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Filterelektrode.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine neuartige Elektrode, die für elektrochemische Reaktionen verschiedener Art, insbesonderefürBearbeitungorganischerSubstanzen, verwendet werden kann.
Durch die D. R. P. Nr. 81893, Nr. 87077, Nr. 277443, Nr. 283596 und Nr. 284022 sind nur eine Reihe von Elektroden bekanntgeworden, die zwar alle das eine gemeinsam haben, dass sie eine gewisse Porosität besitzen, aber einer höheren Druckwirkung nicht standhalten können.
Die vorliegende Elektrode dagegen gestattet eine innige Berührung eines gasförmigen, flüssigen oder festen, emulgierten Elektrolyten mit der grossen Oberfläche der Elektrode unter gleichzeitiger Durchmischung mit Reagentien, z. B. Gasen usw., mit denen der Elektrolyt etwa in Reaktion treten soll oder mit den die gewünschte Reaktion beschleunigenden Katalysatoren, in dem der Elektrolyt unter höherem oder niederem Druck durch die poröse Filterelektrode hindurchgepresst oder gesaugt wird.
Es ist eine bekannte Tatsache, dass bei vielen elektrochemischen Darstellungsmethoden besonders organischer Substanzen störende Nebenreaktionen auftreten, die die Ausbeute stark vermindern und dadurch die Möglichkeit einer grosstechnischen Verwendung ausschliessen.
Der Grund für diese störenden Nebenreaktionen ist meist in der unvollkommenen Ausführung der Elektroden zu suchen und auch die in den obenerwähnten Patenten beschriebenen Elektroden schaffen hier keine Abhilfe. Es werden nämlich in allen Fällen von der Gesamtmenge der zu elektrolysierenden Substanzen jeweils nur die Teile der elektrochemischen Reaktion unterworfen, welche direkt mit der Kathode bzw. Anode in Berührung stehen. Soll nun hohe Ausbeute erzielt werden, so muss dafür Sorge getragen werden, dass alle Teilchen des m bearbeitenden Stoffes mit den Elektroden in Berührung kommen.
In der Praxis wird dies bisher meist durch Umrühren erreicht. Die Folge davon ist aber, dass auch die schon gebildeten Produkte der weiteren Stromeinwirkang ausgesetzt-ind und dadurch weiter verändert werden können. Dies bedingt das Auftreten von nicht gewünschten Substanzen, sowie von Strom-und Materialverlustui, die das Verfahren unrentabel machen.
Bei der Elektrolyse von nicht direkt in einem Elektrolyten löslichen Stoffen ist nach den bisher bekannten Verfahren eine wirklich innige Berührung mit der Elektrodenfläche überhaupt nicht möglich oder mit grossen Schwierigkeiten verbunden.
Erfindungsgemäss wird nun eine bessere Ausnutzung des Stromes und eine grössere Wirksamkeit der Elektrodenfläche dadurch erzielt, dass die zu bearbeitenden Substanzen allein oder mit den Elektrolyten gemischt, gelöst oder emulgiert, von innen nach aussen durch die den elektrischen Strom leitende, mehr oder weniger poröse, zylindrische Elektrode der Einwirkung des elektrischen Stromes unterworfen werden.
Folgende Vorteile werden gegenüber den bisher bekannten Elektroden dadurch erreicht : a) Ein jedes Molekül der zu bearbeitenden Substanzen kommt mit der Elektrode in innige Berührung, weil diese von innen durch die Poren der Elektrode mit grösserem oder geringerem Druck gepresst oder gesaugt werden. b) Es können ausser flüssigen auch schwer oder gar nicht lösliche (in emulgierter Form) und sogar gasförmige Substanzen mit gutem Erfolge elektrolysiert werden. e) Auch Nichtelektrolyte können an der porösen Elektrode mit an der Anode gebildeten Sauerstoff-, Halogen-oder andern Anionen oder mit dem an der Kathode auftretenden Wasserstoff oder anderen Kationen elektrochemisch bearbeitet werden.
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su) Die Elektroden können in beliebiger Grösse oder in zylindrischer oder flacher Form aus verschiedenem Material für beliebige Drucke (1-30 Atmosphären) gebaut und ihre Porosität durch eine geeignete Vorrichtung leicht verändert werden. e) In einem Arbeitsgang kann gleichzeitig neben der Elektrolyse auch eine Dialyse. oder Osmose ausgeführt werden, wenn der Elektrolyt während des Prozesses kontinuierlich erneuert wird.
In den Zeichnungen Fig. 1-4 und Fig. 5-8 sind nun zwei Ausführungsformen der neuen Elektrode beschrieben. Die Elektrode besteht aus einem runden, ovalen, flachen, viereckigen oder sonst beliebte geformten metallischen Rohr 1, mit Boden 2, welches seiner Länge sowie Durchmesser nach mit vielen Löchern a und (oder) Schlitzen b durchschnitten ist, um die in Rohr 1 befindliehe Flüssigkeit zum porösen Teil der Elektrode durchzulassen. Um dieses Rohr 1 werden nun auf der ringförmigen Erweiterung des
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förmig aufmontiert.
Dieser poröse Teil kann in verschiedener Art und aus verschiedenen Strom leitendem Material hergestellt werden.
In Fig. 1 sind drei Ausführungsarten des porösen Teiles der Elektrode dargestellt : J. stellt die Ausführungsart aus poröser Kohle oder Metallen dar, B die Ausführung aus feinerem oder gröberem Metalnetz und C die Ausführung aus feineren oder gröberen, metallischen Spänen oder Metallwolle.
Der leitende, neue Grundsatz in der Herstellung solcher grösseren Druck standhaltende, porösen Elektrodenflächen ist der, dass die Elektrode aus poröser, Strom leitender Masse (Kohle-, Graphit-oder Metallpulver oder Metallwolle oder-späne usw. ) besteht, welche in kürzeren oder längeren Abständen durch metallische, ringförmige, dünne, einzelne Scheiben oder Netze verstärkt ist. Bei Verwendung von Kohle, Graphit, Russ, Metallpulver, -spänen oder -wolle ist es vorteilhaft, die Zwischenlagen nicht aus glatten, sondern aus gewellten Scheiben oder Netzen anzuwenden. Sie haben den Zweck, den Widerstand der porösen Schicht gegen inneren Druck zu erhöhen.
Die Porosität lasst sich aber auch, wie in Fig. 1 bei B angegeben und in Fig. 3 genauer ausgeführt ist, aus mehr oder weniger feinmaschige Metallnetz herstellen. Es wurde festgestellt, dass Elektroden, deren poröser Teil aus Netzen hergestellt ist, bei Anwendung von grossem inneren Druck auch zur Verstärkung Zwischenlagen aus Blech erfordern. Bei geringerem Druck können jedoch auch Netzringe allein angewendet werden. Dasselbe gilt auch für die Ausführungsart C (Fig. 1). Es ist ganz gleich, gemäss welcher der drei Ausführungsarten die poröse Elektrode zusammengestellt ist, das Zusammendrücken der einzelnen Abteilungen oder ringförmigen Scheiben kann stets durch eine Mutter 3 und das der zylinderartigen Unterlage 4, mit verbreitertem Untersatz durch das auf dem oberen Teil des Zylinderrohres angebrachte Gewinde geschehen.
Die poröse Elektrode wird bei 5 durch Flanschen oder sonstige Verbindungsarten und Bolzen 7 an die Zuführungsleitung der zu bearbeitenden Flüssigkeit oder Gase angeschlossen. Durch Klemme 6 wird die Elektrode entweder mit dem positiven oder negativen Pol verbunden, je nachdem, ob sie als Anode oder Kathode wirken soll Die Ausführungsform in Fig. 4 unterscheidet sich von Fig. 1 nur durch ovale Form des Rohres und des porösen Teiles.
Es ist äusserst wichtig, dass alle porösen Teile der Elektrode mit dem Strom in festen, metallischen Kontakt bleiben. Bleibt zwischen der Rohrwand 1 und den einzelnen porösen Abteilungen ein Zwischenraum, dann kann ein inneres Potential zwischen beiden Flächen auftreten, welches Verätzung der Metallteile, sowie andere unliebsame Erscheinungen hervorrufen kann. Für diese Zwecke werden die einzelnen Scheiben oder Netze (Fig. 5) durch Mutter 5 und Stab 9 mit 3 konus artigen Erweiterungen 10 und unter Zuhilfenahme von drei radial (auf gleicher Strecke um Stab 9) verteilten metallischen Kontaktleisten (eine jede mit drei Erweiterungen 11, 12, 13, Fig 5 und 6) fest auseinandergedrückt und dadurch mit der porösen Fläche am Rohr 1 elektrisch gut verbunden.
Das Rohr 1 in Fig. 5 ist enger als das in Fig. 1 und durchlöchert, um die zu bearbeitende Substanz dem porösen Teil der Elektrode gut zuführen zu können.
An den Erweiterungsstellen der Kontaktleisten 11, 12, 1. 3 ist das Rohr 1 in geeigneter Weise durchbohrt und dient daselbst als Führungsleiste.
In Fig. 5 ist der poröse Teil auch in drei Ausführungsarten. A, B, C veranschaulicht. Bei der Ausführungsform A folgen metallische Netze und nicht leitende Substanzen (dünne, poröse Stoffe wie Asbest, Tuch usw. ) aufeinander abwechselnd.
Bei der Ausführungsform-B (Fig. 5 und 7) wird die Porosität anstatt durch Netze durch Spulen
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hergestellt werden.
Reiht man nun eine Anzahl solcher Spulen aneinander oder stellt man die ganze Filterfläche aus einer Spule her, so bekommt man je nach der Dicke des verwendeten Drahtes eine Elektrode von ver- schiedenerDurchlässigkeit, Fig. 7 zeigtden Querschnitt eines Teiles solcher SpulenimvergrössertenMassstabe.
Eine grössere oder geringere Porosität erhält man durch Aufeinanderlegen dünner Blechring, welche durch Ätzen oder sonstwie mehr oder weniger rauh gemacht sind (Ausführungsform C).
Das Zusammenpassen der einzelnen Spulen, Netz-oder Seheibenringe wird (Fig. 1) mit Hilfe der Mutter. 3 und der zylindrischen Unterlage mit erweitertem Untersack 4 (hier schräg nach innen, um die äussere Kante mehr als die innere festzuziehen) vorgenommen.
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Der Boden 2, sowie der Untersatz 4, bei Mutter. 3 werden mit einer Strom isolierenden Substanz J und 16 (Fig. l und Ï) umkleidet, so dass nur die poröse Fläche der Elektrode den Strom leitet,
Die besondere Art der Kontaktleiste 11 und 12 in Fig. Ï erzielt einen sehr guten Kontakt zwischen dem Strom leitenden Rohr 1 und dein porösen Teil.
Bei den beschriebenen Ausführungsarten der porösen Elektrode aus Netzen oder aus auf Netzen oder gelochte Blechunterlagen gewiekelten Drahtspulen erhält man immerhin noch grobe Poren, die für sehr feine molekulare Verteilung lange nicht genügen. In solchen Fällen wird die gewünschte Dichte gemäss vorliegender Erfindung dadurch erzielt, dass zunächst statt des zu bearbeitenden Stoffes durch solche Elektroden, je nach der gewünschten Feinheitin Wasser oder sonstigen Flüssigkeiten aufgeschlämm- ter Graphit, Kohle, Russ oder Metallpulver, am besten ein kolloidales Metall (in Gelform) so lange durch Pressen oder Saugen durchgedrückt wird, bis alle gröberen Poren durch den feinen Schlamm verdichtet sind.
Durch diese Verfahrensweise hat man es immer in der Hand, die gewünschte Porosität herzustellen.
Die Netze und Drahtspulen dienen nur als Gerüst, als Träger der wirllichen Porositätserzeuger. Die Verdichtung der Poren kann auch so ausgeführt werden, dass man letztere mit einem wasserunlöslichen Sehwermetallsalz, wie z. B. Nickelkarbonat, füllt. Dieses wird dann ganz oder teilweise zu einem mehr oder weniger gut leitenden Oxyd oder Metall durch den elektrischen Strom in einem geeignetenElektrolyten reduziert. So erhält man ein höchst feines, durchlässiges Porenfüllmaterial.
Selbstverständlich können statt leitender auch nichtleitende Stoffe genommen werden. Sie werden gleichmässig zwischen den Poren und Netzen verteilt und können auch als Katalysatoren wirken. A
Man kann die Spulen oder Netze auch aus Draht herstellen, welcher mit Garn oder mit einem dünneren Draht umwickelt ist. Durch mehr oder weniger starkes Zusammenpressen der einzelnen Netze oder Blechring oder Spulen kann die Anfangsporosität beliebig verändert werden.
Eine besonders für flüssige Substanzen geeignete feinporige Elektrode kann man auf folgende Weise herstellen : Ein aus Graphit oder Metallpulver oder-wolle mit Melasse zusammengekneteter, dicker Teig wird zwischen die metallischen Scheiben oder Netze der Elektrode gestrichen. Das Ganze I : isst man nach langsamen Austrocknen vorsichtig verkohlen und erhält so feste, poröse Elektroden, die infolge der metallischen Zwischenlagen grösserem Druck Widerstand zu leisten vermögen.
Die Elektroden können entweder als Kathode zum Zwecke der Reduktion, Hydrierung, Enthalo- genisation, Kondensation oder Polymerisation oder als Anode zum Zwecke der Oxydation oder Halogen :- sation, namentlich von organischen Stoffen, ferner für Akkumulatoren oder galvanische Elemente Verwendung finden.
Manchmal wird es zweckmässig sein, nicht nur eine einzelne, sondern zwei oder mehrere zu Batterien vereinigte Elektroden zu verwenden, die dann durch eine Zuführungsleitung gespeist werden.
Für besondere Fälle der Reduktion oder Hydration (z. B. von Azetylen zu Azetaldehyd) oder Oxydation, z. B. von Azetylen zu Essigsäure, können vorteilhaft amalgamierte Elektroden als Kathode bzw. Anode Verwendung finden. Die Amalgamierung des Drahtes oder der daraus gefertigten Spulen und der Blech-oder Netzringe kann durch elektrochemische Reduktion in geeigneten Elektrolyten vor oder nach Zusammenstellung der einzelnen porösen Teile der Elektrode ausgeführt werden.
Es wurde die Beobachtung gemacht, dass die Amalgamierung nicht nur als ein sehr wirksamer und beständiger Katalysator, sondern auch als ausgezeichnete feine, elastische Porenverdichtung wirkt.
Letzteres war nicht vorauszusehen, da man annehmen musste, dass das Quecksilber die feinen Poren verstopfen wird. Es zeigte sich aber, dass beim Durchpressen oder-saugen der zu bearbeitenden Stoffe durch die amalgamierten, porösen Wände von innen nach aussen eine besonders gute, innige Berührung zwischen den Stoffen und den Elektrodenflächen bei guter Durchlässigkeit der Poren erreicht wird.
Eine Porenverdichtung kann ferner dadurch erzeugt werden, dass man die innere oder äussele Elektrodenwand oder beide galvanoplastisch mit einer porösen Metallschicht bedeckt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Filterelektrode, bestehend aus einem gelochten oder geschlitzten, mit der Elektrolytzuführungsleitung verbundenen Rohr aus Metall, Kohle, Graphit od. dgl., auf welchem, durch eine gemeinsame Schraubenmutter zusammenpressbar, Netz-oder durchlochte Blechringe oder auf Netz-oder durchlochte Blechunterlagen aufgewickelte Drahtspulen oder zwischen Blech-oder Netzringe eingebrachte Met ? H- späne,-wolle oder-pulver angeordnet sind.