei Schritt (b) bei der Siedetemperatur des Glykols durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei in Schritt (b) so viel Lösung MAOR eingesetzt wird, dass das Gesamtgewicht des in Schritt (b) eingesetzten MAOR, bezogen auf das Gesamtgewicht des in Schritt (b) eingesetzten PETs, im Bereich von 0.1 bis 100 Gew.-% liegt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei BHET in einem weiteren Schritt (c) mindestens teilweise aus der nach Beendigung des Schrittes (b) erhaltenen Mischung abgetrennt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die mindestens teilweise Abtrennung von BHET in Schritt (c) durch Kristallisation und/oder Destillation erfolgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das PET mindestens einem Vorbehandlungsschritt ausgewählt aus chemischem Vorbehandlungsschritt, Zerkleinerungsschritt unterworfen wird, bevor es in Schritt (b) eingesetzt wird.
12. Verfahren zum Recycling von Polyethylenterephthalat, in welchem mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 BHET erhalten wird und in einem Schritt (Q das so erhaltene BHET zu PET polymerisiert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Polymerisierung von BHET zu PET in Schritt (Q bei mindestens der Siedetemperatur des Glykols durchgeführt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Polymerisierung in Schritt ( ) in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Katalysator aus der Gruppe bestehend aus Antimonverbindungen ausgewählt ist.
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