CH650031A5 - DEVICE FOR DETERMINING HALOGES BY ELECTROLYSIS OF AN AQUEOUS SOLUTION OF ALKALI METAL HALOGENIDES AND METHOD FOR THEIR OPERATION. - Google Patents

DEVICE FOR DETERMINING HALOGES BY ELECTROLYSIS OF AN AQUEOUS SOLUTION OF ALKALI METAL HALOGENIDES AND METHOD FOR THEIR OPERATION. Download PDF

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CH650031A5
CH650031A5 CH12422/78A CH1242278A CH650031A5 CH 650031 A5 CH650031 A5 CH 650031A5 CH 12422/78 A CH12422/78 A CH 12422/78A CH 1242278 A CH1242278 A CH 1242278A CH 650031 A5 CH650031 A5 CH 650031A5
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cell
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CH12422/78A
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Thomas George Coker
Conti Anthony Basil La
Anthony Robert Fragala
Russell Mason Dempsey
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Oronzio De Nora Impianti
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von Halogen durch Elektrolyse einer wässrigen Lösung von Alkalimetallhalogeniden zwischen einer Anode und einer Kathode, die durch eine Kationenaustauschermembrane voneinander getrennt sind, sowie ein Verfahren zum Betrieb dieser Vorrichtung. The invention relates to a device for obtaining halogen by electrolysis of an aqueous solution of alkali metal halides between an anode and a cathode, which are separated from one another by a cation exchange membrane, and to a method for operating this device.

Die Herstellung von Halogenen, wie Chlor, durch Elektrolyse von Natriumchlorid-Lösung mit Lauge (NaOH) als zweitem Produkt ist von grosser industrieller Bedeutung. Die Chlor/Alkali-Industrie erzeugt jährliche Millionen von Tonnen an Chlor und Natronlauge. Die elektrolytischen Hauptverfahren, nach denen Chlor hergestellt worden ist, sind das sogenannte Quecksilberzellenverfahren und das Diaphragma-zellenverfahren. Das Quecksilberverfahren schliesst die Elektrolyse einer Alkalimetallchloridlösung in einer Zelle zwischen einer Graphit- oder Metallanode ein, die auch als abmessungsmässig stabile Anode bezeichnet wird. The production of halogens, such as chlorine, by electrolysis of sodium chloride solution with lye (NaOH) as the second product is of great industrial importance. The chlor / alkali industry produces millions of tons of chlorine and caustic soda annually. The main electrolytic processes by which chlorine has been produced are the so-called mercury cell process and the diaphragm cell process. The mercury process includes the electrolysis of an alkali metal chloride solution in a cell between a graphite or metal anode, which is also referred to as a dimensionally stable anode.

An der Anode wird Chlor freigesetzt und das Alkalimetall wandert in das Quecksilber und bildet ein entsprechendes Amalgam. Dieses Amalgam wird dann in einer Zersetzungsreaktion mit Wasser unter Bildung von Natronlauge und Wasserstoff umgesetzt. Für alle praktischen Zwecke ist das Quecksilberzellverfahren für die Herstellung von Chlor veraltet. Quecksilber ist eine derart gefährliche Substanz und die Vorschriften für die Kontrolle von Quecksilber und andere Arten von Verunreinigung sind derart streng geworden, dass die Tage der Quecksilberzelle vorbei sind. Neben diesem Verunreinigungsaspekt sind Quecksilberzellen für die Chlorherstellung aber auch teuer und komplex. Der Einsatz von Quecksilber selbst führt zu Problemen hinsichtlich der Grösse und Komplexität der Zelle, da bei der Handhabung dieses Materials Sorgfalt erforderlich war. Ausserdem ist Quecksilber teuer und muss in grossen Mengen eingesetzt werden. Ausserdem erweist sich die Notwendigkeit für die Zersetzungsstufe des gebildeten Amalgams einschliesslich der dazugehörigen Ausrüstung, um Natronlauge und Wasserstoff herzustellen, als zusätzliche Verteuerung. Chlorine is released at the anode and the alkali metal migrates into the mercury and forms a corresponding amalgam. This amalgam is then reacted with water in a decomposition reaction to form sodium hydroxide solution and hydrogen. For all practical purposes, the mercury cell process for the production of chlorine is out of date. Mercury is such a dangerous substance and regulations for the control of mercury and other types of pollution have become so strict that the days of the mercury cell are over. In addition to this contamination aspect, mercury cells for chlorine production are also expensive and complex. The use of mercury itself leads to problems regarding the size and complexity of the cell, since care was required when handling this material. In addition, mercury is expensive and must be used in large quantities. In addition, the need for the decomposition stage of the amalgam formed, including the associated equipment to produce sodium hydroxide solution and hydrogen, proves to be an additional increase in price.

Bei der Diaphragmazelle benutzt man zwar kein Quecksilber doch enthält sie poröse Elektroden, die durch ein mikroporöses Diaphragma voneinander getrennt sind. Der. Raum zwischen den Elektroden wird mit einer Salzlauge gefüllt und durch ein mikroporöses Diaphragma getrennt, das die Form eines aufliegenden porösen Diaphragmas annehmen kann, welches die Kathodenelektrolyt- (im folgenden kurz «Katho-lyt» genannt) und die Anodenelektrolyt- (im folgenden kurz «Anolyt» genannt) -Kammern voneinander trennt. Einer der ernsten Nachteile einer Diaphragmazelle besteht darin, dass die Poren im Diaphragma den Massentransport oder das hydraulische Fliessen der Natriumchloridlösung durch das Diaphragma gestatten. Infolgedessen enthält der Katholyt, z.B. die an der Kathode erzeugte Lauge beträchtliche Mengen an Natriumchlorid. Dies bedeutet die Herstellung einer verunreinigten und verdünnten Lauge. Andererseits kann das an der Kathode erzeugte Hydroxid durch das poröse Diaphragma zur Anode wandern, wo es unter Sauerstofferzeugung elektrolysiert wird. Das Entstehen von Sauerstoff an der Anode ist aus verschiedenen Gründen nachteilig. Der Sauerstoff führt nicht nur zu einer Verunreinigung des dort gebildeten Chlors, sondern greift auch die Anode an. Mercury is not used in the diaphragm cell, but it contains porous electrodes that are separated by a microporous diaphragm. The. The space between the electrodes is filled with brine and separated by a microporous diaphragm, which can take the form of an overlying porous diaphragm, which the cathode electrolyte (hereinafter referred to as "Katholyt") and the anode electrolyte (hereinafter referred to as " Anolyte »called) chambers separate. One of the serious disadvantages of a diaphragm cell is that the pores in the diaphragm allow mass transport or the hydraulic flow of the sodium chloride solution through the diaphragm. As a result, the catholyte, e.g. the alkali produced at the cathode considerable amounts of sodium chloride. This means the production of a contaminated and diluted lye. On the other hand, the hydroxide generated at the cathode can migrate through the porous diaphragm to the anode, where it is electrolyzed to produce oxygen. The generation of oxygen at the anode is disadvantageous for various reasons. The oxygen not only contaminates the chlorine formed there, but also attacks the anode.

Da der Massentransport zwischen den Kammern so viele unerwünschte Wirkungen hat, ist eine Reihe von Anordnungen vorgeschlagen worden, um diese Probleme zu beseitigen oder zumindestens teilweise zu lösen. Eine davon ist die Auf2 Because mass transfer between the chambers has so many undesirable effects, a number of arrangements have been proposed to overcome or at least partially solve these problems. One of them is Auf2

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rechterhaltung einer Druckdifferenz über das Diaphragma, um so den Massentransport der Elektrolyten zwischen Ano-lyt- und Katholyt-Kammer möglichst gering zu halten. Diese Lösungen haben sich jedoch im besten Falle als nur teilweise wirksam erwiesen. maintaining a pressure difference across the diaphragm so as to keep the mass transport of the electrolytes between the anolyte and catholyte chambers as low as possible. At best, however, these solutions have proven to be only partially effective.

Um die mit der Diaphragmazelle und dem Massentransport durch das poröse Diaphragma verbundenen Nachteile zu beseitigen, ist vorgeschlagen worden, hinsichtlich der ionischen Durchlässigkeit selektive Membranen in Zellen zur Chlorerzeugung zu verwenden, um die Anolyt- von der Katholyt-Kammer zu trennen. Diese hinsichtlich der Durchlässigkeit selektiven Membranen, die in diesen Zellen eingesetzt werden, sind typischerweise kationische Membranen, die den selektiven Durchgang positiver Kationen gestatten und den Durchgang negativ geladener Anionen auf einen Minimalwert halten. Da diese Membranen nicht porös sind, behindern sie die Rückwanderung der Lauge aus der Katho-lytkammer in die Anolytkammer und verhindern in ähnlicher Weise den Transport des Salzlaugen-Anolyten in die Katho-lytkammer und das dortige Verdünnen der Lauge. Es wurde jedoch festgestellt, dass auch die Membranzellen noch gewisse Nachteile haben, die ihre Anwendung in weitem Umfang beschränken. Einer der Hauptnachteile der Membranzelle ist, dass sie eine hohe Zellspannung benötigen. Diese hohe Zellspannung ist nur zum Teil der Verwendung der Membran zuzuschreiben und ist hauptsächlich durch die Tatsache verursacht, dass in den bekannten Membranzellen Elektroden im physischen Abstand von der Membran benutzt werden. Als Ergebnis dieses räumlichen Abstandes zwischen den Elektroden und der Membran weist die Zelle zusätzlich zu dem Spannungsabfall über die Membran Spannungsabfall im Elektrolyten zwischen den Elektroden und der Membran auf und diese Zellen unterliegen weiter einem Spannungsabfall aufgrund von Gasbläschenbildung oder Massenübertragung. Da die katalytischen Elektroden sich im Abstand von der Membran befinden, wird das Chlor im Abstand von der Membran erzeugt. Dies führt zur Ausbildung einer gasförmigen Schicht zwischen Elektrode und Membran. Diese gasförmige Schicht unterbricht den Elektrolytpfad zwischen Elektrode und Membran und blockiert dadurch teilweise die Ionen von der Membran. Diese Unterbrechung des elektrolytischen Pfades zwischen Elektrode und Membran führt natürlich zu einem weiteren Spannungsabfall, der die zur Erzeugung von Chlor erforderliche Zellspannung erhöht und offensichtlich die Spannungswirksamkeit der Zelle vermindert. In order to eliminate the disadvantages associated with the diaphragm cell and the mass transport through the porous diaphragm, it has been proposed to use selective membranes in cells for chlorine generation with regard to the ionic permeability, in order to separate the anolyte and catholyte chambers. These permeability-selective membranes that are used in these cells are typically cationic membranes that allow the selective passage of positive cations and keep the passage of negatively charged anions to a minimum. Since these membranes are not porous, they hinder the back migration of the alkali from the catholyte chamber into the anolyte chamber and similarly prevent the transport of the brine anolyte in the catholyte chamber and the dilution of the alkali there. However, it has been found that the membrane cells also have certain disadvantages which limit their use to a large extent. One of the main disadvantages of the membrane cell is that it requires high cell voltage. This high cell voltage is only partly attributable to the use of the membrane and is mainly caused by the fact that electrodes are used in the known membrane cells at a physical distance from the membrane. As a result of this spatial distance between the electrodes and the membrane, in addition to the voltage drop across the membrane, the cell has a voltage drop in the electrolyte between the electrodes and the membrane, and these cells are further subject to a voltage drop due to gas bubble formation or mass transfer. Since the catalytic electrodes are at a distance from the membrane, the chlorine is generated at a distance from the membrane. This leads to the formation of a gaseous layer between the electrode and membrane. This gaseous layer interrupts the electrolyte path between the electrode and membrane and thereby partially blocks the ions from the membrane. This interruption of the electrolytic path between the electrode and the membrane naturally leads to a further voltage drop which increases the cell voltage required for the production of chlorine and obviously reduces the voltage effectiveness of the cell.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung wird gekennzeichnet durch die Kombination der im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausbildungen der Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb derselben ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. The device according to the invention is characterized by the combination of the features specified in claim 1. Advantageous embodiments of the device and a method for operating the same result from the dependent claims.

Vorzugsweise werden Halogene, z.B. Chlor Brom usw. durch Elektrolyse einer wässrigen Alkalimetallhalogenidlö-sung, z.B. einer NaCl-Lösung an der Anode einer Elektrolysezelle hergestellt, die einen festen Polymerelektroiyten in Form einer Kationenaustauschermembran enthält, um die Zelle in eine Katholyt- und eine Anolyt-Kammer zu trennen. Die katalytischen Elektroden, an denen Chlor und Lauge erzeugt werden, sind sehr dünne, poröse, gasdurchlässige, katalytische Elektroden, die mit gegenüberliegenden Oberflächen der Membran verbunden und in diese eingebettet sind, so dass das Chlor direkt an der Grenzfläche von Elektrode zu Membran erzeugt wird. Dies führt dazu, dass die Elektroden sehr geringe Überspannungen für die Chloridionenentladung und die Erzeugung von Lauge haben. Halogens, e.g. Chlorine, bromine, etc. by electrolysis of an aqueous alkali metal halide solution, e.g. of a NaCl solution on the anode of an electrolytic cell, which contains a solid polymer electrolyte in the form of a cation exchange membrane in order to separate the cell into a catholyte and an anolyte chamber. The catalytic electrodes on which chlorine and lye are produced are very thin, porous, gas-permeable, catalytic electrodes which are connected to and embedded in opposite surfaces of the membrane, so that the chlorine is generated directly at the electrode-membrane interface . This means that the electrodes have very low overvoltages for the chloride ion discharge and the production of lye.

Die katalytischen Elektroden weisen ein katalytisches Material auf, das mindestens ein reduziertes Platingruppen-metalloxid umfasst, das durch Erhitzen des reduzierten Oxides in Gegenwart von Sauerstoff thermisch stabilisiert worden ist. In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Elektroden aus solchen Oxidteilchen, die mit Polytetrafluor-äthylen-Teilchen gebunden sind. Beispiele brauchbarer Platingruppenmetalle sind Platin, Palladium, Iridium, Rodium, Ruthenium und Osmium. Teilchen dieser Metalle können in den Elektroden enthalten sein. The catalytic electrodes have a catalytic material which comprises at least one reduced platinum group metal oxide which has been thermally stabilized by heating the reduced oxide in the presence of oxygen. In a preferred embodiment, the electrodes consist of such oxide particles which are bound with polytetrafluoroethylene particles. Examples of useful platinum group metals are platinum, palladium, iridium, rodium, ruthenium and osmium. Particles of these metals can be contained in the electrodes.

Die bevorzugten reduzierten Metalloxide für die Chlorerzeugung sind die reduzierten Oxide von Ruthenium oder Iridium. Der Elektrokatalysator kann ein einzelnes reduziertes Platingruppenmetalloxid, wie Rutheniumoxid, Iridiumoxid, Platinoxid usw. sein. Es ist jedoch festgestellt worden, dass Mischungen oder Legierungen reduzierter Platingruppenme-talloxide stabiler sind. Eine Elektrode aus reduziertem Rutheniumoxid mit bis zu 25% reduziertem Iridiumoxid und vorzugsweise von 5-25 Gew.-% reduziertem Iridiumoxid hat sich als sehr stabil erwiesen. Graphit oder ein anderes leitendes Streckmittel wird in einer Menge bis zu 50 Gew.-% und vorzugsweise von 10-30 Gew.-% hinzugegeben. Das Streckmittel sollte eine ausgezeichnete Leitfähigkeit und geringe Hälogen-überspannung aufweisen und es sollte sehr viel billiger sein als die Platingruppenmetalle, so dass es möglich ist, eine beträchtlich billigere und doch sehr wirksame Elektrode zu schaffen. The preferred reduced metal oxides for chlorine generation are the reduced oxides of ruthenium or iridium. The electrocatalyst can be a single reduced platinum group metal oxide such as ruthenium oxide, iridium oxide, platinum oxide, etc. However, mixtures or alloys of reduced platinum group metal oxides have been found to be more stable. An electrode made of reduced ruthenium oxide with up to 25% reduced iridium oxide and preferably 5-25% by weight reduced iridium oxide has proven to be very stable. Graphite or other conductive extender is added in an amount up to 50% by weight, and preferably 10-30% by weight. The extender should have excellent conductivity and low halogen overvoltage and should be much cheaper than the platinum group metals so that it is possible to create a considerably cheaper yet very effective electrode.

Eines oder mehrere reduzierte Oxide eines Ventilmetalles, wie Titan, Tantal, Niob, Zirkonium, Hafnium, Vanadium oder Wolfram können hinzugegeben werden, um die Elektrode gegen Sauerstoff, Chlor und die im allgemeinen rauhen Elektrolysebedingungen zu stabilisieren. Bis zu 50 Gew.-% des Ventilmetalles sind brauchbar, wobei die bevorzugte Menge im Bereich von 25-50-Gew.% liegt. One or more reduced oxides of a valve metal, such as titanium, tantalum, niobium, zirconium, hafnium, vanadium or tungsten, can be added to stabilize the electrode against oxygen, chlorine and the generally harsh electrolysis conditions. Up to 50% by weight of the valve metal is useful, with the preferred amount being in the range of 25-50% by weight.

Mindestens eine der katalytischen Elektroden ist mit der . flüssigkeitsundurchlässigen ionentransportierenden Membran verbunden. Durch Verbinden einer oder beider der Elektroden mit der Membran wird der Elektrolytspannungsabfall zwischen den Elektroden und der Membran minimalisiert, ebenso wie der Gasmassentranspört, da zwischen Elektrode und Membran keine Gasschicht mehr gebildet wird. Dies führt zu einer beträchtlichen Verringerung der Zellspannung und dem bedeutenden wirtschaftlichen Nutzen der sich daraus ergibt. At least one of the catalytic electrodes is connected to the. liquid-impermeable ion-transporting membrane. By connecting one or both of the electrodes to the membrane, the drop in electrolyte voltage between the electrodes and the membrane is minimized, as is the gas mass transpiration, since no gas layer is formed between the electrode and membrane. This leads to a significant reduction in cell voltage and the significant economic benefits that result.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in der in The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, in which

Fig. 1 eine diagrammartige Darstellung einer Elektrolysezelle der vorliegenden Erfindung gegeben ist und 1 is a diagrammatic representation of an electrolytic cell of the present invention and

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der Zelle und der in verschiedenen Teilen der Zelle stattfindenden Reaktionen. Figure 2 is a schematic representation of the cell and the reactions taking place in different parts of the cell.

In Fig. 1 ist mit 10 eine Halogen-Elektrolysezelle bezeichnet, die aus einem Kathodenraum 11 und einem Anodenraum 12 besteht, die durch eine feste Polymerelektrolytmembran 13 voneinander getrennt sind, wobei die Membran vorzugsweise eine hydratisierte, durchlässigkeitsselektive Kationenaustauschermembran ist. Mit den gegenüberliegenden Oberflächen der Membran 13 sind Elektroden verbunden, die Teilchen aus einem Fluorkohlenstoff, wie Teflon, umfassen, die mit thermisch stabilisierten, reduzierten Oxiden von Ruthenium (RuOx) oder Iridium (IrOx) oder stabilisierten, reduzierten Oxiden von Ruthenium-Iridium (RuIr)Ox, Ruthenium-Titan (RuTi)Ox, Ruthenium-Tantal-Iridium (RuTaIr)Ox oder Ruthenium-Graphit verbunden sind. Die Kathode 14 ist mit einer Seite der Membran verbunden und vorzugsweise in dieser eingebettet, und eine nicht-dargestellte katalytische Anode ist mit der gegenüberliegenden Seite der Membran verbunden und vorzugsweise in dieser eingebettet. Die Teflon-gebundene Kathode ist ähnlich dem Anodenkatalysator. Geeignete Katalysatorenmaterialien schliessen fein zerteilte Metalle wie Platin, Palladium, Gold, Silber, Mangan, Kobalt oder Nickel, Spinelle oder reduzierte Platingruppenmetalloxide, wie Pt-Ir Ox, Pt-RuOx, weiter Graphit und geeignete Kombinationen In Fig. 1, 10 denotes a halogen electrolysis cell, which consists of a cathode compartment 11 and an anode compartment 12, which are separated from one another by a solid polymer electrolyte membrane 13, the membrane being preferably a hydrated, permeability-selective cation exchange membrane. Electrodes are connected to the opposite surfaces of the membrane 13 and comprise particles of a fluorocarbon such as Teflon coated with thermally stabilized, reduced oxides of ruthenium (RuOx) or iridium (IrOx) or stabilized, reduced oxides of ruthenium-iridium (RuIr ) Ox, ruthenium-titanium (RuTi) Ox, ruthenium-tantalum-iridium (RuTaIr) Ox or ruthenium-graphite are connected. The cathode 14 is connected to and preferably embedded in one side of the membrane, and a catalytic anode, not shown, is connected to and preferably embedded in the opposite side of the membrane. The Teflon-bound cathode is similar to the anode catalyst. Suitable catalyst materials include finely divided metals such as platinum, palladium, gold, silver, manganese, cobalt or nickel, spinels or reduced platinum group metal oxides such as Pt-Ir ox, Pt-RuOx, further graphite and suitable combinations

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der vorgenannten Materialien ein. of the aforementioned materials.

Stromkollektoren in Form von Metallsieben 15 und 16 werden gegen die Elektroden gepresst. Die ganze Einheit aus Membran und Elektrode wird fest durch die Gehäuseelemente 11 und 12 vermittels der Dichtungen 17 und 18 abgestützt, wobei die Dichtungen aus irgendeinem Material hergestellt sind, das gegenüber der Zellenumgebung, nämlich Alkali, Chlor, Sauerstoff, wässrigem Natriumchlorid im Falle der Elektrolyse von Salzlauge und HCl, HBr im Falle anderer Halogenwasserstoffe, beständig oder inert ist. Eine Form einer solchen Dichtung ist eine gefüllte Kautschuk- bzw. Gummidichtung, die von der Irving Moore Company, Cambridge, Mass. unter der Handelsbezeichnung EPDM vertrieben wird. Current collectors in the form of metal sieves 15 and 16 are pressed against the electrodes. The entire membrane and electrode assembly is firmly supported by the housing members 11 and 12 by means of the seals 17 and 18, which seals are made of any material that is resistant to the cell environment, namely alkali, chlorine, oxygen, aqueous sodium chloride in the case of electrolysis of brine and HCl, HBr in the case of other hydrogen halides, is stable or inert. One form of such a seal is a filled rubber seal available from the Irving Moore Company, Cambridge, Mass. is marketed under the trade name EPDM.

Eine wässrige Salzlauge wird durch einen Elektrolytein-lass 19 eingeführt, der mit der Kammer 20 in Verbindung steht. Verbrauchter Elektrolyt und Halogene, wie Chlor, werden durch eine Auslassleitung 21 entfernt. Eine Kathodenein-lassleitung 22 steht in Verbindung mit der Kathodenkammer 11, um die Einführung von Kathodenkammer-Elektrolyt, Wasser oder wässriger NaOH, die verdünnter ist, als die elektrochemisch an der Grenzfläche-Elektrode/Elektrolyt gebildete, zu gestatten. An aqueous brine is introduced through an electrolyte inlet 19 which communicates with the chamber 20. Used electrolyte and halogens, such as chlorine, are removed through an outlet line 21. A cathode inlet line 22 communicates with the cathode chamber 11 to allow the introduction of cathode chamber electrolyte, water, or aqueous NaOH that is more dilute than that electrochemically formed at the interface electrode / electrolyte.

Das Wasser dient zwei getrennten Funktionen. Ein Teil des Wassers wird unter Erzeugung von Hydroxyl-Anionen elektrolysiert und diese Hydroxyl-Anionen verbinden sich mit den durch die Membran transportierten Natriumkationen unter der Bildung von Laugen (NaOH). Das Wasser spült aber auch die eingebettete Kathodenelektrode, um die an der Membran/Elektroden-Grenzfläche gebildete hochkonzentrierte Lauge zu verdünnen und so eine Diffusion der Lauge durch die Membran zurück in die Anoden-Elektrolyt-Kammer möglichst gering zu halten. Die Kathodenauslassleitung 24 steht in Verbindung mit der Kathodenkammer 11 zur Entfernung der verdünnten Lauge, plus irgendwelchen an der Kathode entladenden Wasserstoffes und überschüssigen Wassers. Ein energieführendes Kabel 23 wird in die Kathodenkammer eingeführt, und ein vergleichbares nicht-darge-stelltes Kabel wird in die Anodenkammer eingeführt. Diese Kabel verbinden die stromleitenden Siebe 16 bzw. 15 mit der Stromquelle. The water serves two separate functions. Part of the water is electrolyzed to produce hydroxyl anions, and these hydroxyl anions combine with the sodium cations transported through the membrane to form lyes (NaOH). However, the water also rinses the embedded cathode electrode in order to dilute the highly concentrated alkali formed at the membrane / electrode interface and thus minimize diffusion of the alkali through the membrane back into the anode-electrolyte chamber. The cathode outlet conduit 24 communicates with the cathode chamber 11 to remove the dilute liquor, plus any hydrogen and excess water discharging at the cathode. An energized cable 23 is inserted into the cathode chamber and a comparable cable, not shown, is inserted into the anode chamber. These cables connect the current-carrying screens 16 and 15 to the power source.

Fig. 2 veranschaulicht diagrammartig die in der Zelle während der Elektrolyse einer wässrigen Salzlauge stattfindenden Reaktionen, und dient dem Verstehen des Elektrolyseprozesses in der Weise, in der die Zelle arbeitet. Eine wässrige Lösung von Natriumchlorid wird in die Anodenkammer eingebracht, die durch die kationische Membran 13 von der Kathodenkammer getrennt ist. Die Membran 13 ist eine Verbundmembran mit einer Schicht 26 hohen Wassergehaltes (20 bis 35%, bezogen auf das Trockengewicht der Membran) auf der Anodenseite und einer Schicht 27 geringen Wassergehaltes (5 bis 15%, bezogen auf das Trockengewicht der Membran), die beide durch ein Teflongewebe 28 voneinander getrennt sind. Figure 2 diagrammatically illustrates the reactions taking place in the cell during the electrolysis of an aqueous brine, and is used to understand the electrolysis process in the way the cell works. An aqueous solution of sodium chloride is introduced into the anode chamber, which is separated from the cathode chamber by the cationic membrane 13. The membrane 13 is a composite membrane with a layer 26 of high water content (20 to 35%, based on the dry weight of the membrane) on the anode side and a layer 27 of low water content (5 to 15%, based on the dry weight of the membrane), both are separated from each other by a Teflon fabric 28.

Um die Kathodenwirksamkeit optimal zu machen, ist die Membran 13 mit einer kathodenseitigen ionenabweisenden Sperrschicht zum Abweisen der Hydroxylionen und zum Blockieren oder Minimalisieren der Rückwanderung der Lauge zur Anode versehen. Die abweisenden Eigenschaften der kathodenseitigen Anionen abweisenden Sperrschicht können weiter dadurch verstärkt werden, dass man die Perfluor-sulfonsäuremembran auf der Kathodenseite unter Bildung einer dünnen Schicht eines einen geringen Wassergehalt aufweisenden Polymers chemisch modifiziert. Dies kann z.B. dadurch geschehen, dass man das Polymer unter Bildung einer substituierten Sulfonamidmembran-Schicht umwandelt. Die Kathodenseitenschicht 27 weist ein hohes Milliäquiva-lentgewicht auf oder wird in eine schwache Säureform (Sulfonamid) umgewandelt und dadurch wird der Wassergehalt dieses Teiles der Verbundmembran verringert. Dies erhöht die Fähigkeit des Films zur Salzabweisung und minimalisiert die Diffusion des Natriumhydroxids durch die Membran zurück zur Anode. Die Membran kann auch ein homogener Film aus einem einen geringen Wassergehaltes aufweisenden Polymer sein, wie Nafion 150, Perfluorcarbonsäure usw. In order to make the cathode efficiency optimal, the membrane 13 is provided with a cathode-side ion-repellent barrier layer to repel the hydroxyl ions and to block or minimize the migration of the alkali back to the anode. The repellent properties of the barrier layer which repels anions on the cathode side can be further enhanced by chemically modifying the perfluorosulfonic acid membrane on the cathode side to form a thin layer of a polymer having a low water content. This can e.g. done by converting the polymer to form a substituted sulfonamide membrane layer. The cathode side layer 27 has a high milliequivalence or is converted into a weak acid form (sulfonamide) and thereby the water content of this part of the composite membrane is reduced. This increases the film's salt repellency and minimizes the diffusion of sodium hydroxide through the membrane back to the anode. The membrane can also be a homogeneous film of a low water content polymer such as Nafion 150, perfluorocarboxylic acid, etc.

Die Teflon-gebundenen Katalysatoren aus reduzierten Edelmetalloxiden enthalten mindestens ein thermisch stabilisiertes, reduziertes Platinmetalloxid, wie von Ruthenium, Iridium oder Ruthenium-Iridium mit oder ohne Zusatz reduzierter Oxide von Titan, Niob oder Tantal und Teilchen von Graphit. Diese Katalysatoren sind in die Oberfläche der Membran 13 eingepresst. Die Stromkollektoren 15 und 16, die der Klarheit halber in Fig. 2 nur teilweise gezeigt sind, The Teflon-bound catalysts made from reduced noble metal oxides contain at least one thermally stabilized, reduced platinum metal oxide, such as ruthenium, iridium or ruthenium iridium, with or without the addition of reduced oxides of titanium, niobium or tantalum and particles of graphite. These catalysts are pressed into the surface of the membrane 13. The current collectors 15 and 16, which are shown only partially in FIG. 2 for the sake of clarity,

sind gegen die Oberfläche der katalytischen Elektroden gepresst und mit dem positiven bzw. negativen Anschluss der Energiequelle verbunden, um das Elektrolysepotential zwischen den Zellenelektroden zu schaffen. Die Natriumchloridlösung, die in die Anodenkammer eingebracht ist, wird an der Anode 29 unter Erzeugung von Chlor, wie durch die Bläschen 30 in Fig. 2 veranschaulicht, elektrolysiert. Die Natriumionen Na+ werden durch die Membran 13 zur Kathode 14 befördert. In die Kathodenkammer wird ein mit 31 bezeichneter Strom von Wasser oder wässrigem NaOH eingebracht und wirkt als Katholyt. Dieser wässrige Strom spült die Oberfläche der Teflon-gebundenen katalytischen Kathode 14, um die an der Grenzfläche von Membran zu Kathode gebildete Lauge zu verdünnen und dadurch die Rückdiffusion der Lauge durch die Membran zur Anode zu vermindern. are pressed against the surface of the catalytic electrodes and connected to the positive or negative connection of the energy source in order to create the electrolysis potential between the cell electrodes. The sodium chloride solution introduced into the anode chamber is electrolyzed at the anode 29 to produce chlorine, as illustrated by the bubbles 30 in FIG. 2. The sodium ions Na + are transported through the membrane 13 to the cathode 14. A stream of water or aqueous NaOH, designated 31, is introduced into the cathode chamber and acts as a catholyte. This aqueous stream rinses the surface of the Teflon-bound catalytic cathode 14 to dilute the caustic formed at the membrane to cathode interface and thereby reduce the back diffusion of the caustic through the membrane to the anode.

Ein Teil des Wasserkatholyten wird an der Kathode unter Bildung von Hydroxylionen und gasförmigen Wasserstoff elektrolysiert. Die Hydroxylionen kombinieren sich mit den durch die Membran transportierten Natriumionen unter Bildung von Natriumhydroxid an der Grenzfläche von der Membran zur Elektrode. Das Natriumhydroxid benetzt den Teflonteil der gebundenen Elektrode leicht und wandert zur Oberfläche, wo es durch den die Oberfläche der Elektrode spülenden wässrigen Strom verdünnt wird. Unter Anwendung der Wasserspülung der Kathode wird an der Kathode konzentriertes Natriumhydroxid im Bereich von 4,5 bis 6,5 molar gebildet. Etwas von dem Natriumhydroxid, das durch den Pfeil 33 angedeutet ist, wandert jedoch durch die Membran 13 zur Anode zurück. Das zur Anode transportierte Natriumhydroxid wird unter Erzeugung von Wasser und Sauerstoff, wie durch die Blasenbildung 34 dargestellt, oxidiert. Dies ist eine parasitäre Reaktion, die die Wirksamkeit des Kathodenstromes vermindert. Die Sauerstofferzeugung an der Anode ist unerwünscht, da dies nachteilige Wirkungen auf die Elektrode und die Membran haben kann. Ausserdem verdünnt der Sauerstoff das an der Anode erzeugte Chlor, so dass eine zusätzliche Behandlung erforderlich ist, um den Sauerstoff zu entfernen. Die Reaktionen in den verschiedenen Teilen der Zelle sind die folgenden: Part of the water catholyte is electrolyzed at the cathode to form hydroxyl ions and gaseous hydrogen. The hydroxyl ions combine with the sodium ions transported through the membrane to form sodium hydroxide at the interface from the membrane to the electrode. The sodium hydroxide slightly wets the Teflon portion of the bound electrode and migrates to the surface where it is diluted by the aqueous stream rinsing the surface of the electrode. Concentrated sodium hydroxide in the range of 4.5 to 6.5 molar is formed on the cathode using the water rinse of the cathode. However, some of the sodium hydroxide, which is indicated by the arrow 33, migrates back through the membrane 13 to the anode. The sodium hydroxide transported to the anode is oxidized to produce water and oxygen as shown by bubble 34. This is a parasitic response that reduces the effectiveness of the cathode current. Oxygen generation at the anode is undesirable because it can have adverse effects on the electrode and membrane. In addition, the oxygen dilutes the chlorine generated at the anode, so additional treatment is required to remove the oxygen. The reactions in the different parts of the cell are as follows:

Anodenreaktion Anode reaction

(Prinzip): 2Cl_->Cl2|+2e_ (1) (Principle): 2Cl _-> Cl2 | + 2e_ (1)

Membran-Transport: 2Na+ + H20 (2) Membrane transport: 2Na + + H20 (2)

Kathodenreaktion: 2H20-v20H- + H2Î-2e- (3a) 2Na++20H-->2Na0H (3b) Anodenreaktion: 40H~-»-02f +2H20 + 4e~ (4) Gesamtreaktion 2NaCl + 2H20->- 2NaOH + Cbf (5) (Prinzip): +H2| Cathode reaction: 2H20-v20H- + H2Î-2e- (3a) 2Na ++ 20H -> 2Na0H (3b) Anode reaction: 40H ~ - »- 02f + 2H20 + 4e ~ (4) overall reaction 2NaCl + 2H20 -> - 2NaOH + Cbf (5) (principle): + H2 |

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

5 5

650 031 650 031

Die neue Anordnung zur Elektrolyse von wässrigen Lösungen von Salzlauge, die in der vorliegenden Anmeldung beschrieben ist, ist durch die Tatsache charakterisiert, dass sich die katalytischen Stellen der Elektroden in direktem Kontakt mit der Kationenaustauschermembran und den Ionen austauschenden Säureresten, die mit der Polymerkette verbunden sind, befinden, wobei diese Säure austauschenden Reste Sulfonsäurereste-SChH • H2O oder Carboxylsäurereste-COOH • H2O sind. Es gibt daher weder in der Anolyt- noch der Katholytkammer irgendeinen bemerkenswerten Spannungsabfall. Ein solcher Elektrolyt-Spannungsabfall ist charakteristisch für die existierenden Systeme und Verfahren, in denen Elektrode und Membran voneinander getrennt sind, und er kann dort in der Grössenordnung von 0,2 bis 0,5 Volt liegen. Die Beseitigung oder doch beträchtliche Verminderung dieses Spannungsabfalls ist einer der Hauptvorteile der vorliegenden Erfindung, da er einen sehr deutlichen Effekt auf die Gesamtzellenspannung und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens hat. The new arrangement for the electrolysis of aqueous solutions of brine, which is described in the present application, is characterized by the fact that the catalytic sites of the electrodes are in direct contact with the cation exchange membrane and the ion-exchanging acid residues which are connected to the polymer chain , where these acid-exchanging residues are sulfonic acid residues-SChH • H2O or carboxylic acid residues-COOH • H2O. There is therefore no remarkable voltage drop in either the anolyte or catholyte chamber. Such an electrolyte voltage drop is characteristic of the existing systems and methods in which the electrode and membrane are separated from one another, and it can be of the order of 0.2 to 0.5 volts. Eliminating or significantly reducing this voltage drop is one of the main advantages of the present invention since it has a very significant effect on the overall cell voltage and the economics of the process.

Da Chlor direkt an der Grenzfläche der Anode zur Membran erzeugt wird, gibt es auch keinen Spannungsabfall aufgrund des sogenannten «Blaseneffektes», der ein Gasmisch-und Massentransport-Verlust aufgrund der Unterbrechung oder Blockierung des Elektrolytpfades zischen der Elektrode und der Membran ist. Since chlorine is generated directly at the interface of the anode to the membrane, there is also no voltage drop due to the so-called “bubble effect”, which is a loss of gas mixture and mass transport due to the interruption or blocking of the electrolyte path between the electrode and the membrane.

In Systemen nach dem Stand der Technik ist die Chlor abgebende katalytische Elektrode von der Membran getrennt. Das Gas wird direkt an der Elektrode gebildet und ergibt eine Gasschicht im Raum zwischen Membran und Elektrode. Dies unterbricht den Elektrolytpfad zwischen dem Elektrodenkollektor und der Membran und blockiert den Durchgang von Na+-Ionen und erhöht auf diese Weise den Spannungsabfall. In systems according to the prior art, the chlorine-releasing catalytic electrode is separated from the membrane. The gas is formed directly on the electrode and results in a gas layer in the space between the membrane and the electrode. This interrupts the electrolyte path between the electrode collector and the membrane and blocks the passage of Na + ions and thus increases the voltage drop.

Die Teflon-gebundene katalytische Elektrode enthält reduzierte Oxide von Platingruppenmetallen, wie Ruthenium, Iridium oder Ruthenium-Iridium, um die Chlorüberspannung an der Anode möglichst gering zu halten. Die reduzierten Rutheniumoxide sind gegenüber Chlor- und Sauerstoff-Ent-wicklung stabilisiert, damit man eine stabile Anode erhält. Die Stabilisierung erfolgt anfänglich durch Temperaturstabilisierung, d.h. durch Erhitzen der reduzierten Rutheniumoxide auf eine Temperatur unterhalb der, bei der Zersetzung zum reinen Metall beginnt. So werden die reduzierten Oxide 30 min bis 6 h auf 350-750 °C erhitzt und bevorzugt für eine Stunde auf Temperaturen im Bereich von 550-600 °C. Die Teflon-gebundenen, reduzierten Rutheniumoxide der Anode werden weiter stabilisiert durch Vermischen mit Graphit und/oder Mischen mit den reduzierten Oxiden anderer Platinmetalle, wie Iridium IrOx in einem Bereich von 5 bis 25% Iridium, wobei 25% bevorzugt sind oder mit denen von Pt, Rh usw. oder mit reduzierten Oxiden von Ventilmetallen, wie Titan TiOx, wobei 25 bis 50% von TiOx bevorzugt sind, oder Tantal (25% oder mehr). Es wurde auch festgestellt, dass eine ternäre Legierung reduzierter Oxide von Titan, Ruthenium und Iridium (Ru, Ir, Ti)Ox oder von Tantal, Ruthenium und Iridium (Ru, Ir, Ta)Ox, die mit Teflon gebunden ist, sehr wirksam ist bei der Herstellung einer stabilen langlebigen Anode. Im Falle der ternären Legierung besteht die Zusammensetzung vorzugsweise aus 5 bis 25 Gew.-% reduzierter Oxide des Iridiums, etwa 50 Gew.-% reduzierter Oxide des Rutheniums und der Rest ist ein Ventilmetall wie Titan. Für eine binäre Legierung reduzierter Oxide aus Ruthenium und Titan enthält die bevorzugte Elektrode eine Menge von 50 Gew.-% Titan und der Rest ist Ruthenium. Titan hat den zusätzlichen Vorteil, dass es sehr viel billiger ist als Ruthenium oder Iridium und dass es somit ein wirksame Streckmittel ist, welches die Kosten reduziert, während es gleichzeitig die Elektrode in einer sauren Umgebung und gegen HCl, Chlor- und Sauerstoff-Entwicklung stabilisiert. Andere Ventilmetalle, wie Niob, Tantal, Zirkonium oder Hafnium, können in der Elektrodenstruktur anstelle von Titan eingesetzt werden. The Teflon-bound catalytic electrode contains reduced oxides of platinum group metals, such as ruthenium, iridium or ruthenium-iridium, in order to keep the chlorine overvoltage at the anode as low as possible. The reduced ruthenium oxides are stabilized against chlorine and oxygen evolution, so that a stable anode is obtained. The stabilization takes place initially through temperature stabilization, i.e. by heating the reduced ruthenium oxides to a temperature below which the decomposition to the pure metal begins. The reduced oxides are heated to 350-750 ° C. for 30 minutes to 6 hours, and preferably for one hour to temperatures in the range of 550-600 ° C. The Teflon-bonded, reduced ruthenium oxides of the anode are further stabilized by mixing with graphite and / or mixing with the reduced oxides of other platinum metals, such as iridium IrOx in a range from 5 to 25% iridium, with 25% being preferred or with those of Pt , Rh, etc. or with reduced oxides of valve metals such as titanium TiOx, with 25 to 50% of TiOx being preferred, or tantalum (25% or more). It has also been found that a ternary alloy of reduced oxides of titanium, ruthenium and iridium (Ru, Ir, Ti) Ox or of tantalum, ruthenium and iridium (Ru, Ir, Ta) Ox, which is bonded with Teflon, is very effective in the manufacture of a stable, long-life anode. In the case of the ternary alloy, the composition preferably consists of 5 to 25% by weight of reduced oxides of iridium, about 50% by weight of reduced oxides of ruthenium and the rest is a valve metal such as titanium. For a binary alloy of reduced oxides of ruthenium and titanium, the preferred electrode contains 50% by weight of titanium and the rest is ruthenium. Titanium has the additional advantage that it is much cheaper than ruthenium or iridium, making it an effective extender that reduces costs while stabilizing the electrode in an acidic environment and against HCl, chlorine and oxygen evolution . Other valve metals, such as niobium, tantalum, zirconium or hafnium, can be used in the electrode structure instead of titanium.

Die Legierungen der reduzierten Edelmetalloxide werden zusammen mit den reduzierten Oxiden von Titan oder anderen Ventilmetallen mit Teflon zu einer homogenen Mischung vermengt. Der Gehalt der Anode an Teflon kann im Bereich von 15 bis 50 Gew.-% liegen, obwohl 20 bis 30 Gew.-% bevorzugt sind. Das eingesetzte Teflon ist das von der Dupont Corporation unter der Handelsbezeichnung T-30 vertriebene Material, obwohl auch andere Fluorkohlenstoffe gleicher-massen benutzt werden können. Typische Edelmetallmengen für die Anode liegen bei 0,6 mg/cm2 der Elektrodenoberfläche, wobei der bevorzugte Bereich von 1 bis 2 mg/cm2 reicht. Der Stromkollektor für die Anode kann ein platziertes Niob-netz mit feinen Maschen sein, mit dem ein guter Kontakt zur Elektrodenoberfläche erhalten wird. Es kann aber auch ein gerecktes Titannetz, das mit Rutheniumoxid, Iridiumoxid, Ventilmetalloxid oder deren Mischungen überzogen ist, als Kollektorstruktur für die Anode benutzt werden. Noch eine weitere mögliche Anodenkollektorstruktur kann ein Edelmetall- oder -oxid-plattiertes Netz sein, das an einer Ti- oder Ti-Legierungsplatte durch Schweissen oder Verbinden befestigt ist. The alloys of the reduced noble metal oxides are mixed with the reduced oxides of titanium or other valve metals with Teflon to form a homogeneous mixture. The anode content of Teflon can range from 15 to 50% by weight, although 20 to 30% by weight is preferred. The Teflon used is the material sold by Dupont Corporation under the trade name T-30, although other fluorocarbons can also be used equally. Typical amounts of noble metal for the anode are 0.6 mg / cm 2 of the electrode surface, the preferred range being from 1 to 2 mg / cm 2. The current collector for the anode can be a placed niobium mesh with fine mesh, with which a good contact to the electrode surface is obtained. However, an expanded titanium mesh, which is coated with ruthenium oxide, iridium oxide, valve metal oxide or mixtures thereof, can also be used as the collector structure for the anode. Yet another possible anode collector structure can be a noble metal or oxide plated mesh that is attached to a Ti or Ti alloy plate by welding or joining.

Der Anodenstromkollektor, der im Eingriff mit der gebundenen Anodenschicht steht, weist eine höhere Chlorüberspannung auf, als die katalytische Oberflächenschicht der Anodenelektrode. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit der elektrochemischen Reaktion, wie der Chlorentwicklung, an der Stromverteileroberfläche, da diese Reaktionen wegen der geringeren Überspannung an der elektrokatalytischen Anodenelektrodenoberfläche wahrscheinlicher sind und da der Spannungsabfall zum Kollektornetz grösser ist. The anode current collector, which is in engagement with the bonded anode layer, has a higher chlorine overvoltage than the catalytic surface layer of the anode electrode. This reduces the likelihood of an electrochemical reaction, such as chlorine evolution, on the surface of the current distributor, since these reactions are more likely because of the lower overvoltage on the electrocatalytic anode electrode surface and because the voltage drop to the collector network is greater.

Die Kathode ist vorzugsweise eine gebundene Mischung aus Teflonteilchen und Platinschwarz mit einer Platinschwarzmenge von 0,4 bis 4 mg/cm2. Es können jedoch glei-chermassen auch die anderen oben genannten katalytischen Materialien benutzt werden. Die Kathode ist ähnlich wie die Anode vorzugsweise mit der Oberfläche der Kationenaustauschermembran verbunden und in diese eingebettet. Die Kathode wird sehr dünn mit einer Dicke von etwa 0,05 bis 0,075 mm oder weniger und vorzugsweise mit etwa 0,012 mm Dicke hergestellt, sie ist porös und weist einen geringen Teflongehalt auf. The cathode is preferably a bound mixture of Teflon particles and platinum black with a platinum black quantity of 0.4 to 4 mg / cm 2. However, the other catalytic materials mentioned above can also be used. Similar to the anode, the cathode is preferably connected to the surface of the cation exchange membrane and embedded therein. The cathode is made very thin with a thickness of about 0.05 to 0.075 mm or less and preferably with a thickness of about 0.012 mm, it is porous and has a low teflon content.

Die Dicke der Kathode kann recht bedeutsam sein. Sie kann in reduziertem Wasser oder durch das Spülen und Eindringen wässriger NaOH in die Kathode reflektiert werden, was die Wirksamkeit des Kathodenstromes verringert. Die Zellen wurden mit dünnen Kathoden von etwa 0,012 bis etwa 0,05 mm Dicke aus Platinschwarz mt 15% Teflon hergestellt. Die Stromwirksamkeiten von Zellen mit dünnen Kathoden betrugen etwa 80% bei 5molarer NaOH, bei 88 bis 91 °C und einer Zuführung von 290 g NaCl/1 zur Anode. Mit einer 0,075 mm dicken Kathode aus Ruthenium und Graphit war die Stromwirksamkeit auf 54% mit 5molarer NaOH verringert. Die folgende Tabelle A zeigt die Beziehung der Stromwirksamkeit zur Dicke und lässt erkennen, dass Dicken, die 0,05 bis 0,075 mm nicht übersteigen, die beste Leistungsfähigkeit haben. The thickness of the cathode can be quite significant. It can be reflected in reduced water or by rinsing and penetrating aqueous NaOH into the cathode, reducing the effectiveness of the cathode current. The cells were made with thin cathodes from about 0.012 to about 0.05 mm thick made of platinum black with 15% Teflon. The current efficiency of cells with thin cathodes was about 80% with 5 molar NaOH, at 88 to 91 ° C and a supply of 290 g NaCl / 1 to the anode. With a 0.075 mm thick cathode made of ruthenium and graphite, the current efficiency was reduced to 54% with 5 molar NaOH. The following Table A shows the relationship of current efficiency to thickness and indicates that thicknesses that do not exceed 0.05 to 0.075 mm have the best performance.

5 5

to to

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

650 031 650 031

Tabelle A Table A

Zelle cell

Kathode cathode

Kathodendicke Cathode thickness

Stromwirksamkeit Current efficiency

(mm) (mm)

in % (bei n-NaOH) in% (with n-NaOH)

1 1

Platinschwarz Platinum black

0,050-0,075 0.050-0.075

64(4,0) 64 (4.0)

2 2nd

Platinschwarz Platinum black

0,050-0,075 0.050-0.075

73 (4,5) 73 (4.5)

3 3rd

Platinschwarz Platinum black

0,025-0,05 0.025-0.05

75 (3,1) 75 (3.1)

4 4th

Platinschwarz Platinum black

0,025-0,05 0.025-0.05

82 (5,0) 82 (5.0)

5 5

Platinschwarz Platinum black

0,012 0.012

78 (5,5) 78 (5.5)

6 6

5% Platinschwarz 5% platinum black

0,075 0.075

78 (3,0) 78 (3.0)

auf Graphit on graphite

7 7

15% RuOx 15% RuOx

0,075 0.075

54 (5,0) 54 (5.0)

auf Graphit on graphite

8 8th

Platiniertes Platinized

0,250-0,37 0.250-0.37

57 (5,0) 57 (5.0)

Graphitgewebe Graphite fabric

Die Elektrode ist gasdurchlässig hergestellt, damit die an der Grenzfläche zwischen Elektrode und Membran entwik-kelten Gase leicht entweichen können. Sie ist porös hergestellt, um das Eindringen des Spülwassers zur Grenzfläche zwischen Elektrode und Membran, an der die NaOH gebildet wird, und den Zugang der zugeführten Salzlauge zur Membran und den katalytischen Elektrodenstellen zu gestatten. Dies unterstützt das Verdünnen der gebildeten hochkonzentrierten NaOH, bevor sie das Teflon benetzt und an die Elektrodenoberfläche gelangt, wo sie durch das über die Elektrodenoberfläche strömende Wasser weiter verdünnt wird. Es ist wichtig, die NaOH an der Grenzfläche zwischen Membran und Elektrode zu verdünnen, da dort die Konzentration am grössten ist. Um die Wassereindringung in die Kathode maximal zu machen, sollte der Teflongehalt 15 bis 30 Gew.-% The electrode is made permeable to gas so that the gases developed at the interface between the electrode and the membrane can easily escape. It is made porous in order to allow the rinse water to penetrate to the interface between the electrode and membrane at which the NaOH is formed and to allow the supplied brine to access the membrane and the catalytic electrode sites. This supports the dilution of the highly concentrated NaOH formed before it wets the Teflon and reaches the electrode surface, where it is further diluted by the water flowing over the electrode surface. It is important to dilute the NaOH at the membrane-electrode interface, as the concentration is greatest there. In order to maximize the penetration of water into the cathode, the teflon content should be 15 to 30% by weight.

nicht übersteigen, da Teflon hydrophob ist. Mit einer guten Porosität, einem begrenzten Teflongehalt, einem dünnen Querschnitt und einer Spülflüssigkeit aus Wasser oder verdünnter Lauge wird die NaOH-Konzentration gesteuert, um die Wanderung von NaOH durch die Membran zu vermindern, was weiter durch eine Anionen abstossende Sperrschicht auf der Kathodenseite unterstützt wird. do not exceed, since Teflon is hydrophobic. With a good porosity, a limited teflon content, a thin cross-section and a rinsing liquid made of water or dilute alkali, the NaOH concentration is controlled in order to reduce the migration of NaOH through the membrane, which is further supported by an anion-repellent barrier layer on the cathode side .

Der Stromkollektor für die Kathode muss sorgfältig ausgewählt werden, da die an der Kathode vorhandene hochkorrosive Lauge viele Materialien angreift, insbesondere während die Zelle abgeschaltet ist. Der Stromkollektor kann ein Nickelnetz sein, da Nickel Lauge gegenüber beständig ist. Der Stromkollektor kann aber auch aus einer Platte aus korrosionsbeständigem Stahl hergestellt werden, auf das ein Netz aus korrosionsbeständigem Stahl geschweisst ist. Eine andere Stromkollektorstruktur für die Kathode, die gegenüber alkalischer Lösung beständig oder inert ist, ist Graphit oder Graphit in Kombination mit einem Nickelnetz, das auf die Platte und gegen die Oberfläche der Elektrode gepresst ist. The current collector for the cathode must be carefully selected because the highly corrosive alkali present on the cathode attacks many materials, especially while the cell is switched off. The current collector can be a nickel network because nickel is resistant to alkali. However, the current collector can also be made from a plate made of corrosion-resistant steel, onto which a mesh made of corrosion-resistant steel is welded. Another current collector structure for the cathode that is resistant or inert to alkaline solution is graphite or graphite in combination with a nickel mesh that is pressed onto the plate and against the surface of the electrode.

Der Kathodenstromkollektor der im Eingriff mit der gebundenen Kathodenschicht steht, ist aus einem Material mit einer höheren Wasserstoffüberspannung als der der katalytischen Kathodenoberfläche hergestellt. Die Wahrscheinlichkeit einer elektrochemischen Reaktion, wie der Wasserstoffentwicklung am Stromkollektor ist daher vermindert wegen der geringeren Überspannung an der Elektrode und weil die Kathodenelektrode zu einem gewissen Masse den Stromkollektor abschirmt. The cathode current collector which is in engagement with the bound cathode layer is made of a material with a higher hydrogen overvoltage than that of the catalytic cathode surface. The likelihood of an electrochemical reaction, such as the evolution of hydrogen on the current collector, is therefore reduced because of the lower overvoltage at the electrode and because the cathode electrode shields the current collector to a certain extent.

Die Membran 13 ist vorzugsweise eine stabile hydrati-sierte kationische Membran, die durch Ionentransportselekti-vität ausgezeichnet ist. Die Kationenaustauschermembran gestattet den Durchgang positiv geladener Natrium-Kationen und minimalisiert den Durchgang negativ geladener Anionen. Es können verschiedene Arten von Ionenaustauscherharzen zu Membranen verarbeitet werden, um den selektiven Transport von Kationen zu ermöglichen. Zwei Arten sind die sogenannten Sulfonsäurekationenaustauscherharze und die Car-bonsäurekationenaustauscherharze. Bei den Sulfonsäureaus-tauscherharzen, die bevorzugt sind, sind die Ionen austauschenden Gruppen hydratisierte Sulfonsäurereste S03H- H2PO, die durch Sulfonieren mit der Polymerkette verbunden sind. Die Ionen austauschenden Säureradikale sind innerhalb der Membran nicht beweglich, sondern fest mit der Polymerkette verbunden, was sicherstellt, dass sich die Elektrolytkonzentration nicht verändert. The membrane 13 is preferably a stable hydrated cationic membrane which is distinguished by ion transport selectivity. The cation exchange membrane allows the passage of positively charged sodium cations and minimizes the passage of negatively charged anions. Different types of ion exchange resins can be processed into membranes to enable the selective transport of cations. Two types are the so-called sulfonic acid cation exchange resins and the carboxylic acid cation exchange resins. In the sulfonic acid exchange resins which are preferred, the ion-exchanging groups are hydrated sulfonic acid residues S03H-H2PO which are linked to the polymer chain by sulfonation. The ion-exchanging acid radicals are not mobile within the membrane, but are firmly connected to the polymer chain, which ensures that the electrolyte concentration does not change.

Die Sulfonsäuregruppen aufweisenden Perfluorkohlen-stoffkationenaustauschermembranen sind bevorzugt, da sie einen ausgezeichneten Kationentransport gewährleisten, in hohem Masse stabil sind und durch Säuren und starke Oxida-tionsmittel nicht beeinflusst werden und sie ausserdem eine ausgezeichnete thermische Stabilität haen und mit der Zeit im wesentlichen unveränderlich sind. Eine spezifisch bevorzugte Gruppe von Kationenpolymermembranen wird von der DuPont Company unter der Handelsbezeichnung Naflon vertrieben und dies ist eine Membran, bei der das Polymer ein hydratisiertes Copolymer von Polytetrafluoräthylen und Polysulfonylfluoridvinyläther ist, der seitenständige Sulfonsäuregruppen aufweist. Diese Membranen werden in der Wasserstoff-Form eingesetzt, die üblicherweise die vom Hersteller erhaltene Form ist. Die Ionenaustauschkapazität einer gegebenen Sulfonsäurekationenaustauschermembran ist abhängig von dem Milliäquivalentgewicht des S03-H-Restes pro Gramm des trockenen Polymers. Je grösser die Konzentration der Sulfonsäurereste ist, umso grösser ist die Ionenaustauschkapazität und umso grösser die Fähigkeit der hydratisierten Membran Kationen zu transportieren. Wenn jedoch die Ionenaustauschkapazität der Membran zunimmt, nimmt auch der Wassergehalt zu und die Fähigkeit der Membran, Salz abzuweisen, nimmt ab. The perfluorocarbon cation exchange membranes containing sulfonic acid groups are preferred because they ensure excellent cation transport, are highly stable and are not influenced by acids and strong oxidizing agents, and also have excellent thermal stability and are essentially unchangeable over time. A specifically preferred group of cation polymer membranes is sold by DuPont Company under the trade name Naflon and this is a membrane in which the polymer is a hydrated copolymer of polytetrafluoroethylene and polysulfonyl fluoride vinyl ether which has pendant sulfonic acid groups. These membranes are used in the hydrogen form, which is usually the form obtained from the manufacturer. The ion exchange capacity of a given sulfonic acid cation exchange membrane is dependent on the milliequivalent weight of the S03-H residue per gram of the dry polymer. The greater the concentration of the sulfonic acid residues, the greater the ion exchange capacity and the greater the ability of the hydrated membrane to transport cations. However, as the membrane's ion exchange capacity increases, the water content increases and the membrane's ability to repel salt decreases.

Die Geschwindigkeit, mit der das Natriumhydroxid von der Kathode zur Anodenseite wandert, nimmt mit der Ionenaustauschkapazität zu. Die Rückwanderung verringert die Wirksamkeit des Kathodenstromes und führt auch zur Sauerstofferzeugung an der Anode mit allen damit verbundenen unerwünschten Konsequenzen. Die bevorzugte Ionenaustauschermembran zur Verwendung bei der Salzlaugen-Elektro-lyse ist daher ein Schichtstoff bzw. Laminat, der aus einem dünnen Film (etwa 0,05 mm Dicke) mit einem Milliäquivalentgewicht von 1500 und einem geringen Wassergehalt (5 bis 15%) mit hoher Salzabweisung, verbunden mit einem Film einer Dicke von etwa 0,1 mm oder mehr, hoher Ionenaustauschkapazität, einem Milliäquivalentgewicht von 1100 und einem Teflongewebe besteht. Eine Form einer solchen Schichtkonzentration wird von DuPont unter der Handelsbezeichnung Naflon 315 vertrieben. Andere Formen von Schichtstoffen oder Konstruktionen, in denen die Kathoden-seitenschicht aus einem dünnen Harzfilm geringen Wassergehaltes (5 bis 15%) besteht, um die Salzabweisung zu optimali-sieren, während die Anodenseite der Membran zur Förderung der Ionenaustauschkapazität ein Film mit hohem Wassergehalt ist, sind unter den Handelsbezeichnungen Naflon 355, 376, 390, 227 und 214 erhältlich. The rate at which the sodium hydroxide travels from the cathode to the anode side increases with the ion exchange capacity. The migration back reduces the effectiveness of the cathode current and also leads to the generation of oxygen at the anode with all the associated undesirable consequences. The preferred ion exchange membrane for use in brine electrolysis is therefore a laminate consisting of a thin film (about 0.05 mm thick) with a milliequivalent weight of 1500 and a low water content (5 to 15%) with high Salt repellency combined with a film of about 0.1 mm or more in thickness, high ion exchange capacity, a milliequivalent weight of 1100 and a Teflon fabric. One form of such a layer concentration is sold by DuPont under the trade name Naflon 315. Other forms of laminates or constructions in which the cathode side layer consists of a thin resin film of low water content (5 to 15%) in order to optimize salt rejection, while the anode side of the membrane is a film with high water content to promote the ion exchange capacity , are available under the trade names Naflon 355, 376, 390, 227 and 214.

Die Ionenaustauschmembran wird durch Tränken in Lauge (3 bis 8 molar) für eine Dauer von einer Stunde zubereitet, um den Wassergehalt der Membran und deren Ionen-transporteigenschaften festzulegen. Im Falle der durch ein Teflongewebe verbundenen Schichtmembran mag es erwünscht sein, die Membran oder das Teflongewebe durch 3- bis 4stündiges Erhitzen am Rückfluss in 70%iger HNO3 zu reinigen. Die kathodenseitige Sperrschicht sollte einen geringen Wassergehalt haben auf der Grundlage der Wasserabsorption der Persulfonsäuregruppen. Dies führt zu einer wirksameren Anionen-(Hydroxyl-)Abweisung. Durch Blockieren oder Abweisen der Hydroxylionen wird die Rückwanderung The ion exchange membrane is prepared by soaking in lye (3 to 8 molar) for a period of one hour to determine the water content of the membrane and its ion transport properties. In the case of the layer membrane connected by a Teflon fabric, it may be desirable to clean the membrane or the Teflon fabric by heating at reflux for 3 to 4 hours in 70% HNO3. The cathode side barrier layer should have a low water content based on the water absorption of the persulfonic acid groups. This leads to more effective anion (hydroxyl) rejection. Blocking or rejecting the hydroxyl ions prevents the migration

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der Lauge beträchtlich vermindert und somit die Stromwirksamkeit der Zelle erhöht und die Sauerstofferzeugung an der Anode vermindert. In einer alternativen Schichtstoffkonstruktion wird die Kathodenseitenschicht der Membran chemisch modifiziert, indem man die Sulfonsäuregruppe in eine solche mit einer geringeren Wasserabsorption umwandelt. Dies kann z.B. durch Umsetzen einer Oberflächenschicht des Polymers unter Bildung einer Schicht aus Sulfonamidgruppen erfolgen. Es gibt verschiedene Umsetzungsmöglichkeiten zur Bildung der Sulfonamidoberflächenschicht. Ein solches Verfahren schliesst das Umsetzen der Oberfläche der Nafion-Membran in der Sulfonylfluoridform mit Aminen, wie Äthylendiamin, ein, um die substituierten Sulfonamidmembranen zu bilden. Diese Sulfonamidschicht agiert als eine sehr wirksame Sperrschicht für Anionen. Durch Abweisen der Hydroxylionen an der Kathodenseite wird die Rückwanderung der Lauge offensichtlich beträchtlich vermindert. the alkali is considerably reduced, thus increasing the current efficiency of the cell and reducing the generation of oxygen at the anode. In an alternative laminate construction, the cathode side layer of the membrane is chemically modified by converting the sulfonic acid group to one with less water absorption. This can e.g. by reacting a surface layer of the polymer to form a layer of sulfonamide groups. There are various implementation options for the formation of the sulfonamide surface layer. One such method involves reacting the surface of the Nafion membrane in the sulfonyl fluoride form with amines such as ethylenediamine to form the substituted sulfonamide membranes. This sulfonamide layer acts as a very effective barrier layer for anions. By rejecting the hydroxyl ions on the cathode side, the back migration of the alkali is obviously considerably reduced.

Die reduzierten Platingruppenmetalloxide des Rutheniums, Iridiums, von Ruthenium/Iridium usw. mit oder ohne die reduzierten Oxide der Ventilmetalle, wie Titan oder von Graphit, die mit den Teflonteilchen unter Bildung der porösen gasdurchlässigen katalytischen Elektroden gebunden werden, erhält man durch thermische Zersetzung der vermischten Metallsalze in Abwesenheit oder Anwesenheit überschüssiger Natriumsalze, z.B. des Nitrats, Carbonats usw. Das Herstellungsverfahren ist eine Modifikation des Adams-Verfahrens der Platinherstellung durch Mitverwendung thermisch zersetzbarer Halogenide von Iridium, Titan oder Ruthenium, z.B. von Iridiumchlorid, Rutheniumchlorid oder Titanchlorid. So werden beispielsweise zur Herstellung des binären Oxids (Ru, Ir) Ox die fein verteilten Salze von Ruthenium und Iridium im gleichen Gewichtsverhältnis von Ruthenium und Iridium miteinander vermischt, wie es in dem binären Oxid erwünscht ist. Ein Überschuss an Natriumnitrat oder äquivalenter Alkalimetallsalze wird hinzugegeben und die Mischung für 3 Stunden bei 500 bis 600 °C in einer Siliciumdioxid-schale geschmolzen. Das anfallende Produkt wird gründlich gewaschen, um die noch vorhandenen Nitrate und Halogenide zu entfernen. Danach wird die Suspension der vermischten oder legierten Oxide bei Zimmertemperatur elektrochemisch oder durch Hindurchleiten von Wasserstoffblasen durch die Mischung reduziert. Das Produkt wird gründlich getrocknet, gemahlen und durch ein Nylonnetz gesiebt, wobei die Teilchen nach dem Sieben typischerweise einen Durchmesser von etwa 37 p.m haben. The reduced platinum group metal oxides of ruthenium, iridium, ruthenium / iridium, etc. with or without the reduced oxides of the valve metals, such as titanium or graphite, which bind with the Teflon particles to form the porous gas-permeable catalytic electrodes, are obtained by thermal decomposition of the mixed ones Metal salts in the absence or presence of excess sodium salts, e.g. nitrate, carbonate, etc. The manufacturing process is a modification of the Adams process of producing platinum by using thermally decomposable halides of iridium, titanium or ruthenium, e.g. of iridium chloride, ruthenium chloride or titanium chloride. For example, to produce the binary oxide (Ru, Ir) Ox, the finely divided salts of ruthenium and iridium are mixed with one another in the same weight ratio of ruthenium and iridium as is desired in the binary oxide. Excess sodium nitrate or equivalent alkali metal salts are added and the mixture is melted for 3 hours at 500 to 600 ° C in a silica bowl. The resulting product is washed thoroughly to remove the nitrates and halides still present. The suspension of the mixed or alloyed oxides is then reduced electrochemically at room temperature or by passing hydrogen bubbles through the mixture. The product is thoroughly dried, ground and sieved through a nylon mesh, the particles typically having a diameter of about 37 p.m after sieving.

Die Legierung aus den reduzierten Oxiden von Ruthenium und Iridium wird dann durch einstündiges Erhitzen auf eine Temperatur von 500 bis 600 °C thermisch stabilisiert. Danach stellt man die Elektrode durch Vermischen der reduzierten, thermisch stabilisierten Platingruppenmetalloxide mit Polytetrafluoräthylenteilchen her. Ein im Handel erhältliches Produkt ist Teflon T-30 von DuPont. The alloy of the reduced oxides of ruthenium and iridium is then thermally stabilized by heating for one hour at a temperature of 500 to 600 ° C. The electrode is then produced by mixing the reduced, thermally stabilized platinum group metal oxides with polytetrafluoroethylene particles. A commercially available product is Teflon T-30 from DuPont.

Die reduzierten Edelmetalloxide, wie RuOx, können jedoch auch mit einem leitenden Träger vermengt werden, wie Graphit, Übergangsmetallcarbiden und Ventilmetallen, um die Stabilität zu verbessern und nur geringe Edelmetallmengen (0,5 mg/cm2) zu benötigen. However, the reduced noble metal oxides, such as RuOx, can also be mixed with a conductive carrier, such as graphite, transition metal carbides and valve metals, in order to improve stability and only require small amounts of noble metal (0.5 mg / cm 2).

Für den Fall der Verwendung einer Graphit-Ruthenium-Elektrode wird der pulverisierte Graphit (wie Poco-Graphit 1748 der Union Oil Company) mit 15 bis 30% Teflon T-30 vermischt. Mit dieser Mischung aus Graphit und Teflon vermengt man die reduzierten Metalloxide. If a graphite-ruthenium electrode is used, the powdered graphite (such as Poco-Graphite 1748 from the Union Oil Company) is mixed with 15 to 30% Teflon T-30. This mixture of graphite and Teflon is used to mix the reduced metal oxides.

Die Mischung aus Edelmetalloxidteilchen und Teflonteilchen oder aus Graphit und den reduzierten Oxidteilchen ordnet man in einer Form an und erhitzt, bis die Masse zu einer abziehbildartigen Form gesintert ist, die man dann durch Anwendung von Druck und Hitze mit der Oberfläche der Membran verbindet und in diese einbettet. Zum Verbinden und Einbetten der Elektrode in die Membran können verschiedene Verfahren benutzt werden, einschliesslich dem im einzelnen in der US-PS 3 134 697 beschriebenen Verfahren, bei dem die Elektrodenstruktur in die Oberfläche einer partiell polymerisierten Ionenaustauschermembran gepresst wird, wodurch sich die gesinterte, poröse, gasabsorbierende Teilchenmischung integral mit der Membran verbindet und in deren Oberfläche eingebettet wird. The mixture of noble metal oxide particles and Teflon particles or of graphite and the reduced oxide particles is arranged in a mold and heated until the mass is sintered into a decal-like shape, which is then bonded to and into the surface of the membrane by applying pressure and heat embeds. Various methods can be used to connect and embed the electrode in the membrane, including the method described in detail in U.S. Patent No. 3,134,697, in which the electrode structure is pressed into the surface of a partially polymerized ion exchange membrane, causing the sintered, porous , gas-absorbing particle mixture integrally connects with the membrane and is embedded in its surface.

Zur Chlorerzeugung führt man wässrige Alkalimetallchloridlösung, wie NaCl-Lösung, in die Anolytkammer. Die Zuführungsgeschwindigkeit liegt vorzugsweise im Bereich von 200 bis 2000 ml/min/930 cm2/108 mA/cm2. Die Salzlaugenkonzentration sollte im Bereich von 2,5 bis 5 Mol (150-300 g/1) gehalten werden, wobei eine 5 molare Lösung bevorzugt ist, da die Kathodenstromwirksamkeit direkt mit der Konzentration der Lösung zunimmt. Gleichzeitig vermindert die erhöhte Salzlaugenkonzentration die Sauerstoffentwicklung an der Anode, die durch Wasserelektrolyse geschieht. Mit abnehmender Konzentration des Anolyten nimmt die Sauerstoffentwicklung dagegen zu wegen der relativen Menge des an der Anode vorhandenen Wassers, das mit dem NaCl im Wettbewerb um die katalytischen Reaktionsstellen steht. Da bei abnehmender Salzlaugenkonzentration die Wasserkonzentration zunimmt, wird Wasser in zunehmendem Masse an der Anode unter Sauerstoffentwicklung elektrolysiert. Die Wasserelektrolyse an der Anode verringert auch die kathodische Wirksamkeit, da die bei der Wasserelektrolyse erzeugten H +-Ionen durch die Membran wandern und sich mit den Hydroxylionen unter Wasserbildung kombinieren, wodurch diese Hydroxylionen nicht zur Laugebildung zur Verfügung stehen. To produce chlorine, aqueous alkali metal chloride solution, such as NaCl solution, is led into the anolyte chamber. The feed rate is preferably in the range of 200 to 2000 ml / min / 930 cm2 / 108 mA / cm2. The brine concentration should be kept in the range of 2.5 to 5 moles (150-300 g / l), with a 5 molar solution being preferred since the cathode current efficiency increases directly with the concentration of the solution. At the same time, the increased concentration of brine reduces the evolution of oxygen at the anode, which occurs through water electrolysis. In contrast, with decreasing concentration of the anolyte, the evolution of oxygen increases because of the relative amount of water present at the anode, which competes with the NaCl for the catalytic reaction sites. Since the water concentration increases with decreasing brine concentration, water is increasingly electrolyzed at the anode with the evolution of oxygen. Water electrolysis at the anode also reduces the cathodic effectiveness, since the H + ions generated during the water electrolysis migrate through the membrane and combine with the hydroxyl ions to form water, so that these hydroxyl ions are not available for lye formation.

Durch Aufrechterhalten der obigen Strömungsgeschwindigkeit in die Anolytkammer wird sichergestellt, dass die Anode kontinuierlich mit frischer Salzlauge versehen wird. Maintaining the above flow rate into the anolyte chamber ensures that the anode is continuously supplied with fresh brine.

Verringert man die Zuführungsgeschwindigkeit, dann nimmt die Aufenthaltszeit der Salzlauge und insbesondere die Aufenthaltszeit der erschöpften Salzlauge zu. Diese erschöpfte Salzlauge mit ihrem relativ hohen Wassergehalt ist dann länger an der Anode vorhanden und dies führt zu einer verstärkten Wasserelektrolyse mit der damit verbundenen Sauerstofferzeugung und dem Transport der Wasserstoffionen durch die Membran. Sowohl die Konzentration der Salzlauge als auch die Zuführungsgeschwindigkeit beeinflussen somit die Entwicklung des Sauerstoffs an der Anode und den Transport der Wasserstoffionen durch die Membran. If the feed rate is reduced, the residence time of the brine and in particular the residence time of the exhausted brine increases. This exhausted brine with its relatively high water content is then present longer at the anode and this leads to increased water electrolysis with the associated generation of oxygen and the transport of the hydrogen ions through the membrane. Both the concentration of the brine and the feed rate thus influence the development of oxygen at the anode and the transport of the hydrogen ions through the membrane.

Es mag auch erwünscht sein, die Elektrolyse bei höherem als atmosphärischem Druck auszuführen, um die Entfernung der gasförmigen Elektrolyseprodukte zu fördern. Durch das Unterdrucksetzen der Anolyt- und Katholytkammer verringert man die Grösse der an den Elektroden gebildeten Gasbläschen. Die kleineren Gasbläschen lösen sich leichter von der Elektrode und fördern somit die Entfernung der gasförmigen Elektrolyseprodukte aus der Zelle. Ein weiterer Nutzen besteht in der Beseitigung oder Verminderung der Bildung von Gasfilmen an der Elektrodenoberfläche, die den Zugang der Anolyt- bzw. Katholytlösung zur Elektrode blok-kieren können. In einer Hybridzelle, in der nur eine Elektrode mit der Membran verbunden ist, verringert die Verminderung der Teilchengrösse die Spannüngsverluste auf Grund der Gassperren und des Massentransportes im Raum zwischen der nicht gebundenen Elektrode und der Membran, da der Elektrolytpfad durch die kleineren Bläschen weniger unterbrochen wird. It may also be desirable to carry out the electrolysis at higher than atmospheric pressure to promote removal of the gaseous electrolysis products. By pressurizing the anolyte and catholyte chamber, the size of the gas bubbles formed on the electrodes is reduced. The smaller gas bubbles separate more easily from the electrode and thus promote the removal of the gaseous electrolysis products from the cell. Another benefit is the elimination or reduction of the formation of gas films on the electrode surface, which can block the access of the anolyte or catholyte solution to the electrode. In a hybrid cell in which only one electrode is connected to the membrane, the reduction in particle size reduces the voltage loss due to the gas barriers and the mass transport in the space between the unbound electrode and the membrane, since the electrolyte path is less interrupted by the smaller bubbles .

Sauerstoff kann an der Anode aber auch auf Grund der Rückwanderung von Natriumhydroxyd von der Kathode erzeugt werden. Dieses NaOH wandert durch die Membran auf Grund des steilen Konzentrationsgradienten an der Membrangrenzfläche und die begrenzte Kapazität der kationi- Oxygen can also be generated at the anode due to the migration of sodium hydroxide back from the cathode. This NaOH migrates through the membrane due to the steep concentration gradient at the membrane interface and the limited capacity of the cationic

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sehen Membranen, Salze abzuweisen, ist eine Funktion des Wassergehaltes der Membran. Für eine 5molare Natronlauge-lösung wandern 5 bis 30 Gew.-% des in der Kathode gebildeten Natriumhydroxyds durch die Membran zurück in Abhängigkeit von der Art der eingesetzten Membran. An der Anode wird dann durch die elektrochemische Oxidation der OH "-Anionen gemäss der folgenden Gleichung Sauerstoff gebildet: see membranes, repelling salts is a function of the water content of the membrane. For a 5 molar sodium hydroxide solution, 5 to 30% by weight of the sodium hydroxide formed in the cathode migrate back through the membrane, depending on the type of membrane used. Oxygen is then formed at the anode by the electrochemical oxidation of the OH "anions according to the following equation:

40H--»- 2H2O + Oit + 4e -. 40H - »- 2H2O + Oit + 4e -.

Der Vol.-%-Gehalt des Sauerstoffes, der durch die Laugewanderung an der Anode erzeugt wird, ist etwa die Hälfte der Gew.-% an Lauge. Wenn daher 5 bis 30 Gew.-% der Lauge zur Anode wandern, dann entwickeln sich dort 2V2 bis 15 Vol.-% Sauerstoff. Durch Verwendung einer Schicht- oder anderen Membran, in der die Kathodenseite der Membran ein Film mit hohem Äquivalentgewicht, geringem Wassergehalt und verstärkter Fähigkeit zur Abweisung von Anionen (Hydroxyl) ist, kann die Wanderung der Lauge zur Anode begrenzt werden. The vol .-% content of oxygen, which is generated by the migration of lye at the anode, is about half the wt .-% of lye. Therefore, when 5 to 30% by weight of the alkali migrates to the anode, 2V2 to 15% by volume of oxygen develop there. By using a layer or other membrane in which the cathode side of the membrane is a film with a high equivalent weight, low water content and increased ability to repel anions (hydroxyl), the migration of the alkali to the anode can be limited.

Ausserdem kann die Sauerstoffproduktion an der Anode weiter durch Ansäuern der Salzlaugelösung vermindert werden. Die H+-Ionen der angesäuerten Salzlauge kombinieren sich mit den Hydroxylionen und dies verhindert die Oxidation der Hydroxylionen. Die Sauerstoffentwicklung kann um eine Grössenordnung oder mehr (von 5 bis 10 Vol.-% Sauerstoff auf 0,2 bis 0,4 Vol.-%) vermindert werden, indem man mindestens 0,25 Mol HCl zur Salzlauge hinzugibt. Beträgt die HCl-Konzentration weniger als 0,25 Mol, dann steigt die Sauerstoffentwicklung von 0,2-0,4 Vol.-% rasch auf die normalerweise ohne Ansäuern beobachteten Mengen, z.B. von 5-10 Vol.-%. In addition, oxygen production at the anode can be further reduced by acidifying the brine solution. The H + ions of the acidified brine combine with the hydroxyl ions and this prevents the oxidation of the hydroxyl ions. The evolution of oxygen can be reduced by an order of magnitude or more (from 5 to 10% by volume oxygen to 0.2 to 0.4% by volume) by adding at least 0.25 mol HCl to the brine. If the HCl concentration is less than 0.25 mol, the evolution of oxygen rapidly increases from 0.2-0.4% by volume to the amounts normally observed without acidification, e.g. from 5-10% by volume.

Für die optimale Durchführung des Verfahrens muss die Salzlaugenreinheit sehr hoch sein, z.B. dürfen der Ca+ + - und Mg+ +-Gehalt nur gering sein, er sollte bei 0,5 ppm oder weniger gehalten werden, um eine Verschlechterung der Membran durch Aufnahme von Kalzium- und Magnesiumionen zu vermeiden. Eine Konzentration an diesen Ionen oberhalb von 20 ppm führt innerhalb von Tagen zu einer Beeinträchtigung der Leistungsfähigkeit der Zelle. Die Salzlauge muss daher gereinigt werden, um den Gesamtgehalt an Kalzium- und Magnesiumionen auf weniger als 2 ppm und vorzugsweise bei weniger als 0,5 ppm zu halten. For the process to be carried out optimally, the brine purity must be very high, e.g. The Ca ++ and Mg ++ content may only be low; it should be kept at 0.5 ppm or less in order to avoid deterioration of the membrane due to the absorption of calcium and magnesium ions. A concentration of these ions above 20 ppm leads to an impairment of the performance of the cell within days. The brine must therefore be cleaned in order to keep the total calcium and magnesium ions to less than 2 ppm and preferably less than 0.5 ppm.

Bei 325 mA/cm2 liegt die Betriebsspannung der Zellen mit gebundener Elektrode im Bereich von 2,9 bis 3,6 Volt je nach der Elektrodenzusammensetzung und die zugeführte Salzlauge wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 80-90 °C gehalten, da Zellspannung und Gesamtwirksamkeit der Zelle bei den höheren Betriebstemperaturen beträchtlich verbessert werden. Z.B. wurde eine Zelle mit einer Teflon-gebundenen Elektrode aus dem reduzierten Oxid einer Ruthenium/Iridium-Mischung bei verschiedenen Temperaturen mit einer Stromdichte von 325° mA/cm2 betrieben. Bei 90 °C betrug die Zellspannung 3,02 Volt. Bei 35 °C stieg die Zellspannung auf 3,6 Volt. Für eine Stromdichte von 215 mA/cm2 benötigte die Zelle bei 90 °C eine Zellspannung von 2,6 Volt. Bei der zuletzt genannten Stromdichte stieg die Zellspannung beim Betrieb bei 35 °C auf 3,15 Volt. Ein Temperaturbereich von 80-90 °C wird daher im Hinblick auf die Gesamtwirksamkeit bevorzugt. Obwohl die Zellspannung bei geringeren Stromdichten fällt, wird der Betrieb mit einer Stromdichte bei 325 mA/cm2 bevorzugt, da hierbei ein wirtschaftlicher Betrieb in Bezug auf das investierte Kapital möglich ist, z.B. im Hinblick auf die Grösse und die Kosten einer Anlage, die erforderlich ist, um eine gegebene Tonnage an Chlor und/oder Lauge täglich zu erzeugen. At 325 mA / cm2 the operating voltage of the cells with bound electrodes is in the range of 2.9 to 3.6 volts depending on the electrode composition and the brine supplied is preferably kept at a temperature of 80-90 ° C, since cell voltage and overall effectiveness of the Cell can be improved considerably at the higher operating temperatures. E.g. a cell with a Teflon-bound electrode made of the reduced oxide of a ruthenium / iridium mixture was operated at different temperatures with a current density of 325 ° mA / cm2. At 90 ° C the cell voltage was 3.02 volts. At 35 ° C the cell voltage rose to 3.6 volts. For a current density of 215 mA / cm2, the cell required a cell voltage of 2.6 volts at 90 ° C. At the latter current density, the cell voltage rose to 3.15 volts when operating at 35 ° C. A temperature range of 80-90 ° C is therefore preferred in view of the overall effectiveness. Although the cell voltage drops at lower current densities, operation with a current density at 325 mA / cm2 is preferred, since this enables economical operation in relation to the capital invested, e.g. in terms of the size and cost of a plant required to produce a given tonnage of chlorine and / or lye daily.

Die Zelle ist aus solchen Materialien hergestellt, die gegenüber Salzlauge und Chlor im Falle der Anolytkammer und gegenüber hochkonzentrierter Lauge und Wasserstoff in der Katolytkammer beständig oder inert sind. Die Endplatten der Zelle können daher aus reinem Titan oder korrosionsbeständigem Stahl hergestellt sein und die Dichtungen aus gefülltem Kautschuk, wie EPDM. Die Anodenstromkollekto-ren können aus platzierten Niobnetzen, gereckten Titannetzen, die mit RuOx, IrOx, Ventilmetalloxiden und deren Mischungen überzogen und an einer Titanplatte befestigt sind oder einem mit Edelmetall oder Edelmetalloxid plattierten Netz, das an einer Palladium/Titan-Platte befestigt ist, hergestellt werden. Der Kathodenstromkollektor kann eine Platte aus Nickel, Flussstahl oder korrosionsbeständigem Stahl sein, mit dem ein Netz aus korrosionsbeständigem Stahl ver-schweisst ist oder einer Platte, mit der ein Nickelnetz verbunden ist. Andere Materialien wie Graphit, die gegenüber Lauge beständig oder inert sind, und keiner Wasserstoffversprödung unterliegen, können auch zum Herstellen des Kathoden-stromkollektors eingesetzt werden. The cell is made of such materials that are resistant or inert to brine and chlorine in the case of the anolyte chamber and to highly concentrated lye and hydrogen in the catholyte chamber. The end plates of the cell can therefore be made of pure titanium or corrosion-resistant steel and the seals of filled rubber, such as EPDM. The anode current collectors can be made from placed niobium meshes, stretched titanium meshes coated with RuOx, IrOx, valve metal oxides and their mixtures and attached to a titanium plate or a mesh plated with noble metal or noble metal oxide that is attached to a palladium / titanium plate will. The cathode current collector can be a plate made of nickel, mild steel or corrosion-resistant steel, with which a mesh made of corrosion-resistant steel is welded, or a plate with which a nickel mesh is connected. Other materials, such as graphite, which are resistant to lye or inert and are not subject to hydrogen embrittlement, can also be used to manufacture the cathode current collector.

Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen näher erläutert. The invention will now be explained in more detail by means of examples.

Beispiele Examples

Es wurden Zellen gebaut und getestet, die Ionenaustauschermembranen und Teflon-gebundene Elektroden mit reduziertem Edelmetalloxid aufwiesen, die in die Membran eingebettet waren, um den Effekt der verschiedenen Parameter auf die Wirksamkeit der Zelle bei der Salzlaugen-Elektro-lyse zu zeigen und insbesondere, um die Betriebsspannungs-charakteristika der Zelle zu veranschaulichen. Cells were built and tested that had ion exchange membranes and Teflon-bonded electrodes with reduced precious metal oxide embedded in the membrane to demonstrate the effect of the various parameters on the effectiveness of the cell in brine electrolysis, and in particular to To illustrate the operating voltage characteristics of the cell.

Die Tabelle I veranschaulicht die Wirkung der verschiedenen Kombinationen reduzierter Edelmetalloxide auf die Zellenspannung. Die Zellen wurden mit Elektroden ausgerüstet, die verschiedene spezifische Kombinationen reduzierter Edelmetalloxide aufwiesen, die mit Teflonteilchen gebunden und in eine 0,15 mm dicke kationische Ionenaustauschermembran eingebettet waren. Die Zelle wurde mit einer Stromdichte von etwa 325 mA/cm2 bei 90 °C, Zuführungsgeschwindigkeiten von 200 bis 2000 ml/min und einer Konzentration des Zugeführten von 5 Mol betrieben. Table I illustrates the effect of the various combinations of reduced noble metal oxides on the cell voltage. The cells were equipped with electrodes which had various specific combinations of reduced noble metal oxides, which were bound with Teflon particles and embedded in a 0.15 mm thick cationic ion exchange membrane. The cell was operated with a current density of approximately 325 mA / cm 2 at 90 ° C., feed rates of 200 to 2000 ml / min and a concentration of the feed of 5 mol.

Eine Zelle war nach dem Stande der Technik konstruiert und enthielt eine abmessungsmässig stabilisierte Anode im Abstand von der Membran und ein Kathodennetz aus korrosionsbeständigem Stahl in ähnlicher Weise beabstandet. A cell was constructed according to the prior art and contained a dimensionally stabilized anode spaced from the membrane and a cathode mesh made of corrosion-resistant steel similarly spaced.

Diese Kontrollzelle wurde unter gleichen Bedingungen betrieben. This control cell was operated under the same conditions.

Aus den in der Tabelle I angegebenen Daten ergibt sich, dass bei dem erfindungsgemässen Verfahren die Zellenbetriebspotentiale im Bereich von 2,9 bis 3,6 Volt lagen. Verglichen mit einer Zelle nach dem Stande der Technik, der Kontrollzelle Nr. 4, unter den gleichen Betriebsbedingungen wurde eine Spannungsverbesserung von 0,6 bis 1,5 V realisiert. Die sich daraus ergebenden Betriebswirksamkeiten und wirtschaftlichen Vorteile sind deutlich ersichtlich. It can be seen from the data given in Table I that the cell operating potentials in the method according to the invention were in the range from 2.9 to 3.6 volts. Compared to a cell according to the prior art, control cell No. 4, under the same operating conditions, a voltage improvement of 0.6 to 1.5 V was realized. The resulting operational efficiencies and economic benefits are clearly evident.

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25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

9 650 031 9 650 031

Tabelle I Table I

Zell- Anode Kathode zugeführte Stromdichte Zell- Temperatur Stromwirk- Membran Cell anode cathode supplied current density cell temperature current active membrane

Nr. Salzlauge mA/cm2 Spannung (V) °C samkeit (5molare No. brine mA / cm2 voltage (V) ° C samkeit (5 molar

NaOH) NaOH)

1 1

6 mg/cm2 (Ru, 25% Ir)Ox 6 mg / cm2 (Ru, 25% Ir) Ox

4 mg/cm2 Platinschwarz 4 mg / cm2 platinum black

5molar (290 g/1) 5 molar (290 g / 1)

323 323

3,2-3,3 3.2-3.3

90 90

85% 85%

DuPont Nafion 315 Laminat DuPont Nafion 315 laminate

2 2nd

6 mg/cm2 (Ru, 25% Ir)Ox 6 mg / cm2 (Ru, 25% Ir) Ox

4 mg/cm2 Platinschwarz 4 mg / cm2 platinum black

5molar (290 g/1) 5 molar (290 g / 1)

323 323

3,3-3,6 3.3-3.6

90 90

78% 78%

DuPont 1500 EW Nafion DuPont 1500 EW Nafion

3 3rd

6 mg/cm2 (Ru, 25% Ir)Ox 6 mg / cm2 (Ru, 25% Ir) Ox

4 mg/cm2 Platinschwarz 4 mg / cm2 platinum black

5molar (290 g/1) 5 molar (290 g / 1)

323 323

2,9 2.9

90 90

66% 66%

DuPont 1500 EW Nafion DuPont 1500 EW Nafion

4 4th

dimensionsmässig stabile Netzanode im Abstand von der Membran Dimensionally stable mesh anode at a distance from the membrane

Netz aus korrosionsbeständigem Stahl im Abstand von der Membran Mesh made of corrosion-resistant steel at a distance from the membrane

5molar (290 g/1) 5 molar (290 g / 1)

323 323

4,2-4,4 4.2-4.4

90 90

81% 81%

DuPont 1500 EW Nafion DuPont 1500 EW Nafion

5 5

4 mg/cm2 (Ru, 50% Ti)Ox 4 mg / cm2 (Ru, 50% Ti) Ox

4 mg/cm2 Platinschwarz 4 mg / cm2 platinum black

5molar (290 g/1) 5 molar (290 g / 1)

323 323

3,6-3,7 3.6-3.7

90 90

85% 85%

DuPont Nafion 315 Laminat DuPont Nafion 315 laminate

6 6

4 mg/cm2 (Ru 25% Ir-25% Ta)Ox 4 mg / cm2 (Ru 25% Ir-25% Ta) Ox

4 mg/cm2 Platinschwarz 4 mg / cm2 platinum black

5molar (290 g/1) 5 molar (290 g / 1)

323 323

3,5-3,6 3.5-3.6

90 90

86% 86%

DuPont DuPont

7 7

6 mg/cm2 (RuOx-Graphit) 6 mg / cm2 (RuOx graphite)

2 mg/cm2 Platinschwarz 2 mg / cm2 platinum black

5molar (290 g/1) 5 molar (290 g / 1)

323 323

3,0 3.0

90 90

89% 89%

DuPont DuPont

8 8th

6 mg/cm2 6 mg / cm2

4 mg/cm2 4 mg / cm2

5molar 5molar

323 323

3,4 3.4

80 80

83% 83%

DuPont DuPont

(RuOx) (RuOx)

Platinschwarz Platinum black

(290 g/1) (290 g / 1)

1500 EW Nafion 1500 EW Nafion

9 9

6 mg/cm2 (Ru-5Ir)Ox 6 mg / cm2 (Ru-5Ir) Ox

4 mg/cm2 Platinschwarz 4 mg / cm2 platinum black

5molar (290 g/1) 5 molar (290 g / 1)

323 323

3,4-3,7 3.4-3.7

90 90

73% 73%

DuPont 1500 EW Nafion DuPont 1500 EW Nafion

10 10th

2 mg/cm2 (IrOx) 2 mg / cm2 (IrOx)

4 mg/cm2 Platinschwarz 4 mg / cm2 platinum black

5molar (290 g/1) 5 molar (290 g / 1)

323 323

3,1-3,5 3.1-3.5

90 90

80% 80%

DuPont Nafion 315 Laminat DuPont Nafion 315 laminate

11 11

2 mg/cm2 (IrOx) 2 mg / cm2 (IrOx)

4 mg/cm2 Platinschwarz 4 mg / cm2 platinum black

5molar (290 g/1) 5 molar (290 g / 1)

323 323

3,2-3,6 3.2-3.6

90 90

65% 65%

DuPont Nafion 315 DuPont Nafion 315

Laminat Laminate

Es wurde eine Zelle ähnlich der Zelle Nr. 7 der Tabelle I konstruiert und bei 90° unter Zuführung gesättigter Salzlauge betrieben. Das Zellpotential (V) als Funktion der Stromdichte ist in der folgenden Tabelle II angegeben. A cell similar to cell No. 7 of Table I was constructed and operated at 90 ° with the addition of saturated brine. The cell potential (V) as a function of the current density is given in Table II below.

Tabelle II Table II

Zellspannung (V) Stromdichte (mA/cm2) Cell voltage (V) Current density (mA / cm2)

Zelle mit Teflon-gebundener katalytischer Anode und 45 Kathode mit reduzierten Edelmetalloxiden, eingebettet in eine Kationenaustauschermembran wurde bei 90 °C unter Zuführung einer gesättigten Salzlauge mit einer Stromdichte von 323 mA/cm2 und einer Zuführungsgeschwindigkeit von 2 bis 5 ml/min/6,25 cm2 der Elektrodenfläche betrieben. Der 5o Volumenprozentgehalt des Sauerstoffes im Chlor wurde als Funktion der kathodischen Stromwirksamkeit bestimmt. Cell with Teflon-bound catalytic anode and 45 cathode with reduced noble metal oxides, embedded in a cation exchange membrane, was introduced at 90 ° C with the addition of a saturated brine with a current density of 323 mA / cm2 and a feed rate of 2 to 5 ml / min / 6.25 cm2 of the electrode area operated. The 50 percent by volume of oxygen in the chlorine was determined as a function of the cathodic current efficiency.

3,2 2,9 2,7 2,4 3.2 2.9 2.7 2.4

430 323 215 108 430 323 215 108

Tabelle III Table III

55 55

Kathodische Stromwirksamkeit (%) Cathodic current efficiency (%)

Sauerstoffentwicklung (Vol.-%) Oxygen development (vol .-%)

89 60 86 84 80 89 60 86 84 80

2,2 4,0 2.2 4.0

5.8 5.8

8.9 8.9

Diese Ergebnisse zeigen, dass das Zellbetriebspotential mit verringerter Stromdichte kleiner wird. Die Beziehung von Stromdichte zur Zellspannung bestimmt jedoch die Beziehung zwischen Betriebs- und Kapitalkosten bei einer Chlorelektrolyse. Es wird jedoch deutlich, dass selbst bei sehr hohen Stromdichten (etwa 325 und 430 mA/cm2) deutliche Verbesserungen in der Zellspannung bei dem erfindungsge-mässen Verfahren zur Chlorherstellung realisiert werden. These results show that the cell operating potential becomes smaller with reduced current density. However, the relationship between current density and cell voltage determines the relationship between operating and capital costs in chlorine electrolysis. However, it becomes clear that even at very high current densities (approximately 325 and 430 mA / cm 2), significant improvements in the cell voltage can be achieved in the process for chlorine production according to the invention.

Die Tabelle III veranschaulicht den Effekt der kathodischen Stromwirksamkeit auf die Sauerstoffentwicklung. Eine Table III illustrates the effect of cathodic current efficiency on oxygen evolution. A

Die Tabelle IV veranschaulicht die steuernde Wirkung des Ansäuerns der Salzlauge auf die Sauerstoffentwicklung. Der Vol.-%-Gehalt des Sauerstoffes im Chlor wurde für verschiedene HCl-Konzentrationen in der Salzlauge bestimmt. Table IV illustrates the controlling effect of the acidification of the brine on the evolution of oxygen. The vol .-% content of oxygen in the chlorine was determined for different HCl concentrations in the brine.

650 031 650 031

10 10th

Tabelle IV Table IV

Säure(HCl)-Konzentration (Mol) O2 (Vol.-%) Acid (HCl) concentration (mol) O2 (vol.%)

0,05 0.05

2,5 2.5

0,075 0.075

1,5 1.5

0,10 0.10

0,9 0.9

0,15 0.15

0,5 0.5

0,25 0.25

0,4 0.4

Aus diesen Daten wird deutlich, dass die Sauerstoffentwicklung aufgrund der elektro-chemischen Oxidation des zurückgewanderten OH - durch bevorzugtes Umsetzen des OH~ mit dem H+ unter Bildung von H2O verringert wird. From these data it becomes clear that the oxygen development due to the electro-chemical oxidation of the migrated OH - is reduced by preferential reaction of the OH ~ with the H + with the formation of H2O.

Es wurde eine Zelle ähnlich der Zelle Nr. 1 der Tabelle I konstruiert und bei 323 mA/cm2 betrieben unter Zuführung gesättigter NaCl-Lösung, die mit 0,2 n HCl angesäuert worden war. Die Zellspannung wurde bei verschiedenen Betriebstemperaturen von 35 bis 90 °C gemessen. A cell similar to cell # 1 of Table I was constructed and operated at 323 mA / cm2 with the addition of saturated NaCl solution which had been acidified with 0.2 N HCl. The cell voltage was measured at various operating temperatures from 35 to 90 ° C.

Es wurde eine Zelle ähnlich der Zelle Nr. 7 der Tabelle I konstruiert und bei 215 mA/cm2 betrieben unter Zuführung einer 290 g NaCl/1 enthaltenden Lösung (etwa 5 molar), die nicht angesäuert war. Die Zellspannung wurde bei verschiedenen Betriebstemperaturen von 35 bis 90 °C gemessen. Die Ergebnisse wurden auf eine Stromdichte von 323 mA/cm2 umgerechnet. A cell similar to cell No. 7 of Table I was constructed and operated at 215 mA / cm 2 with the addition of a solution (approximately 5 molar) containing 290 g NaCl / 1, which was not acidified. The cell voltage was measured at various operating temperatures from 35 to 90 ° C. The results were converted to a current density of 323 mA / cm2.

Tabelle V Table V

Zelle Nr. 1 Spannung(V) Cell # 1 voltage (V)

Zelle Nr. 7 Spannung (V) umgerechnet auf 323 mA/cm2 (gemessen bei 215 mA/cm2) Cell No. 7 voltage (V) converted to 323 mA / cm2 (measured at 215 mA / cm2)

Temperatur temperature

°C ° C

3,65 3.65

3,50(3,15) 3.50 (3.15)

35 35

3,38 3.38

3,30 (2,98) 3.30 (2.98)

45 45

3,20 3.20

3,20 (2,90) 3.20 (2.90)

55 55

3,15 3.15

3,12 (2,78) 3.12 (2.78)

65 65

3,10 3.10

3,05 (2,72) 3.05 (2.72)

75 75

3,05 3.05

2,97 (2,65) 2.97 (2.65)

85 85

3,02 3.02

2,95 (2,63) 2.95 (2.63)

90 90

Diese Ergebnisse zeigen, dass die beste Betriebsspannung im Bereich von 80 bis 90 °C erhalten wird. Es ist jedoch daraufhinzuweisen, dass selbst bei 35 °C die Spannung mit dem erfindungsgemässen Katalysator und Elektrolysator mindestens um 0,5 Volt besser ist als bei den Chlor-Elektrolysatoren nach dem Stande der Technik, die bei 90 °C betrieben wurden. These results show that the best operating voltage is obtained in the range of 80 to 90 ° C. However, it should be pointed out that even at 35 ° C., the voltage with the catalyst and electrolyser according to the invention is at least 0.5 volt better than with the chlorine electrolysers according to the prior art, which were operated at 90 ° C.

Es wurde eine Reihe von Zellen mit Verbundmembranen konstruiert, die jeweils Anionen-abweisende Sperrschichten auf der Kathodenseite in Form chemisch modifizierter Sul-fonamidschichten aufwiesen. Die Membranen waren 0,187 mm dicke Membranen der von Dupont unter der Handelsbezeichnung Nafion vertriebenen Art. Die Kakthodenseite der Membran wurde bis zu einer Tiefe von 0,037 mm durch Umsetzen mit Äthylendiamin unter Bildung der Sulfonamid-Sperrschicht modifiziert, um die Hydroxylionenabweisung zu fördern und die Rückwanderung von Lauge zur Anodenseite möglichst gering zu halten. Eine Anode aus (Ru 25 Ir)Ox-Teil-chen mit 20% T-30 Teflonbinder und einer Edelmetallmenge von 6 mg/cm2 wurde mit der Membran verbunden. Eine A series of cells with composite membranes were constructed, each of which had anion-repellent barrier layers on the cathode side in the form of chemically modified sulfonamide layers. The membranes were 0.187 mm thick membranes of the type sold by Dupont under the trade name Nafion. The cactus side of the membrane was modified to a depth of 0.037 mm by reaction with ethylenediamine to form the sulfonamide barrier layer in order to promote the rejection of hydroxyl ions and the migration back of To keep the alkali on the anode side as low as possible. An anode made of (Ru 25 Ir) Ox particles with 20% T-30 Teflon binder and a quantity of noble metal of 6 mg / cm 2 was connected to the membrane. A

Kathode aus Platinschwarzteilchen vermischt mit 15% T-30 Teflonbinder und einer Menge von 4 mg Platinschwarz/cm2 wurde mit der anderen Seite der Membran verbunden. Platinum black particle cathode mixed with 15% T-30 Teflon binder and an amount of 4 mg platinum black / cm 2 was connected to the other side of the membrane.

Eine Salzlaugenlösung mit einer Konzentration von 280 5 bis 315 g/1 aus NaCl wurde der Anodenkammer zugeführt und in die Kathodenkammer füllte man destilliertes Wasser. Die Zellen wurden mit einer Stromdichte von 325 mA/cm2 und bei einer Temperatur von 85-90 °C betrieben. Es wurden die folgenden Ergebnisse erhalten. A brine solution with a concentration of 280 5 to 315 g / l of NaCl was fed to the anode chamber and distilled water was filled into the cathode chamber. The cells were operated at a current density of 325 mA / cm 2 and at a temperature of 85-90 ° C. The following results were obtained.

10 10th

Tabelle VI Table VI

Zelle cell

Zell Cell

Temperatur temperature

NaOH-Konzen- NaOH concentration

Kathoden Cathodes

spannung tension

°C ° C

tration in Mol wirksamkeit Efficiency in moles

in % in %

1 1

2,68 2.68

85° 85 °

5,1 5.1

89,6 89.6

2 2nd

2,78 2.78

89° 89 °

4,8 4.8

87,6 87.6

3 3rd

2,76 2.76

90° 90 °

4,8 4.8

91,6 91.6

Diese Ergebnisse zeigen, dass die Verwendung einer Verbundmembran mit einer kathodenseitigen Anionen-abweisen-den Sperrschicht aus chemisch modifizierten Sulfonamid zu einer beträchtlichen Verbesserung in der Kathodenstromwirk-25 samkeit führt, ohne dass die Spannungswirksamkeit des Verfahrens beeinflusst wird. Dies zeigt deutlich, dass die Verwendung einer solchen Membran mit damit verbundenen Elektroden zu beträchtlichen Verbesserungen der Stromwirksamkeit und somit der Gesamtwirtschaftlichkeit des Verfahrens 30 führt. These results show that the use of a composite membrane with a cathode-side anion-repellent barrier layer made of chemically modified sulfonamide leads to a considerable improvement in the cathode current effectiveness without affecting the voltage effectiveness of the method. This clearly shows that the use of such a membrane with associated electrodes leads to considerable improvements in the current efficiency and thus in the overall economy of the method 30.

Wird die NaCl-Elektrolyse in einer Zelle ausgeführt, in der beide Elektroden mit der Oberfläche einer Ionen transportierenden Membran verbunden sind, dann erhält man eine maximale Verbesserung. Die verbesserte Leistungsfähigkeit 35 des Verfahrens wird jedoch für alle Strukturen erzielt, in denen zumindest eine der Elektroden mit der Oberfläche der Ionen transportierenden Membran verbunden ist. Eine solche Zelle nennt man eine Hybridzelle. Die Verbesserung in einer solchen Hybridzelle ist etwas geringer als bei einer Zelle, in 40 der beide Elektroden mit dem Membran verbunden sind. Nichtsdestoweniger ist die Verbesserung in einer Hybridzelle deutlich, nämlich 0,3 bis 0,5 Volt besser als bei den Zellen nach dem Stande der Technik. If the NaCl electrolysis is carried out in a cell in which both electrodes are connected to the surface of an ion-transporting membrane, a maximum improvement is obtained. However, the improved performance 35 of the method is achieved for all structures in which at least one of the electrodes is connected to the surface of the ion-transporting membrane. Such a cell is called a hybrid cell. The improvement in such a hybrid cell is somewhat less than in a cell in which both electrodes are connected to the membrane. Nevertheless, the improvement in a hybrid cell is clear, namely 0.3 to 0.5 volt better than in the cells according to the prior art.

Es wurde eine Reihe von Zellen konstruiert und eine Salz-45 laugen-Elektrolyse darin ausgeführt, um die Ergebnisse von Zellen mit zwei mit der Membran verbundenen Elektroden mit den Ergebnissen in Hybridzellen, in denen entweder nur die Anode oder nur die Kathode mit der Membran verbunden war, und mit einer Zelle nach dem Stande der Technik zu so vergleichen, bei der keine der Elektroden mit der Membran verbunden war. A series of cells were constructed and salt-45 lye electrolysis carried out therein to compare the results of cells with two electrodes connected to the membrane with the results in hybrid cells in which either only the anode or only the cathode was connected to the membrane and to be compared with a cell according to the state of the art in which none of the electrodes were connected to the membrane.

Alle diese Zellen waren mit Membranen aus Nafion 315 hergestellt, die Zellen wurden bei 90 °C betrieben, und es erfolgte eine Laugenzuführung mit einer Konzentration von 55 etwa 290 g/1. Die Katalysatormenge der gebundenen Elektrode betrug für Platinschwarz an der Kathode 2 g/930 cm2 und an der Anode für RuOx-Graphit und RuOx 4 g/930 cm2. Die Stromwirksamkeit bei 323 mA/cm2 war für alle Zellen im wesentlichen gleich (84 bis 85% für 5 molare NaOH). Die 60 Tabelle VII zeigt die Zellspannungen für die verschiedenen Zellen. All of these cells were made with membranes made of Nafion 315, the cells were operated at 90 ° C., and an alkali was introduced at a concentration of 55 about 290 g / l. The amount of catalyst in the bound electrode for platinum black was 2 g / 930 cm2 at the cathode and 4 g / 930 cm2 at the anode for RuOx graphite and RuOx. The current efficiency at 323 mA / cm2 was essentially the same for all cells (84 to 85% for 5 molar NaOH). Table VII shows the cell voltages for the different cells.

11 11

Tabelle VII Table VII

650 031 650 031

Zelle cell

Anode anode

Kathode cathode

Zellspannung (V) bei 323 mA/cm2 Cell voltage (V) at 323 mA / cm2

1 1

Ru-Graphit Ru graphite

Platinschwarz Platinum black

2,9 2.9

(gebunden) (bound)

(gebunden) (bound)

2 2nd

Platiniertes Niobnetz Platinized niobium net

Platinschwarz Platinum black

3,5 3.5

(nicht gebunden) (not bound)

(gebunden) (bound)

3 3rd

Platiniertes Niobnetz Platinized niobium net

Platinschwarz Platinum black

3,4 3.4

(nicht gebunden) (not bound)

(gebunden) (bound)

4 4th

Ru-Graphit Ru graphite

Nickelnetz Nickel mesh

3,5 3.5

(gebunden) (bound)

(nicht gebunden) (not bound)

5 5

RuOx RuOx

Nickelnetz Nickel mesh

3,3 3.3

(gebunden) (bound)

(nicht gebunden) (not bound)

6 6

Platiniertes Niobnetz Platinized niobium net

Nickelnetz Nickel mesh

3,8 3.8

(nicht gebunden) (not bound)

(nicht gebunden) (not bound)

Die Zellspannung der mit zwei Teflon-gebundenen Elektroden ausgerüsteten Zelle Nr. 1 ist fast um 1 Volt besser als die Zelle nach dem Stand der Technik, in der keine der Elektroden eine Teflon-gebundene Elektrode war und die unter Zelle Nr. 6 ausgeführt ist. Die Hybridzellen mit gebundener Kathode Nr. 2 und 3 und die Hybridzellen mit gebundener Anode Nr. 4 und 5 sind um 0,4 bis 0,6 Volt schlechter als die mit zwei gebundenen Elektroden, aber immer noch um 0,3 bis 0,5 Volt besser als die Zelle Nr.6 ohne eine Teflon gebundene Elektrode. The cell voltage of cell # 1 equipped with two Teflon-bonded electrodes is almost 1 volt better than the prior art cell in which none of the electrodes was a Teflon-bonded electrode and which is listed under cell # 6. The hybrid cells with bound cathode Nos. 2 and 3 and the hybrid cells with bound anode Nos. 4 and 5 are worse by 0.4 to 0.6 volts than those with two bound electrodes, but still by 0.3 to 0.5 Volts better than cell 6 without a teflon-bound electrode.

Durch Umsetzen des Salzlaugenanolyten und des Wasser-katholyten an katalytischen Elektroden, die direkt mit der kationischen Membran verbunden und in dieser eingebettet sind, um Chlor an der Anode und Wasserstoff und hochreine Lauge an der Kathode zu entwickeln, ist ein sehr viel besseres Verfahren zum Herstellen von Chlor aus Salzlauge möglich geworden. Durch diese Anordnung befinden sich die katalytischen Stellen in den Elektroden in direkter Berührung mit der Membran und den säureaustauschenden Resten in der Mem- By reacting the brine anolyte and the water catholyte on catalytic electrodes that are directly connected to and embedded in the cationic membrane to develop chlorine at the anode and hydrogen and high purity caustic at the cathode is a much better method of manufacture of chlorine from brine has become possible. This arrangement means that the catalytic sites in the electrodes are in direct contact with the membrane and the acid-exchanging residues in the membrane.

20 bran und dies führt zu einem sehr viel spannungseffizienteren Verfahren, indem das erforderliche Zellpotential beträchtlich geringer ist (bis zu 1 Volt oder mehr) als bei bekannten Verfahren. Der Einsatz der hochwirksamen Fluorkohlenstoff-gebundenen reduzierten Edelmetalloxid-Katalysatoren 25 ebenso wie der Fluorkohlenstoffgraphit/reduzierten Edelmetall-Katalysatoren mit den geringen Überspannungen verbessern die Wirksamkeit des Verfahrens weiter. 20 bran and this leads to a much more voltage efficient method in that the required cell potential is considerably lower (up to 1 volt or more) than with known methods. The use of the highly effective fluorocarbon-bound reduced noble metal oxide catalysts 25 as well as the fluorocarbon graphite / reduced noble metal catalysts with the low overvoltages further improve the effectiveness of the process.

Der Begriff «Ventilmetall», der in der vorliegenden Anmeldung benutzt wird, ist in der US-PS 3 948 451 definiert 3o und er bezeichnet eine Untergruppe von Übergangsmetallen, die z.B. Ti, Ta, Zr, Mo, Nb und W umfasst. Diese Ventilmetalle leiten den Strom in der anodischen Richtung und widerstehen dem Stromdurchgang in kathodischer Richtung. Sie sind gegenüber dem Elektrolyten und den Bedingungen in 35 einer Elektrolytzelle, z.B. zur Herstellung von Chlor und NaOH, ausreichend beständig, um dafür als Elektrodenmaterial benutzt zu werden. The term "valve metal" used in the present application is defined in U.S. Patent 3,948,451, and it denotes a subset of transition metals, e.g. Includes Ti, Ta, Zr, Mo, Nb and W. These valve metals conduct the current in the anodic direction and resist the passage of current in the cathodic direction. They are exposed to the electrolyte and conditions in an electrolyte cell, e.g. for the production of chlorine and NaOH, sufficiently resistant to be used as an electrode material.

G G

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims (14)

650 031 650 031 PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS 1. Vorrichtung zur Gewinnung von Halogen durch Elektrolyse einer wässrigen Lösung von Alkalimetallhalogeniden zwischen einer Anode und einer Kathode, die durch eine Kationenaustauschermembrane voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Elektroden gasdurchlässig ist und ein elektrisch leitendes, katalyti-sches Material umfasst, das in direktem Kontakt mit der Membrane unter Bildung einer Grenzfläche steht, an der ein Gas als Erzeugnis der Elektrolyse abgeschieden wird. 1. Device for obtaining halogen by electrolysis of an aqueous solution of alkali metal halides between an anode and a cathode, which are separated from one another by a cation exchange membrane, characterized in that at least one of the electrodes is gas-permeable and comprises an electrically conductive, catalytic material, which is in direct contact with the membrane to form an interface at which a gas is deposited as a product of the electrolysis. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ausbildung der katalytischen Elektrode zusammen mit der Membrane als einstückige Verbundstruktur. 2. Device according to claim 1, characterized by an embodiment of the catalytic electrode together with the membrane as a one-piece composite structure. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das katalytische Material in Form von Teilchen vorliegt, die auf einer Seite der Membrane in diese eingebettet sind, um eine gas- und elektrolytdurchlässige Elektrode zu schaffen. 3. Device according to claim 2, characterized in that the catalytic material is in the form of particles which are embedded on one side of the membrane in order to create a gas- and electrolyte-permeable electrode. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen elektronenleitenden Stromverteiler, der eine mit einer Elektrode in Kontakt stehende Fläche aufweist, wobei diese Fläche eine höhere Überspannung für das abgeschiedene Gas aufweist als die katalytische Elektrode. 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized by an electron-conducting current distributor which has a surface in contact with an electrode, this surface having a higher overvoltage for the separated gas than the catalytic electrode. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitenden, katalytischen Teilchen aus thermisch stabilisierten, reduzierten Oxiden von Metallen der Platingruppe bestehen. 5. Device according to one of claims 3 and 4, characterized in that the electrically conductive, catalytic particles consist of thermally stabilized, reduced oxides of metals of the platinum group. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen mittels eines Fluorkohlenstoffpolymers untereinander verbunden sind. 6. The device according to claim 5, characterized in that the particles are interconnected by means of a fluorocarbon polymer. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen aus thermisch stabilisiertem, reduziertem Oxid von Ruthenium bestehen und weiter stabilisiert sind durch einen Gehalt an thermisch stabilisiertem, reduziertem Oxid, das aus der von reduzierten Iridium-, Tantal-, Titan-, Niob- und Hafniumoxiden gebildeten Gruppe ausgewählt ist. 7. The device according to claim 5, characterized in that the particles consist of thermally stabilized, reduced oxide of ruthenium and are further stabilized by a content of thermally stabilized, reduced oxide, which consists of that of reduced iridium, tantalum, titanium, Niobium and hafnium oxides formed group is selected. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die kathodische Seite der Membrane einen niedrigeren Wassergehalt aufweist als der restliche Teil, um eine Anionensperrschicht zu schaffen, welche die Hydroxylionen abweist und die Diffusion von Alkali durch die Membrane zur Anode auf ein Minimum hält. 8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the cathodic side of the membrane has a lower water content than the remaining part in order to create an anion barrier layer which repels the hydroxyl ions and the diffusion of alkali through the membrane to the anode keeps a minimum. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrane als Laminat aus zwei Schichten ausgebildet ist, wobei die Eigenschaft des Abweisens von Anionen auf der Kathodenseite grösser ist als auf der Anodenseite. 9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the membrane is formed as a laminate of two layers, the property of repelling anions on the cathode side is greater than on the anode side. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrane aus einem polymeren Fluorkohlenstoff besteht und auf der Kathodenseite eine Anionen abweisende Sulfonamidsperrschicht aufweist. 10. The device according to claim 9, characterized in that the membrane consists of a polymeric fluorocarbon and has an anion-repellent sulfonamide barrier layer on the cathode side. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Elektrode eine Mischung von Graphitteilchen und von Teilchen eines Metalls der Platingruppe und/oder eines Oxids eines Metalls der Platingruppe umfasst. 11. The device according to one of claims 1 to 10, characterized in that at least one electrode comprises a mixture of graphite particles and of particles of a metal of the platinum group and / or an oxide of a metal of the platinum group. 12. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine wässrige Lösung von Alkalimetallhalogeniden mit einer Anode in Berührung gebracht wird, die gebundene, thermisch stabilisierte reduzierte Rutheniumoxide enthält. 12. The method for operating the device according to claim 1, characterized in that an aqueous solution of alkali metal halides is brought into contact with an anode which contains bound, thermally stabilized reduced ruthenium oxides. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine wässrige Lösung von Alkalimetallhalogeniden mit einer Anode in Berührung gebracht wird, die gebundene, reduzierte Rutheniumoxide sowie Graphit enthält. 13. The method according to claim 12, characterized in that an aqueous solution of alkali metal halides is brought into contact with an anode which contains bound, reduced ruthenium oxides and graphite. 14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der wässrigen Lösung von Alkalimetallhalogeniden HCl bis zu einer Konzentration von mindestens 0,25 Mol zugesetzt wird. 14. The method according to claim 12, characterized in that the aqueous solution of alkali metal halides HCl is added to a concentration of at least 0.25 mol.
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Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS551351B2 (en) * 1974-03-07 1980-01-12
US4209368A (en) * 1978-08-07 1980-06-24 General Electric Company Production of halogens by electrolysis of alkali metal halides in a cell having catalytic electrodes bonded to the surface of a porous membrane/separator
JPS55148777A (en) * 1979-05-04 1980-11-19 Asahi Glass Co Ltd Manufacture of caustic alkali
JPS55161081A (en) * 1979-06-01 1980-12-15 Asahi Glass Co Ltd Electrolytic cell
GB2051870B (en) * 1979-06-07 1983-04-20 Asahi Chemical Ind Method for electrolysis of aqueous alkali metal chloride solution
JPS5620178A (en) * 1979-07-30 1981-02-25 Asahi Glass Co Ltd Closely sticking method for ion exchange membrane and electrode
JPS5827352B2 (en) * 1979-08-31 1983-06-08 旭硝子株式会社 Manufacturing method of ion exchange membrane with electrode layer attached
JPS5655577A (en) * 1979-10-06 1981-05-16 Toyo Soda Mfg Co Ltd Electrolyzing method for alkali metal halide
US4342629A (en) * 1979-11-08 1982-08-03 Ppg Industries, Inc. Solid polymer electrolyte chlor-alkali process
US4315805A (en) * 1979-11-08 1982-02-16 Ppg Industries, Inc. Solid polymer electrolyte chlor-alkali process
JPS56156783A (en) * 1980-05-06 1981-12-03 Asahi Glass Co Ltd Electrolytic cell for aqueous alkali chloride solution
JPS56112490A (en) * 1980-02-11 1981-09-04 Ppg Industries Inc Solid polymer electrolyte chlorine alkali process and electrolytic cell
US4293394A (en) * 1980-03-31 1981-10-06 Ppg Industries, Inc. Electrolytically producing chlorine using a solid polymer electrolyte-cathode unit
WO1981003186A1 (en) * 1980-05-02 1981-11-12 Gen Electric Halogen evolution with improved anode catalyst
US4289591A (en) * 1980-05-02 1981-09-15 General Electric Company Oxygen evolution with improved Mn stabilized catalyst
DE3036066A1 (en) * 1980-09-25 1982-05-06 Hoechst Ag, 6000 Frankfurt Bonding electrode to fluorine contg. copolymer electrolysis membrane - by applying electrode powder to membrane and pressing opt. with heating
US4434116A (en) 1981-06-26 1984-02-28 Diamond Shamrock Corporation Method for making a porous fluorinated polymer structure
US4421579A (en) * 1981-06-26 1983-12-20 Diamond Shamrock Corporation Method of making solid polymer electrolytes and electrode bonded with hydrophyllic fluorocopolymers
US4465533A (en) * 1983-01-13 1984-08-14 Eltech Systems Limited Method for making polymer bonded electrodes
EP0226911B1 (en) * 1985-12-09 1990-07-25 The Dow Chemical Company An improved solid polymer electrolyte electrode

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3134697A (en) * 1959-11-03 1964-05-26 Gen Electric Fuel cell
GB1004124A (en) * 1961-09-25 1965-09-08 Gen Electric Fuel cell
DE1546717C3 (en) * 1964-05-14 1974-06-27 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Electrochemical cell
US3470019A (en) * 1965-02-04 1969-09-30 Matthey Bishop Inc Platinum coating composition,process and platinum-coated materials
NL6705604A (en) * 1967-04-21 1968-10-22
BE788557A (en) * 1971-09-09 1973-03-08 Ppg Industries Inc DIAPHRAGMS FOR ELECTROLYTIC CELLS
US4100050A (en) * 1973-11-29 1978-07-11 Hooker Chemicals & Plastics Corp. Coating metal anodes to decrease consumption rates
JPS526374A (en) * 1975-07-07 1977-01-18 Tokuyama Soda Co Ltd Anode structure for electrolysis
US4039409A (en) * 1975-12-04 1977-08-02 General Electric Company Method for gas generation utilizing platinum metal electrocatalyst containing 5 to 60% ruthenium
CA1087546A (en) * 1976-02-05 1980-10-14 Robert B. Macmullin Low voltage chlor-alkali ion exchange process for the production of chlorine
DE2741956A1 (en) * 1976-09-20 1978-03-23 Gen Electric ELECTROLYSIS OF SODIUM SULFATE USING AN ION EXCHANGE MEMBRANE CELL WITH SOLID ELECTROLYTE
DE2802257C2 (en) * 1977-01-21 1986-01-02 Studiecentrum voor Kernenergie, S.C.K., Brüssel/Bruxelles Membrane for an electrochemical cell and its use in an electrolysis device
IT1077612B (en) * 1977-02-07 1985-05-04 Nora Oronzo Impianti Elettroch BIPOLAR SEPTANT CONDUCTOR FOR ELECTROCHEMICAL CELLS AND PREPARATION METHOD

Also Published As

Publication number Publication date
GB2009795B (en) 1982-08-04
NL186261B (en) 1990-05-16
NL186261C (en) 1990-10-16
DE2844496A1 (en) 1979-06-13
SE7812640L (en) 1979-08-02
MX151431A (en) 1984-11-21
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ES475850A1 (en) 1980-01-16
IT1101513B (en) 1985-09-28
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SE453602B (en) 1988-02-15
JPS616156B2 (en) 1986-02-24
JPS54112398A (en) 1979-09-03
NL7811997A (en) 1979-06-12
RO83322A (en) 1984-06-21
GB2009795A (en) 1979-06-20
DE2844496C2 (en) 1982-12-30
FR2411249A1 (en) 1979-07-06
DD140262A5 (en) 1980-02-20
RO83322B (en) 1984-08-30

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