DD140262A5 - METHOD FOR CONTINUOUS PRODUCTION OF CHLORINE - Google Patents

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DD140262A5
DD140262A5 DD78209498A DD20949878A DD140262A5 DD 140262 A5 DD140262 A5 DD 140262A5 DD 78209498 A DD78209498 A DD 78209498A DD 20949878 A DD20949878 A DD 20949878A DD 140262 A5 DD140262 A5 DD 140262A5
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catalytic
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Thomas G Coker
Anthony B Laconti
Anthony R Fragala
Russell M Dempsey
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Description

22.6.197906/22/1979

A — 209 493 -λ/ APC25B/2O9 498- A - 209 493 -λ / APC25B / 2O9 498

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Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Chlor Anwendungsgebiet der ErfindungProcess for the continuous production of chlorine Field of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zum Herstellen von Halogenen und Alkalimetallhydroxiden durch Elektrolyse wäßriger Alkalimetallhalogenid-Lö*sun~ gen.The invention relates generally to a process for producing halogens and alkali metal hydroxides by electrolysis of aqueous alkali metal halide salts.

Mehr im besonderen besieht sich die Erfindung auf ein Verfahren sum Herstellen von Chlor und Natriumhydroxid durch Elektrolyse von Salzlauge in einer Zelle, in der sich eine feste Polymer-Elektrolyt-Membran befindet, mit mindestens einer Oberfläche, mit der eine katalytische Anode und/oder Kathode verbunden ist«More particularly, the invention is directed to a process of producing chlorine and sodium hydroxide by electrolysis of brine in a cell having a solid polymer electrolyte membrane with at least one surface having a catalytic anode and / or cathode connected is"

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Die Herstellung von Halogenen, wie Chlor, durch Elektrolyse von Uatriumchlorid-lösung mit Lauge (HaOH) als zweitem Produkt ist von großer industrieller Bedeutung. Die Chlor/Alkali-Industrie erzeugt jährlich Millionen von Tonnen an Chlor und Natronlauge. Die elektrolytischen Hauptverfahren, nach denen Chlor hergestellt worden ist, sind das sogenannte Quecksilberzellenverfahren und das Diaphragmazellenverfahren= Das Quecksilberverfahren schließt die Elektrolyse einer Alkalimetall-The production of halogens, such as chlorine, by electrolysis of sodium chloride solution with lye (HaOH) as a second product is of great industrial importance. The chlorine / alkali industry produces millions of tons of chlorine and caustic soda every year. The principal electrolytic processes by which chlorine has been produced are the so-called mercury cell method and the diaphragm cell method = The mercury method excludes the electrolysis of an alkali metal

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chloriälösung in einer Zelle zwischen einer Graphitoder Metallanode eins die auch als abmessungsmäßig stabile Anode bezeichnet wird.Chloriälösung in a cell between a graphite or metal anode ein s which is also referred to as 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 Katronlauge und Wasserstoff umgesetzt« Für alle praktischen Zwecke ist das Quecksilberzellverfahren für .die Herstellung von Chlor veraltet« Quecksilber ist eine derart gefährliche Substanz, und dieVorschriften für die Kontrolle von Quecksilber und andere Arten von Verunreinigung sind derart streng geworden, daß die Tage der Quecksilberzelle vorbei sind» Heben 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 ZeIIe5, da bei der-Handhabung dieses Materials Sorgfalt erforderlich war« Außerdem ist Quecksilber teuer--und muß in großen Mengen eingesetzt werden* Weiterhin verursacht die Notwendigkeit einer Zersetzungs«-- stufe des gebildeten.Amalgams.einschließlich der'dazugehörigen Ausrüstung, -um Natronlauge und. Wasserstoff herausteilen, eine zusätzliche Verteuerung»Chlorine is liberated at the anode, and the alkali metal migrates into the mercury to form a corresponding amalgam. "This amalgam is then reacted in a decomposition reaction with water to produce caustic soda and hydrogen." For all practical purposes, the mercury cell process is for the preparation of Chlorinated outdated "Mercury is such a dangerous substance, and the regulations governing the control of mercury and other types of pollution have become so severe that the days of the mercury cell are over." However, mercury cells are also expensive and complex for chlorine production in this impurity aspect Use of mercury itself causes problems in terms of the size and complexity of Stage 5 , since care was required in the handling of this material. "In addition, mercury is expensive - and must be used in large quantities. Further, the need for decomposition causes «- stage of the formed.Amalgams.including the belonging equipment, - caustic soda and. Exploiting hydrogen, an additional price increase »

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Bei der Diaphragmaseile benutzt man zwar kein Quecksilbers 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 "Katholyt" genannt) und die Anodenelektrolyt-(im folgenden kurz "Änolyt" genannt) Kammern voneinander trennt« Einer der ernsten 'Nachteile einer Diaphragmazelle besteht darin, daß die Poren im Diaphragma den Massentransport oder das hydraulische Fließen der natriumchlorid lösung 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 nachteilige Der Sauerstoff führt nicht nur-zu einer "Verunreinigung des dort gebildeten Chlores sondern greift auch die Anode an»Although no mercury is used in the diaphragm parts, it does contain porous electrodes - which are separated by a microporous diaphragm. "The space between the electrodes is mixed with brine. filled and separated by a microporous diaphragm, which may take the form of an overlying porous diaphragm which separates the cathode electrolyte (hereinafter called "catholyte" for short) and the anode electrolyte (hereinafter called "anolyte") chambers one from the other The serious disadvantages of a diaphragm cell is that the pores in the diaphragm allow mass transport or hydraulic flow of the sodium chloride solution through the diaphragm. As a result, the catholyte contains "broth" produced at the cathode, "considerable amounts of sodium chloride." This means the production of a "contaminated and diluted brine." On the other hand, the hydroxide produced at the cathode can pass through the porous diaphragm to the anode. where it is electrolyzed oxygen production "the formation of oxygen at the anode is for various reasons adverse oxygen-not only to a" contamination of Chlore s formed there but also takes the anode to "

Da der. Maasentransport zwischen den Kammern so viele .unerwünschte Wirkungen hats-ist eine Reihe von Anord-. nungen vorgeschlagen worden, um diese Probleme zu beseitigen oder zumindestens teilweise zu lösen* Eine davonSince the. Maasentransport between the chambers so many. Unwanted effects has s -ist a number of arrangements. have been proposed to remedy or at least partly resolve these problems * One of them

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ist die Aufrechterhaltung einer Druckdifferenz über das Diaphragma, um so den Massentransport der Elektrolyten zwischen Anolyt« und KathoIyt»»Kammer möglichst gering zu halten».Diese Lösungen haben sich jedoch im besten Falle als nur teilweise wirksam er?/iesen»is the maintenance of a pressure difference across the diaphragm so as to minimize the mass transport of the electrolyte between the anolyte and catholyte chamber. However, these solutions have in the best case been considered 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 Chlor er Zeugung 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 Anionon auf einen Minimalwert halten. Da diese Membranen nicht porös sind, behindern sie die Rückwanderung der Lauge aus der Katholytkammer in die A no Iy t kammer und-verhindern in ähnlicher Weise-den Transport des--· Salzlaugen-Anolyten in die Katholytkammer und das dor-· ti-ge Verdünnen der Lauge« Es wurde .jedoch festgestellt, daß-auch die Membraneeilen noch gewisse lachteile- haben, die ihre Anwendung in.·weitem Umfang beschränken» Einer der Hauptnachteile der. Membranzelle-ist. daß sie eine hohe Zellspannung benötigen« Diese hohe Zellspan-* fiu'ti-g ist nur zum Teil der Verwendung der Membran euzuschreiben und ist hauptsächlich durch die Tatsache ver~ ursachts daß in den bekannten MeinbranKellen ElektrodenIn 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 ionic permeability membranes in cells for chlorine generation" to separate the anolyte from the catholyte chamber. These permeability-selective membranes used in these cells are typically cationic membranes which allow the selective passage of positive cations and minimize the passage of negatively charged anionone. Since these membranes are not porous, they hinder the return migration of the liquor from the catholyte chamber into the amino chamber and similarly prevent the transport of the brine anolyte into the catholyte chamber and the dor-ti-ge Dilution of the lye "It has been found, however, that even the membrane parts still have certain disadvantages, which limit their application to a great extent". One of the main disadvantages of the. Cell membrane-is. That they require a high cell tension. This high cell fission is only partly attributable to the use of the membrane, and is chiefly due to the fact that electrodes are known in the known cells of Meinbrank

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im räumlichen Abstand von der Membran benutzt werden» Als Ergebnis dieses räumlichen Abstandes zwischen den Elektroden und der Membran weist die Zelle zusätzlich zu dem Spannimgsabfall über die Membran Spannungsabfall im Elektrolyten zwischen den Elektroden und der Membran aufs und diese Zellen unterliegen weiter einem Spannungsabfall aufgrund von Gasbläschenbildung oder Masseniibertragung« Da die katalytischen Elektroden sich im Abstand von der Membran befinden, wird das Chlor im Abstand von άβτ Membran erzeugt. Uies 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 elektrolytiechen Pfades zwischen Elektrode und Membran führt natürlich au einem weiteren Spannungsabfall, der die zur Erzeugung von Chlor erforderliche Zellspan™ mmg erhöht und .offenaichtlich die Spannungswirksamkeit · der Zelle vermindert»be used in the spatial distance from the diaphragm "As a result of this spatial distance between the electrodes and the membrane, the cell in addition to the Spannimgsabfall across the membrane voltage drop in the electrolyte between the electrodes and the membrane s and these cells are subject to further a voltage drop due to Gas bubble formation or mass transfer «Since the catalytic electrodes are located at a distance from the membrane, the chlorine is generated at a distance of άβτ membrane. This leads to the formation of a gaseous layer between the electrode and the membrane. This gaseous layer interrupts the electrolyte path between the electrode and the 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 Increases cell tension required to produce chlorine and, apparently, reduces the cell's voltage efficiency. "

Ziel dor Erfind miffAim of the invention miff

Ziel.der Erfindung ist die Bereitstellung eines -einfachen s wirtschaftlichen und industriell anwendbaren Verfahrens zur Herstellung von Halogen und Alkalimetall-» .ydroxiden durch Elektrolyse von Salzlaugen*Ziel.der invention is to provide a -einfachen s economic and industrially applicable process for the production of halogen and alkali metal ".ydroxiden by electrolysis of brines *

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Der Erfindung liegt die ..Auf gäbe .zugrunde,'eine geeignete Membran für die Trennung der Anodenkaxamer von der Kathodenkammer zu entwickeln und die Elektroden zur Membran 'zweckmäßiger anzuordnen«The invention is based on the concept of 'developing a suitable membrane for the separation of the anode axaxamer from the cathode chamber and arranging the electrodes more expediently to the membrane'.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Chlor durch Elektrolyse von Alkalimetall-Chloriden ist gekennzeichnet durch folgende Stufen:The process according to the invention for the continuous production of chlorine by electrolysis of alkali metal chlorides is characterized by the following stages:

a) kontinuierliches Einfuhren einer wäßrigen Alkalimetallchlorid-SDö'sung in die Anodenkammer einer elektrolytischen Zelle, in der die Anodenkammer durch eine kationenselektive Ionenaustauschermembran von der Kathodenkammer abgetrennt ist,a) continuous introduction of an aqueous alkali metal chloride solution into the anode compartment of an electrolytic cell in which the anode compartment is separated from the cathode compartment by a cation selective ion exchange membrane,

b) in Berührungbringen dieser Lösung mit einer porösens gasdurchlässigen ks.talytischen Anodenelektrode, die mit der der Anodenkammer zugewandten Seite der Membran verbunden und in dieser eingebettet iet, wodurch sich die katalytischer! Stellen in der. Elektrode in Kontakt mit den ionenaustauschenden Resten der Membran" befind en, so. daß die Elektrolyse direkt.-an-der. Grenzfläche zwischen-Membran und Elektrode und gegenüber einer porösen, gasdurchlässigen, .katalytischen Kathodenelekteode auf der anderen Seite der Membran stattfinden kann»b) contacting this solution with a porous gas-permeable s ks.talytischen anode electrode iet connected to the anode of the chamber facing side of the membrane and embedded therein, whereby the catalytic! Places in the. Electrode in contact with the ion-exchanging remnants of the membrane, so that the electrolysis can take place directly at the interface between the membrane and the electrode and against a porous, gas-permeable, cathodic cathode selectode on the other side of the membrane.

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c) kontinuierliches Einführen eines Wasserstromes in die .Kathodenkammer und In-Berührung-Bringen mit der katalytischen Kathodenelektrode, um an der Kathode eine Quelle fur Hydroxy !ionen bereitzustellen und., um die Kathodenelektrode zur Verdünnung der dort gebildeten Lauge kontinuierlich zu spülen,c) continuously introducing a stream of water into the cathodic chamber and contacting it with the catalytic cathode electrode to provide a source of hydroxy ions at the cathode and to continuously rinse the cathode electrode to dilute the liquor formed therein;

d) Zuführen von Strom zn den Elektroden, um das Alkalimetallchlorxd unter Erzeugung von Chlor an der Anode und Wasser unter Erzeugung von Alkalimetallhydroxid und Y/asserstoff an der Kathode au elektrolysieren undd) supplying current to the electrodes to electrolyze the alkali metal chloride to produce chlorine at the anode and water to produce alkali metal hydroxide and hydrogen at the cathode and

e) kontinuierliches Entfernen von Chlor aus der Anodenkammer und von Lauge und Wasserstoff aus der Kathodenkammer*e) Continuous removal of chlorine from the anode chamber and from lye and hydrogen from the cathode chamber *

Erfindungsgemäß wird die wäßrige Lösung in Berührung gebracht mit einer porösen, gasdurchlässigen, -kataIyti- -.·... sehen Anode aus gebundenen,· reduzierten Edelmetalloxiden, boxspieIsweiae aus gebundenen« temperaturstabilisierten, reduzierten Oxiden des Rutheniums, aus gebundenen, reduzierten Oxiden von Ruthenium and aus GraphiteAccording to the invention, the aqueous solution is brought into contact with a porous, gas-permeable, catalyst-bound anode of bound, reduced noble metal oxides, box-shaped isomers of bound, temperature-stabilized, reduced oxides of ruthenium, of bound, reduced oxides of ruthenium and made of graphite

Die wäßrige Lösung kann erfindungsgomäß auch in Beruhrung gebracht werden mit einer porösens gasdurchlässigen, katalytischen Anode, in der die reduzierten oxide des Rutheniums weiter durch einen Gehalt von reduzierten Metalloxiden stabilisiert sind5'die ausgewählt sind ausThe aqueous solution may erfindungsgomäß also be brought into contact with any of a porous gas-permeable s, catalytic anode, in which the reduced oxides of ruthenium are further stabilized by a content of the reduced metal oxides 5 'are selected from

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den reduzierten Oxiden von Iridium, Tantal, Titan, Hiob oder Hafnium«,the reduced oxides of iridium, tantalum, titanium, job, or hafnium,

Erfindiingsgemäß wird insbesondere eine wäßrige HaCl-^Lösung in Kontakt mit einer porösen9 gasdurchlässigen? katalytischen Anode aus gebundenen, reduzierten Oxiden des Rutheniums und reduzierten Oxiden des Iridiums gebracht, beispielsweise mit 5 bis 25 % von reduzierten Oxiden des Iridiums, Erfindiingsgemäß particularly an aqueous HaCl- ^ solution in contact with a porous 9 is gas permeable? catalytic anode made of bound, reduced oxides of ruthenium and reduced oxides of iridium, for example with 5 to 25 % of reduced oxides of iridium ,

Die wäßrige lösung kann beispielsweise auch in Kontakt gebracht werden mit einer porösen,·gasdurchlässigen, katalytischen Anode aus gebundenen^ reduzierten Oxiden von Ruthenium und reduzierten Oxiden von Tantal.For example, the aqueous solution may also be contacted with a porous, gas-permeable, catalytic anode of bound reduced oxides of ruthenium and reduced oxides of tantalum.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch ausgeführt werden zum kontinuierlichen Herstellen von Chlor aus Salzlauge« Dabei werden folgende Stufen ausgeführt % The process according to the invention can also be carried out for the continuous production of chlorine from brine. The following steps are carried out %

a) kontinuierliches Einführen einer angesäuerten Salzlauge in die-Anodenkammer. einer Elektrolysezelle,~. wobei die /modenkammer von der Kathodenkaramer durch eine, kationenselektive Ionenaustauschermembran getrennt ist9 a) continuous introduction of an acidified brine in the anode chamber. an electrolytic cell, ~. wherein the / modenkammer is separated from the cathode chamber by a cation selective ion exchange membrane 9

b) kontinuierliches Einbringen eines Wasserstrome3 in die Kathodenkammer5b) continuously introducing a stream of water 3 into the cathode chamber 5

c) Elektrolysieren der angesäuerten Salslauge an einerc) electrolyzing the acidified salsalt at a

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porösen, .gasdurchlässigen,--katalytischem Anode, die mit einer Fläche der Membran verbunden und in dieser eingebettet ist, um Chlorid an der Anode zn entladen und die Sauerstoffentwicklung möglichst gering zu halten s.porous, gas - permeable, - catalytic anode, which is connected to a surface of the membrane and embedded in this, in order to discharge chloride at the anode zn and to minimize the evolution of oxygen s .

d) gleichzeitiges Elektrolysieren von-Wasser an einer. porösen, gasdurchlässigen, katalytischen Kathode an der gegenüberliegenden Seite der Membran, um dort Lauge und Wasserstoff zu erzeugen, wobei die Kathode kontinuierlich mit Wasser gespült wird, um die dort entstehende Lauge zu verdünnen und das Wandern der Lauge durch die Membran j&ur Anode möglichst gering zu haltenν undd) simultaneous electrolyzing of water at a. porous, gas-permeable, catalytic cathode on the opposite side of the membrane to produce liquor and hydrogen, wherein the cathode is continuously rinsed with water to dilute the resulting liquor and the migration of the liquor through the membrane to the anode as low as possible keepν and

e) kontinuierliches Entfernen von Chlor aus der Anodenkammer und von Lauge und Wasserstoff aus der Eathodenkammer*e) Continuous removal of chlorine from the anode compartment and from lye and hydrogen from the compartment chamber *

Er.findunga gemäß wird eine Höl-angeeänerte Salzlauge an der Anode·elektrölyeiert, deren Säurekonaentration bei oberhalb von O512 Mol Hol gehalten wii?cUEr.findunga according to a Höl-angeeänerte brine is elektrölyeiert at the anode · whose Säurekonaentration maintained at above 51 O 2 mol Hol wii? CU

Das. Verfahren wird derart abgeführt,-daß die angesäuerte Salzlauge in Koniakt mit. einer porösen, gasdurchlässigen Anode aus gebundenen, reduzierten Edolmetallosiden und das Wasser in Kontakt mit einer düjiiieüs porösen gaadurchlässigen kataly t;L sch en Kathode aus gebimc? enen Edelnstallteilchexi... die Biit der Membran verbunden und in diese ein-The. The process is carried out in such a way, that the acidified brine in Koniakt with. a porous, gas-permeable anode of bonded, reduced Edolmetallosiden and the water in contact with a porous düjiiieü s gaadurchlässigen catalytically t; L sch en cathode of gebimc? ... the BIIT the membrane connected enes Edelnstallteilchexi and in this one

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gebettet sind, gebracht werden, wobei die Dicke der Kathode 0,025 nun nicht übersteigt, um das Durchdringen von Wasser durch die Kathode zur Grenzfläche zwischen Kathode und Membran zu'gestatten, damit die dort gebildete Lauge verdünnt wird· .are bedded, with the thickness of the cathode not exceeding 0.025 mm in order to allow the penetration of water through the cathode to the interface between the cathode and the membrane, so that the liquor formed there is diluted.

Vorzugsweise kann die Dicke der Kathode auch etwa 0,012 mm betragene Preferably, the thickness of the cathode may also be about 0.012 mm

Das Verfahren-wird insbesondere derart ausgeführt,- daß die angesäuerte Salzlauge in Kontakt mit einer porösen, gasdurchlässigen, katalytischen Anode aus gebundenen, temperaturstabilisierten,·-reduzierten Oxiden des Rutheniums gebracht wird*und insbesondere derart s daß die angesäuerte Salzlauge in Kontakt mit einer porösen, gasdurchlässigen, katalytischen Anode aus gebundenen, reduzierten Oxiden des Rutheniums und reduzierten Oxiden des Iridiums gebracht wird.-The method-is in particular performed in such a way - that the acidified brine is brought into contact with a porous, gas permeable, catalytic anode of bonded, temperature stabilized, ·-reduced oxides of ruthenium * and in particular such s that the acidified brine in contact with a porous , gas-permeable, catalytic anode is made of bound, reduced oxides of ruthenium and reduced oxides of iridium.

Erfindungsgemäß kann das Verfahren zum Herstellen-von Halogen und Alkalimetallhydroxid in der.Weise ausgeführt werden, daß man eine wäßrige Alkalimetallhalogenid-Lö» sung zwischen einer Anode und einer Kathode elektrolyt siertj.die durch eine Kationenaustauschermembran-voneinander .-getrennt sindj,, wobei mindestens eine der Elektroden thermisch stabilisierte, reduzierte Oxide von.Platingruppenmetallen-umfaßt, die .mit der Membran . verbunden sind,Mim eine gas- und elektrolytdurchlässige katalytisch© Elektrode zu haben*In the present invention, the process for producing halogen and alkali metal hydroxide can be carried out by electrolyzing an aqueous alkali metal halide solution between an anode and a cathode separated by a cation exchange membrane one of the electrodes comprises thermally-stabilized, reduced oxides of platinum-group metals comprising the membrane. Mim have a gas- and electrolyte-permeable catalytically © electrode

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Es ist vorteilhaft, daß die mit der Membran verbundenen reduzierten Oxide eine Vielzahl th.ermis.eh stabilisierter» reduzierter Oxidteilchen aus einem Platingruppenmetall umfassen» insbesondere, daß eine Schicht aus Teilchen thermisch stabilisierter, reduzierter Oxide eines Platingruppenmetalls mit gegenüberliegenden Seiten der.Membran verbunden wird, um gas- und elektrolytdurolilässiges katalytisch^ Anoden- und Kathoden-Elektroden au schaffen«It is advantageous that the reduced oxides associated with the membrane comprise a plurality of th.ermis.h stabilized "reduced platinum group metal oxide particles", in particular, that a layer of thermally stabilized, reduced oxide platinum group metal particles be bonded to opposite sides of the membrane to create gas and electrolyte turolic s catalytic anode and cathode electrodes.

Dabei können beispielsweise die thermisch stabilisierten» reduzierten Oxidteilchen eines Platingruppenmetalls mittels eines Fluorkohlenstoffpolymers verbunden v/erden*In this case, for example, the thermally stabilized reduced oxide particles of a platinum group metal can be bonded by means of a fluorocarbon polymer.

Brfindungsgemäß können die Teilchen thermisch stabilisierte Oxide von Ruthenium sein, die durch einen Gehalt an thermisch stabilisierten, reduzierten Oxiden von reduzierten Oxiden des Iridiums, Tantals, Titanss liobs oder Hafniums weiter stabilisiert sind«Brfindungsgemäß the particles thermally stabilized oxides of ruthenium can be thermally stabilized by a content of, reduced oxides of reduced oxides of iridium, tantalum, titanium or hafnium s liobs are further stabilized "

Das erfindungsgemäße Verfahren sum Herstellen von Halo™ gen und.Alkalimetallhydroxid durch Elektrolyse wäßriger Alkalirnetallhalogenid-Lösung mittels eines Paares von katalytischer! Elektroden« die durch eine ionendurchlässige Membran voneinander getrennt sind, ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß man .eine Elektrode verwendet? -die eine Yielsahl thermisch stabilisierter, realisierter Oxidteilchen von Platingruppenmetallen, ge-The inventive method sum Halo ™ gen and.Alkalimetallhydroxid by electrolysis of aqueous alkali metal halide solution by means of a pair of catalytic! Electrodes separated by an ion-permeable membrane are characterized in particular by using an electrode. which is a Yielsahl of thermally stabilized, realized oxide particles of platinum group metals,

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bunden iait der der Kathode zugewandten Seite der Membran, umfaßtebound to the side of the membrane facing the cathode

Erfindungsgemäß wird das Verfahren zum Herstellen, von Chlor durch Elektrolyse eines wäßrigen Alkaliraetallchlo« rid-Blektrolyten zwischen einer Anode und einer Kathode, die durch eine Ionenaustauschermembran voneinander getrennt sind, die den. Fluß des wäßrigen Elektrolyten durch die Membran beschränkt in der Weise-ausgeführt, daß man die Elektrolyse mit einer Kathode ausführt, die eine dünne Schicht aus Teilchen eines Platingruppenmetalles oder leitfähiger Oxide davon umfaßt, wobei die Schicht mit der einen Seite der Membran verbunden ist und in Berührung steht mit einem Stromverteiler, der dem Elektrolyten ausgesetzt ist und eine Wasserstoffüberspannung aufweist, die höher ist als die der kathodischen Teilchenschicht ·'According to the invention, the process for producing chlorine by electrolysis of an aqueous alkali metal chloride-electrolyte between an anode and a cathode, which are separated by an ion exchange membrane, the. Flow of the aqueous electrolyte through the membrane limited by performing the electrolysis with a cathode comprising a thin layer of particles of platinum group metal or conductive oxides thereof, wherein the layer is connected to one side of the membrane and in Contact is with a current distributor, which is exposed to the electrolyte and has a hydrogen overvoltage which is higher than that of the cathodic particle layer.

Dabei befindet sich der Stromverteiler-in Berührung mit einem llek'trolyten, der ein Alkalihydroxid umfaßt·The current distributor is in contact with a solid electrolyte comprising an alkali hydroxide.

Bei der Ausführung des Verfahrens zum Herstellen von Chlor durch Elektrolyse eines wäßrigen Alkalimetallchlorids zwischen einer Anode -und-einer..Kathode, die durch eine Ionenaustauschermembran-getrennt, sind, die das-Hindurchfließen'von wäßrigem Elektrolyten beschränkt wird so ver~ fahrenj daß-man die Elektrolyse mit einer Kathode au8~ führt? die eine dünne Teilchenschicht umfaßt, die aus einem Piatingruppenmetall oder leitenden Oxiden davon be-In carrying out the process for producing chlorine by electrolysis of an aqueous alkali metal chloride between an anode and a cathode separated by an ion exchange membrane, which is restricted from flowing through aqueous electrolyte, Is the electrolysis carried out with a cathode ? which comprises a thin particle layer consisting of a pi-group metal or conductive oxides thereof

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stehts wobei diese Schicht in Kontakt ist mit einer Seite der Membran und mit einem Strom¥erteilers der der wäßrigen Älkalimetallchlorid-Lösung ausgesetzt ist und eine Oberfläche' mit höherer Chlorüberspannung- aufweist als die Anodenteilchenschieht*stehts this layer being in contact with one side of the membrane and with a current ¥ s issuer is exposed to the aqueous solution Älkalimetallchlorid and having a surface 'higher than the Chlorüberspannung- Anodenteilchenschieht *

Dabei sind die Teilchen mittels eines Fluorkohlenstoffpolymers zusammengebunden«.The particles are bound together by means of a fluorocarbon polymer «.

Die Anodenschicht ist mit einer Kationenaustauscher-raembran verbunden·The anode layer is connected to a cation exchange membrane ·

Insbesondere ist die Anodenschicht mit einer Sulfonsäuren gruppen aufweisenden Fluorkohlenstoffpolymer-Eationenaustauschermembran verbunden«In particular, the anode layer is associated with a fluorocarbon polymer-ion exchange membrane containing sulfonic acid groups. "

Das Verfahren zum Herstellen von Halogenen und Alkalimetallhydroxid en durch Elektrolysieren wäßriger Alkali-- metallhalogenide zwischen einer Anode und einer Kathode, die durch eine .Kationenaustauscherpolymer-Membran von-? einander · getrennt sind -ist insbesondere -dadurch-gekennzeichnet ? -daß mindestens eine der Elektroden eine Vielzahlelektrisch, leitender s katalytischer Teilchen^ gebunden an die Membrans aufweist, um eine gas- und elektrolytdurchlässige Elektrode zu schaffen;, wobei die Kathodenseite der Membran einen geringeren Wassergehalt aufweist als der restliche Teil.«, um eine Anicnensperrschicht au schaffen^ welche die HydroxyHonen abweistThe process for producing halogens and alkali metal hydroxides by electrolyzing aqueous alkali metal halides between an anode and a cathode passing through a cation exchange polymer membrane of? are separate from each other -is in particular - characterized by ? -that at least one of the electrodes attached a variety Electrically, conductive s catalytic particles ^ to the membrane s having to provide a gas- and electrolyte-permeable electrode ;, wherein the cathode side of the membrane has a lower water content than the remaining portion. ", a Anicnensperrschicht au ^ which rejects the HydroxyHonen

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und die Diffusion von Alkali durch die Membran zur Anode auf einem Minimalwert hält.and keeps the diffusion of alkali through the membrane to the anode at a minimum level.

Dabei ist die Verbundmembran ein Laminat aus zwei Schichten, in dem die Eigenschaft zum Abweisen von Anionen auf der Kathodenseite größer ist als euf der Anodenseite si beispielsweise ist die-Membran eine polymere Fluorkohlenstoif~Kationenaustaüsehermembran, die auf der Kathodenseite eine anionenab?/eisende Sulfonamidsperrschicht aufweiste Incidentally, the composite membrane is a laminate of two layers in which the cathode-side anion rejection property is larger than that on the anode side si. For example, the membrane is a polymeric fluorocarbon cationic membrane having an anion-eroding sulfonamide barrier layer on the cathode side e

Erfindung^gemäß ist mit der auf der Kathodenseite der Membran befindlichen Sulfonaaiidschicht eine Kathode aus einer Vielzahl elektrisch leitender Teilchen verbunden und mit der Anodenseite leitender Teilchen verbunden«In accordance with the invention, a cathode made of a plurality of electrically conductive particles is connected to the sulfonyl layer on the cathode side of the membrane and connected to the anode side of conductive particles.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist eine Reihe bedeutender Vorteile auf* 'The method according to the invention has a number of significant advantages * '

Erfindungegemäß werden Halogenes b» B» Chlors Broa usw«s durch Elektrolyse einer wäßrigen Alkalimetallhalogenidlösung,, Zo B* einer KaCl-Lb'sung9 an der Anode einer Elektrolysezelle hergestellt« die einen festen Polymerelektrolyten in Porm einer Kationenaustauschermenibran enthält t um die. Zelle in eine Katholyt- und eine Anolyt-Kaimaer· zu trennen« Die katalytischen Elektroden, an denen Chlor -and Lauge erzeugt werden, sind, sehr dünne,, poröse,, gasdurchlässige? katalytisch^ Elektroden, die mit gegenüberliegenden Oberflächen der Membran verbundenErfindungegemäß are halogens s b "B" s Broa chlorine etc "s through the electrolysis of an aqueous alkali metal halide solution ,, Zo B * a Kacl Lb'sung-9 produced at the anode of an electrolytic cell" containing a solid polymer electrolyte in a Porm Kationenaustauschermenibran t to the , To separate cell into a catholyte and anolyte Kaimaer «The catalytic electrodes at which chlorine-and lye are produced are very thin ,, porous, gas-permeable ones? catalytically ^ electrodes connected to opposite surfaces of the membrane

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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 Ghloridionenentladung und die Erzeugung von Lauge haben*and embedded in them, so that the chlorine is generated directly at the interface from electrode to membrane. * This causes the electrodes to have very low overvoltages for the chlorine ion discharge and the generation of alkali.

Die katalytisches! Elektroden v/eisen ein katalytisches Materiell auf s das mindestens ein reduziertes Platin™ gruppenmetalloxid umfaßt, das durch Erhitzen des reduzierten Oxides in Gegenwart von Sauerstoff thermisch stabilisiert worden ist* In einer bevorzugten AusfUhrungs form bestehen die Elektroden aus solchen Oxidteilchen» die mit Polytetrafluoräthylen-Teilchen gebunden sind» Beispiele brauchbarer Platingruppenmetalle sind Platin, Palladium, Iridium.The catalytic! Electrodes v / iron catalytic Substantive to s the at least one reduced platinum ™ gruppenmetalloxid comprises which has been thermally stabilized by heating of the reduced oxide in the presence of oxygen * In a preferred AusfUhrungs form, the electrodes of such oxide particles "with polytetrafluoroethylene particles Examples of useful platinum group metals are platinum, palladium, iridium.

Die bevorzugten reduzierten Metalloxide für die Chlorerzeugung sind die reduzierten Oxide von Ruthenium oder Iridium* Der Elektrokatalysator kann ein einseines reduziertes Platingruppenmetalloxid? wie Kutheniumoxid, Iridiun'ioxid j- Platinoxid usw*.-sein* Es ist jedooh festgestellt worden, daß Mischungen oder- Legierungen reduzierter Platingruppenmetalloxide stabiler sind* Eine Elektrode -aus reduziertem Rutheniumoxid mit bis.zu 25 % reduziertem Iridivunosid und vorzugsweise ?on 5 - 25 Gexi*- reduziertem Iridiumoxid hat sich als sehr stabil erwiesen« Graphit oder.ein anderes leitendes Streckmittel wird in einer Menge biß zn 50 Qexu«»% und vorimgsweise von 10 -" 30 Gewo«% hinz-ugegeben* Das Streckmittel sollteThe preferred reduced metal oxides for chlorine production are the reduced oxides of ruthenium or iridium. * The electrocatalyst can be one of its reduced platinum group metal oxide ? such as ruthenium oxide, iridium dioxide, platinum oxide, etc. It has been found, however, that mixtures or alloys of reduced platinum group metal oxides are more stable. An electrode of reduced ruthenium oxide with up to 25 % reduced iridivunoside, and preferably on - 25 Gexi * - reduced iridium oxide has been found to be very stable "graphite or. Another conductive extender is added in an amount of up to 50 % Qex, and preferably from 10" to 30% by weight * The extender should

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eine ausgezeichnete Leitfähigkeit und geringe Halogenüberspannung aufweisen und es sollte θehr viel billiger sein als die Platingruppenmetalle, so daß es möglich ist5 eine beträchtlich billigere und doch sehr wirksame Elektrode zu schaffen«excellent conductivity and low halogen over voltage have and it should θehr be much cheaper than the platinum group metals, so that it is possible to provide a 5 considerably cheaper, yet highly effective electrode "

Eines oder mehrere reduzierte Oxide eines Ventilmetalless wie Titan, Tantal, Mob,. 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*-$ liegteOne or more reduced oxides of a valve metal s, such as titanium, tantalum, mob. Zirconium, 'hafnium, vanadium',. or tungsten may 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. - $ was lying

Mindestens eine der katalytischen Elektroden ist mit der flüssigkeitsundurchlässigen ionentransportierenden Membran verbundene Durch Verbinden einer oder beider der Elektroden mit der Membran wird der Elektrolytspannungsabfall zwischen den Elektroden und der Membran minimali-. siert, ebenso wie der. Gasmassentransport, da zwischen Elektrode und Membran keine Gasschicht mehr gebildet wird«.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 electrolyte voltage drop between the electrodes and the membrane becomes minimal. siert, as well as the. Gas mass transport, since no gas layer is formed between the electrode and the membrane «.

Dies führt..zu einer beträchtlichen Verringerung der This leads to a considerable reduction of

Zellspannung und dem bedeutenden wirtschaftlichen Nutzen, der sich daraus ergibt«. " . .Cell voltage and the significant economic benefits that result ". "...

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Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert© . .. ... ..... .The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment ©. .. ... ......

In der beiliegenden Zeichnung zeigensIn the accompanying drawing show

Figo 1 eine Darstellung einer Elektrolysezelle der vorIie gend en Erfindung % 1 is a representation of an electrolytic cell of the present invention %

Fige'2 eine ecbematische Darotellung der Zelle undFige'2 an ecbematische Darotellung the cell and

1 der in verschiedenen Teilen der Zelle stattfindenden Reaktionen* 1 of the reactions taking place in different parts of the cell *

In Figur 1 ist mit 10 eine Halogen-Elektrolyseselle be·=' zeichnet, die aus einem Kathodenrauin 11 und einem Anoden™ raum 12 besteht, die durch eine feste Polymerelektrolyt·» membran 13 voneinander getrennt sind, wobei die Membran 13 vorzugsweise eine hy dra ti eierte s durchlass! gkeits·?· selektive Kationenaustauschermembran .ist '* Mit den gegenüberliegenden Oberflächen der Membran 13 sind Elektroden verbunden,» die Teilchen aus einem.Fluorkohlenstoff$ wie Teflon^ uiiifassens die mit thermisch stabilisierten«, re«~ äusierten Oxiden von Ruthenium (RuCX.). oder Iridium (IrO.,,) oder stabilisiertenv reduzierten Oxiden von Ruthenium=· Iridium (RuIr)O..,. Rutheniura-üitan (RuTi)O , Ruthenium=»In FIG. 1, denoted at 10 is a halogen electrolysis cell consisting of a cathode gray 11 and an anode 12 space separated by a solid polymer electrolyte membrane 13, the membrane 13 preferably being a hy dra ti wobbled s passage! gkeits? · .is selective cation '* With the opposite surfaces of the membrane 13 electrodes are connected, "the particles of einem.Fluorkohlenstoff $ as Teflon ^ uiiifassens with thermally stabilized," re "~ äusierten oxides of ruthenium (RuCX.) , or iridium (IrO. ,,) or stabilized reduced oxides of ruthenium = · iridium (RuIr) O.,. Rutheniura-Uitan (RuTi) O, Ruthenium = »

-tu, . -Λ·' -tu,. -Λ · '

Oüsntal-'Iridiura (RaTaIr)O oder-Ruthenium-Graphit "yerbuaden siiid* Die- .Kathode 14 istim„t einer Seite der Membran 13 verbunden tuid vorzugsweise in dieaor eingebettet« und einö nicht"dargestollxe katalytisch© Anode 29 ist mitOssntal-Iridiura (RaTaIr) O or Ruthenium Graphite "The cathode 14 is connected to one side of the membrane 13, preferably embedded in the same, and not catalyzed by an anode 29

.. 22.6.1979 :.. 22.6.1979:

..,· ; - - APC25B/209 498.., ·; - - APC25B / 209 498

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der gegenüberliegenden Seite der Membran 13 verbunden und vorzugsweise.in dieser eingebettet. Die teflongebundene Kathode 14 ist ähnlich dem Anodenkatalysator· Geeignete Katalysatorenmaterialien schließen fein zerteilte Metalle wie Platin,-Palladium, Gold, Silbers Mangan, Kobalt oder Nickel, Spinelle oder reduzierte Platingruppenmetalloxide, wie Pt-Ir 0 , Pt-Ru-O , weiter Graphit und geeignete Kombinationen der vorgenannten Materialien eino . . ' connected to the opposite side of the membrane 13 and preferably embedded in this. The Teflon-bonded cathode 14 is similar to the anode catalyst. Suitable catalyst materials include finely divided metals such as platinum, palladium, gold, silver s manganese, cobalt or nickel, spinels or reduced platinum group metal oxides such as Pt-Ir 0, Pt-Ru-O, graphite and suitable combinations of the aforementioned materials eino. , '

Stromkollektoren in'Porm von Metallsieben 15 und--1.6-werden gegen die Elektroden gepreßt·. Die ganze-Einheit aus Membran 13 und Elektrode'·wird fest durch die den Kathodenraum 11 und Anodenraum 12 bildenden Gehäuseelemente vermittele der Dichtungen 17 und 18 abgestützt, wobei die Dichtungen 17? 18 aus irgendeinem Material hergestellt sind, das - gegenüber der Zellenumgebungs nämlich Alkali,- Chlor, Sauerstoff,.wäßrigem natriumchlorid im PalIe der Elektrolyse von Salzlauge und HCl, HBr im .Falle anderer Halogenwasserstoffe, beständig ._ oder inert ist» Eine Form einer solchen Dichtung 175 18 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 screens 15 and 1.6 are pressed against the electrodes. The whole unit of membrane 13 and electrode '· is firmly supported by the cathode chamber 11 and anode chamber 12 forming housing elements mediating the seals 17 and 18, wherein the seals 17? 18 are made of any material which - with respect to the cell environment, s namely alkali, - chlorine, oxygen, .wäßrigem sodium chloride in Palee the electrolysis of brine, and HCl, HBr in .Falle other hydrogen halides, resistant ._ or inert "One form of Such seal 175 18 is a filled rubber seal sold by Irving Moore. Company, Cambridge, Mass under the trade name EPDM.

Eine wäßrige Salzlauge wird durch einen Elektrolytein™ laß 19 eingeführt, der mit dem Kamraerdnnenraum 20 in Verbindung steht« Verbrauchter Elektrolyt und Halogene, wie Chlor, werden durch eine Auslaßleitung 21 entfernt*An aqueous brine is introduced through an electrolyte inlet 19 which communicates with the chamber interior 20. Spent electrolyte and halogens such as chlorine are removed through an outlet conduit 21.

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Eine Kathodeneinlaßleitung 22 steht in Verbindung--mit dem Kathodenraum 11 s um die- Einführung von.Kathodenraum-Elektrolyt9 Wasser oder wäßriger HaOH,- die verdünnter ist als die elektro-cheiaisch an der Grenzfläche-Elektrode /Elektrolyt gebildete, su gestatten^A cathode inlet conduit 22 communicates with the cathode compartment 11 s for introduction of cathode space electrolyte 9 water or aqueous HaOH, which is more dilute than that formed electrochemically at the interface electrode / electrolyte

Das Wasser dient zwei getrennten Funktionen« Ein Teil des Wassers wird unter. Erzeugung von Hydroxyl-Anionen elektrolyseert, und diese Hydroxy1-Anionen verbinden sich mit den durch die Membran 13 transportierten Ilatriurnkationen unter der Bildung von Laugen (HaOH)» Das Wa8ser spült aber auch die eingebettete-Kathodenelektrode 14$ um die an der Membran/Blektroden-Grenzflache. 14 gebildete hochkonzentrierte Lauge, zu verdünnen und so eine Diffusion der Lauge durch die Membran 13 zurück in den /moden~Blektrolyträum 12 möglichst gering au halten* Die Kathodenauslaßleitung 24 steht in Verbindung mit dem Kathödenraum 11 zur Entfernung der verdünnten Lauge, plus irgendwelchen an der Kathode 14 entladenen Wasserstoffes und überschüssigen Wassers* Ein energieführendes Kabel 23 wird in den Kathoderirauai 11 eings™ führt, und ein vergleichbares nicht-dargestelltes Kabel wird in den Anodc-üiraum 12 eingeführt* Diese Kabel verbinden die stromleitendCiη Siebe 16 bzw*'15 exit der Stromquelle ©The water serves two separate functions «A part of the water gets under. Generation of hydroxyl anions is electrolyzed, and these hydroxy-1 anions combine with the ionic cations transported through the membrane 13 to form alkalis (HaOH). However, the wax also rinses the embedded cathode electrode 14 $ around the membrane / electrode electrode. boundary surface. 14 concentrated highly concentrated liquor, to dilute and so a diffusion of the liquor through the membrane 13 back into the / moden ~ Blektrolyträum 12 as possible au hold * The cathode outlet 24 is in communication with the cathodic space 11 for the removal of the dilute liquor, plus any at the Cathode 14 Discharged Hydrogen and Excess Water * An energy carrying cable 23 is inserted into the Kathoderirauai 11 eings ™, and a comparable unillustrated cable is inserted into the Anodc chamber 12 * These cables connect the current conducting Coles sieves 16 and * 15 respectively Power source ©

Figur 2-veranschaulicht die in der.Zelle 10 während der Elektrolyse einer v/äßrigan Salzlauge stattfindenden Reaktionen und dient dem Verstehen' des BlektrolyseprojsessesFIG. 2 illustrates the reactions taking place in the cell 10 during the electrolysis of a valtäßrigan brine, and serves to understand the process of the invention of the process of lead electrolysis

20 - 220 - 2

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in der Weise, in der die Zelle 10 arbeitet.in the way the cell 10 works.

Eine wäßrige Lösung von Natriumchlorid wird in den Anodenraum 12 eingebracht, der durch die kationische Membran 13 von dem Kathodenraum 11 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 %9 bezogen auf das Trockengewicht der Membran), die beide durch ein Teflongewebe 28 voneinander getrennt sind.An aqueous solution of sodium chloride is introduced into the anode compartment 12, which is separated from the cathode compartment 11 by the cationic membrane 13. The membrane 13 is a composite membrane having a layer 26 of high water content (20 to 35 % < based on the dry weight of the membrane) on the anode side and a low water content layer 27 (5 to 15 % 9 based on the dry weight of the membrane) both are separated by a Teflon fabric 28.

Um die Kathodenwirkeamkeit optimal zu machen, ist die Membran 13 mit einer kathodenseitigen ionenabweisenden Sperrschicht zum Abweisen der Hydroxy!ionen und zum Blockieren oder Minimalisieren der Rückwanderung der Lauge zur Anode 29 versehen. Die abweisenden Eigenschaften der kathodenseitigen Anionen abweisenden Sperrschicht können weiter dadurch verstärkt werden, daß man die Perfluorsulfonsäuremembran auf der Kathodenseite unter Bildung einer dünnen Schicht eines einen geringen Wassergehalt aufweisenden Polymers chemisch modifiziert« Dies, kann s. B. dadurch geschehen? daß man das Polymer unter Bildung einer substituierten Sulfonamidiaembran-Schicht umwandelt* Die Kathodensei™ tenschicht 27 weist ein hohes Milliäquivalentgewicht auf oder wird in eine schwache Säureform (SuIfonami.d) umgewandelt, und dadurch wird der Wassergehalt dieses Teiles der Verbundmembran 13 verringerte Dies erhöhtIn order to optimize the cathode performance, the membrane 13 is provided with a cathode-side ion-rejecting barrier to repel the hydroxyl ions and to block or minimize the re-migration of the liquor to the anode 29. The repellent properties of the cathode-side anion-repellent barrier layer can be further enhanced by chemically modifying the perfluorosulfonic acid membrane on the cathode side to form a thin layer of low-water-content polymer. B. happen? That the polymer is converted to form a substituted sulfonamide membrane layer. The cathode layer 27 has a high equivalent weight or is converted to a weak acid form (SuIfonami.d), and thereby the water content of this part of the composite membrane 13 is increased

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die Fähigkeit des Films zur Salzabweisung und.minimalisiert die Diffusion des Natriumhydroxids durch die Membran 13 zurück zur.Anode 29« Die Membran 13 kann auch ein homogener Film aus einem einen geringen Wassergehaltes aufweisenden Polymer sein, wie Mfion 150, Perfluorearbonsäure uswothe ability of the film to salt reject and. minimize the diffusion of sodium hydroxide through the membrane 13 back to the anode 29. The membrane 13 may also be a homogeneous film of low water content polymer such as Mfion 150, perfluororic acid, etc.

Die teflongebundenen Katalysatoren aus reduzierten Edelmctalloxiden enthalten mindestens ein thermisch . stabilisiertes j reduziertes, Pia tintaetalloxid, wie von E.utheniums Iridium oder Ruthenium-Iridium mit oder ohne Zusatz, reduzierter Oxide von-Titan, Iliob oder Tantal und Teilchen von Graphite Diese Katalysatoren sind in die Oberfläche.der Membran 13 eingepreßt. Die als Metallsiebe 15? 16 ausgebildeten Stromkollektoren, die der Klarheit halbes? in Pigur 2 nur teilweise gezeigt sind s, sind gegen die Oberfläche der katalytischem! . Elektroden gepreßt und mit dem positiven bzw* .-negativen Anschluß der Energiequelle verbunden^ um das Elektro» lysepotential zwischen den Zellenelektroden zn schaffen«. Die Natriumchloridlösungs .die. in den Anode-nraum 12 eingebracht .ist s-v/ird-an der Anode 23 unter Erzeugung von Chlors wie -durch-die -Bläschen 30 in Figur 2 veranschaulicht s -elektrolysierte .· ..... .......... Die HatriuTrrionen Ha"'" werden durch die. Membran 13 zur Kathode 14 befördert<· In den Kathodenraum wird ein mit 31 .bezeichneter Strom you Wasser oder wäßrigen UaOH eingebracht und wirkt als KathoXyto Dieser wäßrige Strom 31 spült die Oberfläche der teflongebundenen katalyti-The Teflon-bonded catalysts of reduced noble metal oxides contain at least one thermal. stabilized, reduced pia tintaetal oxide, such as E.uthenium s iridium or ruthenium-iridium with or without additive, reduced oxides of titanium, ilobium or tantalum and particles of graphite. These catalysts are pressed into the surface of the membrane 13. The metal sieves 15? 16 trained current collectors, for the sake of clarity? in Pigur 2 are shown only partially, are against the surface of the catalytic! , Electrodes pressed and connected to the positive or * negative terminal of the energy source ^ to create the Elektrosylsepotential between the cell electrodes zn . The sodium chloride solution s .die. is s -v / ird-at the anode 23 to produce chlorine s as exemplified by the bubbles 30 in Figure 2. s- electrolyzed. ...... The HatriuTrrionen Ha "'" are by the. Membrane 13 is transported to the cathode 14. A stream denoted 31 is introduced into the cathode space or water or aqueous UaOH and acts as KathoXyto. This aqueous stream 31 rinses the surface of the Teflon-bonded catalytic converter.

22.6*197922.6 * 1979

.' APC25B/2O9 498 54.476 11 . ' APC25B / 2O9 498 54.476 11

sehen Kathode 14» um die an der Grenzfläche von Membran 13 zu Kathode 14 gebildete Lauge zu verdünnen und dadurch die Rückdiffusion der Lauge durch die Membran 13 zur Anode 29 zu vermindern.see cathode 14 »to dilute the liquor formed at the interface of membrane 13 to cathode 14 and thereby reduce the back diffusion of the liquor through the membrane 13 to the anode 29.

Ein Teil des Wasserkatholyten wird an der Kathode 14 unter Bildung von Hydroxylionen und gasförmigem Wasserstoff elektrolysiert« Die Hydroxy !ionen kombinieren sich-mit den durch die Membran .1.3 transportierten Natriumionen unter Bildung .von Natriumhydroxid an der Grenzfläche von der Membran 13 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 14 wird an der Kathode 14 konzentriertes Natriumhydroxid im Bereich von 455 bis 6S5 molar gebildet» Etwas von dem'Natriumhydroxid, das durch den Pfeil 33 angedeutet ist,, wandert jedoch durch die Membran 13 zur. Anode 29-zurück* Das zur Anode 29 transportierte Natriumhydroxid wird unter Erzeugung von Wasser und Sauerstoff5 wie durch die. Blasenbildung 34 dargestellt, oxidierte Dies ist eine parasitäre Reaktion,A portion of the water catholyte is electrolyzed at the cathode 14 to form hydroxyl ions and gaseous hydrogen. "The hydroxy ions combine with the sodium ions transported through the membrane .1.3 to form sodium hydroxide at the interface from the membrane 13 to the electrode." The sodium hydroxide slightly wets the teflon part of the bonded electrode and migrates to the surface where it is diluted by the aqueous stream purging the surface of the electrode. Using the water flushing of the cathode 14 14 concentrated sodium hydroxide in the range of 5 to 6 4 5 S 5 is formed molar "Something of dem'Natriumhydroxid, which is indicated by the arrow 33 at the cathode ,, however, migrates through the membrane 13 to the. Anode 29-back * The sodium hydroxide transported to the anode 29 is produced to produce water and oxygen 5 as by the. Blistering 34 shown, oxidized This is a parasitic reaction,

die die Wirksamkeit des -Kathodenstromes vermindertewhich reduced the efficiency of the cathodic current

Die Sauerstofferzeugung an der Anode 29 -ist unerwünscht, da dies nachteilige Wirkungen--auf die ^Elektrode und die Membran 13 haben kann» Außerdem verdünnt der Sauerstoff das an der Anode 29 erzeugte GhIOr9 so daß eine ausätz-Oxygen production at the anode 29 is undesirable, as this can have detrimental effects on the electrode and the membrane 13. In addition, the oxygen dilutes the GhIOr 9 produced at the anode 29, so that an adequate amount of oxygen is produced.

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liehe Behandlung erforderlich ist, um den Sauerstoff zu entfernen« Die Reaktionen in den verschiedenen Teilen der Zelle sind die folgenden:The treatment in the different parts of the cell is the following:

Anodenreaktion: 2 Cl-* Cl?t+2e"' (1)Anode reaction: 2 Cl- * Cl ? t + 2e "'(1)

(Prinzip) . .(Principle). ,

Membran»Transports 2Ia+ + HgO . (2)Membrane »Transport 2Ia + + HgO. (2)

Kathodenreaktion: 2HgO—» 20H" + H2t ~2e"° (3a) ,Cathode reaction: 2HgO- »20H" + H 2 t ~ 2e "° (3a),

2Na+ -5- 20H" . 2HaOH (3b)2Na + -5- 20H ". 2HaOH (3b)

Anodenreaktion: 4OH~~~5 0~ *\ + 2HpO + 46^ (4)Anode reaction: 4OH ~~~ 5 0 ~ * \ + 2HpO + 46 ^ (4)

Gesamtreaktion? 23JaCl + 2"H20-^2NaOH + Cl?t+ H9-f (5) (Prinzip)Overall reaction? 23JaCl + 2 "H 2 0- ^ 2NaOH + Cl ? T + H 9 -f (5) (principle)

Die neue Anordnung 53ur Elektrolyse von wäßrigen Lösungen von SaI25lauge, die in der vorliegenden Anmeldung be« schrieben ists ist durch die Tatsache charakterisiert, daß sich die katalytischen Stellen der Elektroden in direktem Kontakt mit der Kationenauatauschermeinbr-an und. den Ionen austauschenden Säuröresten, die mit der Polyrnerkette verbunden sinds. befinden, wobei diese Säure austauschenden Reste Sulfonsäurereste-SO^H χ HgO oder Carboxy!saurereste~COOH χ H«0 sind« Es gibt daher weder in der iinolyt»· noch der Ka tholytkammer. irgend einen b e~ Bierkensvierten Spannungaabfallc Ein solcher Elektrolyt-Spannungeabfall ist charakteristisch für die existierenden Systeme und Verfahrens in denen Elektrode und Membran voneinander getrennt sind, uiid er kann dort in der Größenordnung von Oj2 bis O55 Volt liegen* Die Beseitigung oder doch beträchtliche Verminderung dieses Spannungsab»The new arrangement 53ur electrolysis of aqueous solutions of SaI25lauge which is written into the present application be "s is characterized by the fact that the catalytic sites of the electrodes at Kationenauatauschermeinbr-in direct contact with and. the ion-exchanging acid radicals connected to the polymer chain s . These acid-exchanging radicals are sulfonic acid radicals SO 2 H 2 HgO or carboxyaromatic radicals COOH 2 H "O. There is therefore neither the iinolytic nor the catholyte chamber. any a be ~ Bierkensvierten Spannungaabfallc Such electrolyte Spannungeabfall is characteristic in which the electrode and the membrane are separated from each other for the existing systems and methods s, it UIID there can 5 5 volts in the order of Oj2 to O * The elimination or at least considerable Reduction of this voltage »

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falls ist einer der Hauptvorteile der vorliegenden Erfindung, da er einen sehr deutlichen Effekt auf die Gesamtzellenspannung und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens hat.If one of the main advantages of the present invention is because it has a very significant effect on the total cell voltage and the economy 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 Gasinlsch~- und Massentransport-Verlust aufgrund der Unterbrechung oder Blockierung des Elektrolytpfades zwischen 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 gas injection and mass transport loss due to the interruption or blockage of the electrolyte path between the electrode and the membrane.

In Systemen nach dem Stand der Technik ist die Chlor abgebende katalytisch^ 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 Ha ^Ionen und erhöht auf diese Weise den Spannungsabfall. -In prior art systems, the chlorine-donating catalytic electrode is separated from the membrane. The gas is formed directly at the electrode and results in a gas layer in the space between the membrane and electrode *. This interrupts the electrolyte path between the electrode collector and the membrane and blocks the passage of ions, thereby increasing the voltage drop. -

Die--teflongebimdene katalytisch^ Elektrode enthält reduzierte Oxide von Platingruppenmetallen, wie Ruthenium, Iridium oder Ruthenium-Iridium, um die Chlorüberspannung an der Anode möglichst gering zu halten. Die reduzierten Rutheniuraoxide sind gegenüber Chlor- und Sauerstoff-Entwicklung stabilisiert, damit man eine stabile Anode erhält» Die Stabilisierung erfolgt anfänglichThe PTFE-containing catalytic electrode contains reduced oxides of platinum group metals, such as ruthenium, iridium or ruthenium-iridium, in order to minimize the chlorine overvoltage at the anode. The reduced Rutheniuraoxide are stabilized against chlorine and oxygen evolution, to obtain a stable anode »The stabilization is initially

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durch Temperaturstabilisierung, d* tu durch Erhitzen der reduzierten Rutheniu.moxide auf eine Temperatur unterhalb der, bei der Zersetzung zum reinen Metall beginnt«. So werden "die..reduzierten Oxide 30 min- 6h auf 350 - 750 0G erhitzt-und bevorzugt für eine Stunde auf Temperaturen'Im Bereich von 550 - 600 0C^ Die Teflongebundenen, reduzierten Rutheniumoslde der Anode werden weiter stabilisiert durch Vermischen mit Graphit und/ . oder Mischen mit den reduzierten Oxiden anderer Platinmetalle s wie-Iridium IrOT in einem Bereich von. 5 bis 25 % Iridium, wobei 25 % bevorzugt sind oder mit denen von Pt5 Rh etce oder mit reduzierten-Oxiden "von Ventilmetallen, v/ie Titan TiO , wobei 25 bis 50 % von TiO bevorzugt sind, oder'Tantal (25-$ oder mehr)«» Es wurde auch festgestellt j daß eine ternare Legierung reduzierter Oxide von Titan, Ruthenium und Iridium (Ru5 Ir9 Ti)0 oder von Tantal, Ruthenium und Iridium (Ru,'Ir, Ta)0_,by temperature stabilization, d * tu by heating the reduced ruthenium moxides to a temperature below that at which decomposition into pure metal begins. " Thus, "die..reduzierten Oxide 6h 30 to 350 min - 750 0 G-heated, preferably for one hour at Temperaturen'Im range 550-600 0 C ^ The Teflon-bonded reduced Rutheniumoslde the anode can be further stabilized by mixing with graphite and /., or mixing with the reduced oxides of other platinum metals s as iridium IrO T in a range of. 5 to 25% of iridium, with 25% being preferred, or with which ETCE 5 Rh of Pt or with reduced oxides "of valve metals Titanium TiO, with 25 to 50 % of TiO2 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 5 Ir 9 Ti) 0 or of tantalum, ruthenium and iridium (Ru, 'Ir, Ta) 0_,

die mit Teflon gebunden ist, sehr wirkesm ist bei der Herstellung einer stabilen langlebigen Anode* Im Falle der ternären Legierung besteht die-Zusammensetzung vorzugsweise-aus 5 bis 25 Gews~% redusierter Oxide des-Iridiums, etwa 50 6ewc^% reduzierter Oxide des Rutheniums, und der Rest ist ein Ventilmetall wie Titan« Pur eine binäre Legierung reduzierter Oxide aus Paithenium und Titan-enthält die bevorzugte Elektrode- eine Menge von 50 G-ewe~% Titan? und der.Rest ist Ruthenium* Titan hat den zusätzlichen Vorteils daß es sehr viel billiger ist als Ruthenium, oder Iridium 'and daß es somit ein wirk-*which is bonded with Teflon is very effective in producing a stable long-lived anode. In the case of the ternary alloy, the composition preferably consists of 5 to 25 % by weight of redox oxide of iridium, about 50% by weight of reduced ruthenium oxides and the rest is a valve metal such as titanium. "Pure a binary alloy of reduced oxides of peithenium and titanium which contains the preferred electrode- a lot of 50 G-ewe ~% titanium. and the remainder is ruthenium * titanium has the added advantage that it is much cheaper than ruthenium, or iridium 'and that it is therefore an effective *

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sames Streckmittel ist, welches die Kosten reduziert, während es gleichzeitig die Elektrode in einer sauren Umgebung und gegen HCl, Chlor« und Sauerstoff-Entwich lung stabilisiert. Ändere Ventilmetalle, wie Mob, Tantals Zirkonium oder Hafnium, können in der Elektrodenstruktur anstelle von Titan eingesetzt werden··..This is a diluent that reduces costs while stabilizing the electrode in an acid environment and against HCl, chlorine and oxygen evolution. Other valve metals, such as Mob, 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 gleichermaßen benutzt werden können. Typisehe Edelmetallsiengen für die Anode .liegen bei 0,6 mg/cm der Elektrodenoberfläche, wobei der bevorzugte Bereich von 1 bis 2 mg/cm reicht» Der Stromkollektor für die Anode kann ein platiniertes Wiobnetz mit feinen Flaschen sein, mit·dem ein guter Kontakt zur Elektrodenoberfläche erhalten wird. Es kann aber auch ein gerecktes Titanneta, das mit Rutheniumoxid«, .Iridiumoxid, Ventilmetalloxid oder-deren Mischungen überzogen ist, als Kollektorstruktur für· die Anode benutzt Werdens 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 iThe alloys of the reduced noble metal oxides, together with the reduced oxides of titanium or other valve metals, are mixed with Teflon to form a homogeneous mixture. The Teflon content of the anode may range from 15 to 50% by weight, although 20 to 30% by weight. -% are preferred. The Teflon used is the material sold by the Dupont Corporation under the trade designation T-30, although other fluorocarbons may be used equally. Typical noble metal gene amounts for the anode lie at 0.6 mg / cm of the electrode surface, the preferred range being 1 to 2 mg / cm. The current collector for the anode may be a platinum-plated willow net with fine bottles, with good contact to the electrode surface is obtained. However, a stretched titanium teta coated with ruthenium oxide, iridium oxide, valve metal oxide or mixtures thereof may also be used as the collector structure for the anode. another possible anode collector structure may be a noble metal or "oxide" clad network attached to a Ti or Ti alloy plate by welding or bonding i

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Der Anodenstroinkollekt'or, der im Eingriff mit der gebundenen Anodenschicht steht9 weist.·.eine höhere Chlor-Überspannung auf als die katalytische Oberflächen-- ' schicht der Anodenelektrode» Dies verringert die Wahrscheinlichkeit der elektrochemischen Reaktion,'wie der Chlorentwiokltiiigs an der Stromverteileroberflaches da diese Reaktionen wegen der geringeren Überspannimg an der elektrokata3.ytischen Anodenelektrodenoberfläch© wahrscheinlicher sind und da der Spannimgsabfall zum Kollektometsü größer ist«The anode-crystal collector engaged with the bonded anode layer 9 has a higher chlorine overvoltage than the catalytic surface layer of the anode electrode. This reduces the likelihood of the electrochemical reaction, such as the chlorine reaction at the flow distributor surface s because these reactions are more likely due to the lower overpotential on the electrokata3.ytic anode electrode surface © and because the voltage drop across the collector is greater «

Die Kathode ißt vorzugsweise eine gebundene Mischung aus !'eflonteilchsn und Pia tins c.hwara mit einer Platinschwarzmenge von O54 bis 4 ffig/cm. β Es können jedoch gleichermaßen auch, die anderen, oben genanntem katalytieichen Materialien benutst werden· Die Kathode ist ähnlich wie die Anode vorzugsweise mit der Oberfläche der Kationenaus'tausehermembran verbunden und in diese eingebettete .Die Kathode wird sehr dünn-mit einer Dicke Ton etwa 0?05 -bis. O9075 ram oder weniger und vorsugsweise mit etwa O5,012 ma Dicke .hergestellt s sie ist porös und weist einen geringen Teflongehalt auf«The cathode preferably eats a bound mixture of oil particles and Pia tins c.hwara with a platinum black amount of O 5 4 to 4 ffig / cm. However, β can equally well, the other, above of katalytieichen materials are benutst · The cathode is similar to the anode is preferably connected to the surface of the Kationenaus'tausehermembran and is embedded in this .The cathode very thin with a thickness-tone about 0 ? 05-bis. O ram 9075 or less and having about vorsugsweise O 5, 012 ma thickness .hergestellt s it is porous and has a low Teflon content to "

Die Dicke, der Kathode kann recht bedeutsam sein* Sie kann in reduziertem Waoser oder durch.das Spülen und Eindringen wäßriger. HaOH in die Kathode reflektiert werden kaßns was 4ie Wirksamkeit des Kathodenstroaes verringert» Die Zellen. v/u.rden mit dünnen Kathoden von etwa Oj 012 hie -etwa O5 05 ffini Dicke aue Platinschw&rs mit 15 % Teflon hergestellt«? Die Stromwirksaml<eiton vonThe thickness, the cathode can be quite significant * It can in reduced Waoser or by. The rinsing and penetration of aqueous. Kassn be Haoh reflected in the cathode s reducing 4ie effectiveness of Kathodenstroaes »Cells. They were made with thin cathodes of about 012, here-about O 5 05 ffini thickness of platinum black with 15 % Teflon. The current effect of

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Zellen mit dünnen Kathoden.betrugen etwa 80 % bei 5molarer WaOH, bei 88 bis 91 0C und einer Zuführung von 290 g MaCl/1 zur Anode» Mit einer 0,075 mm dicken Kathode aus Ruthenium und Graphit war die Stromwirksam keit auf 54 % mit 5molarer FaOH verringert· Die folgen de 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* ~ .Cells with thin cathodes. Amounted to about 80 % at 5 molar WaOH, at 88 to 91 0 C and a supply of 290 g MaCl / 1 to the anode. With a 0.075 mm thick cathode of ruthenium and graphite, the current efficiency was 54 % with 5molarer FaOH reduced · The following Table A shows the relationship of current efficiency to thickness and indicates that thicknesses not exceeding 0.05 to 0.075 mm have the best performance * ~.

Tabelle ATable A Kathodecathode Kathodendicke (mm)Cathode thickness (mm) Stromwi rksam- keit in % (beiCurrent Effectiveness in % (at Zellecell Platinschwarzplatinum black 0,05 - 0,0750.05-0.075 64 (4,0)64 (4.0) 11 Platinschwarzplatinum black 0,05 - 0,0750.05-0.075 73 (4,5)73 (4,5) CVICVI Pia t i ns chwarζPia t i ns chwarζ 0,025-0,050.025-0.05 15 (3,1) 15 (3,1) 33 Platinschwarzplatinum black 0,025» 0,050.025 »0.05 82 (5)82 (5) 44 Platinschwarzplatinum black 0,0120,012 78 (5,5)78 (5.5) 55 5 % Platin» schwarz auf Graphit . -5 % platinum »black on graphite. - 0,0750,075 78 (3,0)78 (3.0) 66 15 %' Ru 0 auf Graphit 15 % ' Ru 0 on graphite 0,0750,075 54 (5,0)54 (5.0) 77 Platiniertes Graphitge webePlatinized graphite web 0,25 - 0370.25-037 57 (5)57 (5) 88th

Die Elektrode ist gasdurchlässig hergestellts damit die an der Grenzfläche zwischen Elektrode und MembranThe electrode is gas-permeable s made so that at the interface between the electrode and membrane

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entwickelten-Gase-leicht entweichen können. Sie ist porös hergestellt, um das Eindringen des Spülwassers zur Grenzfläche zwischen Elektrode und Membran» an der die IaOH gebildet wird, und den Zugang der siigeführ« ten Salzlauge zur Membran und den katalytischen Elek·» trockenstellen zu gestatten« Dies unterstützt das Ver~ dünnen der gebildeten hochkonzentrierten IaOIl5 bevor. sie das Teflon benetst und an. die Elektrodenoberfläche, 'gelangt, wo sie durch das über, die Elektrodenoberfläche strömende Wasser weiter verdünnt wird« Es ist-wichtig, die ifaOH an der Grenzfläche zwischen Membran und Elektrode zu verdünnen, da dort die Konzentration am - . größten ist« Um die Wassereindringung in die Kathode maximal au machens sollte der Teflongehalt 15 bis 30 Geviv-fo nicht übersteigen« da Teflon hydrophob ist* Mit einer guten Porosität, eines) begrenzten Teflongehalts einem dünnen Querschnitt und einer Spülflüssigkeit aus Wasser oder verdünnter Lauge wird die KaOH-Konzentration gesteuert» mn die Wanderimg von NaOH durch die . Membran zu vermindern; was weiter durch eine anionen-abstoßende Sperrschicht-auf der Kathoäenseite unterstützt wird*evolved gases-easily. It is made porous to allow penetration of the rinse water to the interface between the electrode and the membrane where the IaOH is formed, and to allow access of the salty brine to the membrane and the catalytic elec- trode. This helps to thin it the formed highly concentrated IaOIl 5 before. she likes the teflon and on. the electrode surface ', where it is further diluted by the water flowing over the electrode surface. «It is important to dilute the ifaOH at the interface between membrane and electrode, because there the concentration at the -. Teflon content should not exceed 15 to 30 Geviv-fo "as Teflon is hydrophobic * With good porosity, a limited Teflon content s a thin cross section and a rinsing liquid of water or dilute lye the KaOH concentration is controlled by the migration of NaOH through the. To reduce membrane; which is further supported by an anion-repellent barrier layer on the Kathoäenseite *

Der Stroiakollektor für die Kathode.muß sorgfältig ausgewählt -v/erden, da die an der Kathode vorhandene hochkorrosive Lauge viele Materialien angreift, insbesondere wahrend die Zelle abgeschaltet iet* Der Stromkollektor kann ein Hickelnetz seiru && Wickel Lauge-V / ground carefully selected the Stroiakollektor for Kathode.muß since the attacks many materials at the cathode existing highly corrosive alkali, in particular during the cell iet off * The current collector may be a Hickelnetz seiru && winding lye

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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 Strom-., kollektorstruktur für die Kathode, die gegenüber alkalischer Lösung beständig oder inert ist, ist Graphit oder Graphit in Kombination mit einem Uickelnetz, das auf die Platte und gegen die Oberfläche der Elektrode gepreßt ist«resistant to. However, the current collector can also be made from a sheet of corrosion-resistant steel, onto which a mesh of corrosion-resistant steel is welded. Another cathode current collector structure, which is resistant or inert to alkaline solution, is graphite or graphite in combination with a nickel mesh 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 fasserstoffüberspannung 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 bonded cathode layer is made of a material having a higher hydrogen overvoltage than that of the catalytic cathode surface. The likelihood of an electrochemical reaction, such as hydrogen evolution at the current collector, is therefore reduced because of the lower overpotential on the electrode and because the cathode electrode shields the current collector to some extent.

Die Membran 13 ist vorzugsweise eine stabile hydratisierte kationische Membran, die durch Ionentransport- . Selektivität ausgezeichnet ist. Die Kationenaustauscher» membran gestattet den Durchgang positiv geladener ITa--'trium-Kationeri und miniraalisiert den Durchgang negativ geladener Anionen. Es'können verschiedene Arten von Ionenaustauscherharze»! zu Membranen verarbeitet werden, um den selektiven Transport von Kationen zu. .ermöglichen. Zwei Arten sind die sogenannten Sulfonsäurekationenaus»The membrane 13 is preferably a stable hydrated cationic membrane formed by ion transport. Selectivity is excellent. The cation exchange membrane allows the passage of positively charged ITa - trium cationi and minimizes the passage of negatively charged anions. There are different types of ion exchange resins »! be processed into membranes to the selective transport of cations. .enable. Two types are the so-called sulfonic acid cations »

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tauscherharze und die Carbonsäurekationenaustauscher™ harze* Bsi den Sulfonsäureaustauscherharzen, die bevorzugt sind j sind die ionenaustauschenden Gruppen hydratisierte SuIfonsäurereste SO^H χ Ho^» die durch Sulfonieren mit. der Polymerkette verbunden sind· Die ionenaustauschenden Säureradikale sind innerhalb der Membran nicht-beweglich, sondern fest mit der Polymerkette. verbunden,, was sicherstellt, daß sich die Elektrolytkonzentration nicht verändert.exchange resins and the carboxylic acid cation exchangers ™ Bsi the sulfonic acid resins, which are preferred j are the ion-exchanging groups hydrated sulfonic acid residues SO ^ H χ Ho ^ »by sulfonation with. The ion-exchanging acid radicals are non-mobile within the membrane but solid with the polymer chain. which ensures that the electrolyte concentration does not change.

Die Sulfoneäuregruppen aufweisenden Perfluorkohlenstoffkationenaustauscherinembranen sind bevorzugt t. da sie einen ausgezeichneten Kationentransport -gewährleisten, in hohem Maße stabil sind und durch Säuren und starke Oxidationsmittel nicht beeinflußt werden und sie außerdem eine ausgezeichnete thermische Stabilität haben und mit der Zeit im wesentlichen unveränderlich sindEine spezifisch bevorzugte Gruppe von Kationenpolymermembranen v/ird von der DuPont Company unter der Handelsbezeichnung .Kaf ion vertrieben, dies ist eine Membran? bei der das Polymer ein hydratisiertes Copolymer von Poly·» tetrafluoräthylen und PolysulfonyIfluoridvinylather i.S5t? der seitenständige..SuIfonsäuregruppen aufweist= Diese Membranen werden in der Wasserstofform eingesetzt, die üblioherv?eise die vom Hersteller.'erhaltene. Form .ist« Die lonenaustaufächkapaaität einer gegebenen Sulfonsäuren kationena/ustauscherrnembran ist. abhängig von dem Muliäquivalent gewicht dey SO.^~H-Restes pro Graram des trockenen Polymers6 Je größer die Konzentration der SuIfon-The sulfone acid groups having perfluorocarbon cation exchange membranes are preferably t . since they ensure excellent cation transport, are highly stable and are unaffected by acids and strong oxidants, and they also have excellent thermal stability and are essentially invariable over time. " A specific preferred group of cationic polymer membranes is derived from US Pat DuPont Company sold under the trade name .Kaf ion, this is a membrane? in which the polymer is a hydrated copolymer of poly (tetrafluoroethylene) and polysulfonyIfluoridvinylather i.S5t ? having pendant sulfonic acid groups = These membranes are used in the hydrogen form, more commonly those obtained by the manufacturer. Form. Is the ion exchange capacity of a given sulfonic acid cation exchange membrane. depending on the molyequivalent weight dey SO. ^ ~ H residue per gram of dry polymer 6 The greater the concentration of sulfonate

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säurereste ist, um so größer ist die Ionenaustauschkapazität und.um so größer die Fähigkeit der. hydratisierten Membrans Kationen zu transportieren. .Wenn jedoch die Iofienaustauschkapazitat der Membran zunimmt, nimmt ' auch der Wassergehalt zu, und die Fähigkeit der Membran, Salz abzuweisen, nimmt ab.is acidic, the greater the ion exchange capacity and the greater the ability of the. hydrated membrane s transport cations. However, as the ion exchange capacity of the membrane increases, the water content also increases and the ability of the membrane to repel salt decreases.

Die Geschwindigkeit, mit der das Hatriumhydroxid-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-Elektrolyse 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 Salzabwej,sungs verbunden mit einem Film einer Dicke von-etwa 0,1 mm oder mehr, hoher lonenaustausohkapazität,.einem Milliäquivale nt gewicht von 1100 und einem Teflongewebe besteht. Eine--Form einer solchen Schichtkonzentration.wird von DuPont-.unter der Handelsbezeichnung Haiion 315 vertrieben. Andere Formen von Schichtstoffen oder Konstruktion. nens in denen die Kathodenseitenschicht aus einem dünnen Harsfilm geringen Wassergehaltes (5 bis 15 %) besteht«, um die Salzabweisung zu optimalisieren, während die Anodenseite der Membran zur Förderung der Ionenaustausch-» kapazität ein Film mit hohem Wassergehalt ist, sind unterThe rate at which the sodium hydroxide migrates from the cathode to the anode side increases with ion exchange capacity. The back migration reduces the efficiency of the cathode current and also results in oxygen production at the anode with all the undesirable consequences associated therewith. The preferred ion exchange membrane for use in brine electrolysis is therefore a laminate composed of a thin film (about 0.05 mm thick) with a weight equivalent to 1500 and a low water content (5 to 15 %) with high salt absorbency. s solution connected to a film having a thickness of about 0.1-mm or more, high lonenaustausohkapazität, .einem Milliäquivale nt weight of 1100 and a Teflon fabric. A form of such layer concentration is sold by DuPont under the trade name Haiion 315. Other forms of laminates or construction. NEN s in which the cathode side layer of a thin Harsfilm low water content (5 to 15%) is "in order to optimize the salt rejection, while the anode side of the membrane to promote the ion-exchange" capacity, a film with a high water content, are

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den Handelsbezeichnungen Hafion 355, 37β? 39Os 227 und 214 erhältlich*the trade names Hafion 355, 37β ? 39O s 227 and 214 available *

Die lonenaustauschmembran wird durch Tränken in Lauge (3 bis 8 molar) für eine Dauer· von· einer Stunde zubereitet, um den.Wassergehalt der Membran und deren lonentreinnporteigenschaften festzulegen» Im Palle der durch ein Teflongewebe verbundenen Schichtmembran mag es erwünscht sein, die Membran oder das Teflongewebe .. durch 3™ bis 4stünd:lges Erhitzen am Rückfluß ira 70%iger EHOο zu reinigencThe ion exchange membrane is prepared by soaking it in caustic (3 to 8 molar) for one hour to determine the membrane's water content and its ion re-ionization properties. In the membrane of the Teflon fabric-bonded layer membrane, it may be desirable to use the membrane or membrane Teflon tissue is to be purified by 3 minutes to 4 hours by refluxing under 70% EHO

Die kathodenseitige Sperrschicht sollte einen geringen Wassergehalt haben auf der Grundlage der T/asserab- - sorption der Persulfonsäuregruppen* Dies führt au einer wirksameren Anionen (Hydroxyl)-Abweisung° Durch Blökkieren oder Abweisen der Hydroxy!ionen wird die Rückwanderung der Lauge beträchtlich vermindert und somit die Stromwirksamkeit der Zelle erhöht, und die Sauer- . stofferzeugung an der Anode verminderte In einer alternativen Schichtstoff konstruktion wird die Kathoden™ seitenschioht der Membran chemisch modifiziert,.indem man die SuIfοnsäuregruppe in eine solche mit.einer geringeren Wasserabsorption- umwandelt« Dies kann z« B» durch Umsetzen.· einer Oberflächenschicht des Polymers mit er..Bi !dung einer Schicht aus Sulfonamidgmppen erfolgen» Bs gibt verschiedene Ifesetzungemögiichkeiten aur Bildung der SuIfonamidoberflächonschicht» Ein solches· Verfahren schließt das Umsetzen der Oberfläche derThe cathode-side barrier layer should have a low water content based on the water absorption of the persulfonic acid groups. * This results in a more effective anion (hydroxyl) abstraction. By bubbling or repelling the hydroxyl ions, the re-migration of the alkali is considerably reduced the current efficiency of the cell increases, and the acid. In an alternative laminate construction, the cathode side layer of the membrane is chemically modified to convert the sulfonic acid group to one with less water absorption. This can be achieved by reacting a surface layer of the polymer with the formation of a layer of sulfonamide groups, there are various possible methods for the formation of the sulfonamide surface layer. Such a process involves reacting the surface of the sulfonamide

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Hafion-Membran'in der SulfoneIfluoridform mit Aminen, wie Ethylendiamin, ein, um die substituierten SuIfonamidmembranen 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.Hafion membrane in the sulfone fluoride form with amines such as ethylenediamine to form the substituted sulfonamide membranes. This sulfonamide layer acts as. a very effective barrier for anions. By repelling the hydroxyl ions on the cathode side, the re-migration of the liquor is obviously considerably reduced.

Die reduzierten Platingruppenmetalloxide des Rutheniums, IridiuiBSj 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 Hitrats,The reduced platinum group metal oxides of ruthenium, IridiuiBSj of ruthenium / iridium, etc. with or without the reduced oxides of the valve metals, such as titanium or titanium. , of graphite containing the Teflon particles under. Formation of the porous gas-permeable catalytic electrodes are obtained by thermal decomposition of the mixed metal salts in the absence or presence of excess sodium salts, eg. B »of the Hitrats,

Carbonate usw*. ...ν . „..:.../. ;..Carbonates etc. *. ... ν. ".. ... /. ; ..

Das Herstellungsverfahren ist eine Modifikation des Adams-Verfahrens der Platinherstellung durch Mitverwendung thermisch zersetzbarer Halogenide von Iridium, Titan oder Ruthenium, ζ» B. von Iridiumchlorid, Rutheniumchlorid oder Titanchloridο So werden beispielsweise zur Herstellung des binären Oxids (Ru, Ir)O die fein zerteilten Salze von Ruthenium und-Iridium im gleichen Gewichtsverhältnis von Ruthenium und Iridium miteinander vermischte 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 0C in einer SiliciumdioxidschaleThe manufacturing process is a modification of the Adams process of platinum production by the concomitant use of thermally decomposable halides of iridium, titanium or ruthenium, eg of iridium chloride, ruthenium chloride or titanium chloride. For example, to prepare the binary oxide (Ru, Ir) O, the finely divided ones Salts of ruthenium and iridium in the same weight ratio of ruthenium and iridium mixed together as desired in the binary oxide. An excess of sodium nitrate or equivalent alkali metal salts is added and the mixture is stirred for 3 hours at 500 to 600 ° C. in a silica dish

22·6.1979.22 · 6.1979.

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geschmolzen^ Das anfallende Produkt wird gründlich ge-. waschen, 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 ITylonnetz gesiebt-,, wobei die !Teilchen nach dem Sieben typischerweise einen Durchmesser von etwa 37 ρ-τα haben*melted ^ The resulting product is thoroughly ge. wash to remove the remaining nitrates and halides. Thereafter, the suspension of the mixed or alloyed oxides is reduced electrochemically at room temperature or by passing hydrogen bubbles through the mixture. The product is thoroughly dried, ground and sieved through an IT nylon mesh, the particles typically having a diameter of about 37 ρ-τα after sieving.

Die Legierung aus den reduzierten Oxiden von Ruthenium und. Iridium wird dann durch einstündigss Erhitzen auf eine Temperatur von 500 bis 600 0C .thermisch stabilisiert ο Danach stellt man die Elektrode durch Vermischen der reduzierten, thermisch stabilisierten Platingruppen metalloxide mit Polytetrafluoräthylenteilchen her* Ein im Handel erhältliches Produkt ist Teflon T-30 von Du-The alloy of the reduced oxides of ruthenium and. Iridium is ο then stabilized .thermisch by einstündigss heating to a temperature of 500 to 600 0 C. Thereafter, the electrode by mixing the reduced, thermally stabilized platinum group metal oxides with Polytetrafluoräthylenteilchen ago * A commercially available product is Teflon T-30 of DU

Die reduzierten KdelraetalloxicSe, wie. RuOx, können jedoch auch mit einem leitenden Träger vermengt werden, wie Graphit^ Übergangsraetallcarbiden und Ventilmetallen, um die-Stabilität au verbessern und nur geringe Edelmetallmengen (0s5 rag/cm ) zu benötigen©The reduced KdelraetalloxicSe how. However, RuO x can also be mixed with a conductive carrier such as graphite transition metal carbides and valve metals to improve stability and require only small amounts of precious metal (0 s 5 rag / cm)

Für den Fall der Verwendung einer Graphit-Ruthaniiun-Elektrode wird der pulverisierte, Graphit, (wie Poco~Graph.it 1748 der Union Oil Coüipany) laj.t 15 bis 30 $..Teflon T vermischte Mit dieser Kiechung aus Graphit und TeflonIn the case of using a graphite Ruthaniiun electrode, the powdered, graphite, (like Poco ~ Graph.it 1748 of the Union Oil Coipany) laj.t 15 to 30 $ .. Teflon T mixed with this graphite and Teflon kiechung

22.6·1979 APC25B/209 498 54 476 11.22.6 · 1979 APC25B / 209 498 54 476 11.

vermengt man die reduzierten Metalloxide.one mixes 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. The mixture of noble metal oxide particles and Teflon particles or of graphite and the reduced oxide particles are placed in a mold and heated until the mass is sintered into a decal shape, which is then bonded to the surface of the membrane by application of pressure and heat embeds.

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 polymerisieren Ionenaustauschermembran gepreßt wird,, wodurch sich die gesinterte, poröse, gasabsorbierende Teilchenmischung integral mit der Membran Verbindet und in deren Oberfläche eingebettet wird.Various methods can be used to bond 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, whereby the sintered, porous, gas-absorbing particle mixture integral with the membrane and is embedded in the surface thereof.

Zur Chlorerzeugung führt man wäßrige Alkalimetallchloridlösung, wie NaCl-Lösung, in die". Ano Iy t kammer·. 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/l) gehalten werden, wobei eine 5molare 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 Was» eerelektrolyse geschieht«. Mit abnehmender KonzentrationFor chlorine production to Ano Iy t chamber · 930 cm 2/108 performs aqueous alkali metal chloride solution, such as NaCl, in the ".. The feed rate is-preferably in the range. Of 200 to 2000 ml / min. / MA / cm 2 . the brine concentration should be in the range of 2? 5 · to 5 moles (150 ~ 300 g / l) are held, wherein a 5 molar solution is preferred as the cathode current efficiency increases directly with the concentration of the solution. at the same time the increased brine concentration reduces the oxygen evolution at the anode, which happens through water electrolysis. "With decreasing concentration

' 22.6,1979'22.6.1979

, APC25B/209 498 , APC25B / 209 498

54 476 ir54 476 ir

des Anolyten nimmt die Sauerstoffentwicklung dagegen zu wegen der relativen Menge des an der Anode vorhandenen Wassers, das mit dem IaCl im Wettbewerb um die. katalytischem. Reaktionestellen .steht«. Da bei abnehmender Salalaugenkonzentration die Wasserkonzentration zu™ nimmts wird Wasser in zunehmendem Maße an der Anode unter Sauerstoffentwicklung elektrolysierte Die Wasserelektrolyse an der Anode verringert auch.die kathodische Wirksamkeit, da die bei der Wasserelektrolyse erzeugten H -Ionen durch die Membran wandern und eich mit denOn the other hand, the evolution of oxygen in the anolyte increases because of the relative amount of water present at the anode, which competes with the IaCl for competition. catalytic. Reaction sites. As water concentration increases with decreasing saline-eye concentration, water increasingly becomes electrolyzed at the anode with evolution of oxygen. Water electrolysis at the anode also reduces cathodic efficiency, since the H-ions produced by electrolysis of water pass through the membrane and interfere with the membrane

xy !ionen unter Wasser bildung kombinieren, wodurch . diese Hydroxy!ionen nicht zur Laugebildung zur Verfügung stehen«xy! ions underwater combine to form. these hydroxy ions are not available for formation. "

Durch Aufrechterhalten der obigen Strömungsgeschwindigkeit in die Anoiytkammer wird sichergestellt, daß die Anode kontinuierlich mit frischer Salzlauge versehen wird«By maintaining the above flow rate in the anolyte chamber, it is ensured that the anode is continuously supplied with fresh brine. "

Verringert man die-Zuführungsgeschwindigkeitj dann nimmt die Aufenthaltszeit der Salzlauge und insbesondere die Aufenthaltsseit der erschöpften Salzlauge au« Diese erschöpfte Salzlauge mit ihrem relativ hohen Wassergehalt ist dann langer an der Anode vorhanden und dies führt su einer verstärkten Waoserelektrolyse mit der damit verbundenen Sauerstofferzeugung und dem Transport der Wasserstoff ionen durch die Membran=. Sowohl die Konsentration der Salzlauge als auch die Zuführungsgeschwindigkeit beeinflussen so^it die Entwicklung deo.Sauer-When the feed rate decreases, the brine residence time and, in particular, the residence time of the spent brine increases. This exhausted brine with its relatively high water content is then present at the anode for a longer time, resulting in increased water electrolysis with associated oxygen production and transport the hydrogen ions through the membrane logo CNRS logo INIST. Both the concentration of brine and the rate of feed influence the development of deodorant

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Stoffs an der Anode und den Transport der Wasserstoffionen durch die Membran.Stoffs at the anode and the transport of 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 KathoIytkammer 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 Putzen besteht in der Beseitigung oder Verminderung der Bildung von Gasfilmen an der Elektrodenoberfläche, die den Zugang der Anolyt- bzw. KathoIytlösung zur Elektrode blockieren können. In einer Hybridzelle, in der nur eine Elektrode mit der Membran verbunden ist, verringert die Verminderung der Teilchengröße die Spannungsverluste 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 the removal of the gaseous electrolysis products. By pressurizing the anolyte and catholyte chamber, the size of the gas bubbles formed at the electrodes is reduced. The smaller gas bubbles are more easily dissolved 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 which only one electrode is connected to the membrane, the reduction of the particle size reduces the voltage losses due to the gas barriers and the mass transport in the space between the non-bonded 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 RUckwanderung von latriuinhydroxyd von der Kathode erzeugt werden» Dieses IJaOH wandert durch die Membran auf Grund des steilen Konzentrationsgradienten an der Membrangrenzfläche, und die begrenzte Kapazität der kationischen Membranen, Salze abzuweisen, ist eine PunktionOxygen can be generated at the anode, but also due to the return of sodium hydroxide from the cathode. This IJaOH migrates through the membrane due to the steep concentration gradient at the membrane interface, and the limited capacity of the cationic membranes to repel salts is a puncture

39 - 209'439 - 209'4

22,6*1979 APC25B/2O9 498 54 476 1122.6 * 1979 APC25B / 2O9 498 54 476 11

des Wassergehaltes, der Membran» Für eine 5molare Natron» latigelösung wandern 5 bis 30 Gewichts-% des in der Kathode gebildeten' latriumhydroxyds durch die Membran. zurück in Abhängigkeit von der Art der eingesetzten Membran» An der Anode wird dann durch die elektrochemische Oxidation der 0H~=Anionen gemäß der folgenden Gleichung Sauerstoff gebildet?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 migrates through the membrane. back depending on the type of membrane used "At the anode, oxygen is then formed by the electrochemical oxidation of the 0H ~ = anions according to the following equation.

4 0H~-» 2H2O + O2 f + 4e".4 0H ~ - »2H 2 O + O 2 f + 4e".

Der Yolurnenprozentgehalt des Sauerstoffes, der durch die Laugewanderung an der Anode erzeugt wird, ist etwa die Hälfte der Gewichtsprozente an lauge. Wenn daher 5 bis 30 Gewichts~-% der Lauge zur Anode wanderns dann entwickeln sich dort 2 1/2 bis 15 Volume η·-% 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 percentage of the oxygen produced by the leaching at the anode is about half the weight percent of caustic. Therefore, when 5 to 30 weight ~ -% of the liquor to the anode migrate s then develop there 2 1/2 to 15 volume η · -% Sauerstoff.- By using a sheet or other membrane in which the membrane ^ Kathodenseite.der a film with a high equivalent weight ,, low water content and increased ability to repel anions (hydroxyl), the migration of the liquor to the anode can be limited «

Außerdem kann die Sauerstoffproduktion an der Anode weiter durch Ansäuern der Salzlaugelösung vermindert werden» Die H' -Ionen eier angesäuerten Salzlauge kombinieren sich mit den Hydroxy!ionen, und dies verhindert die Oxidation der Hydroxylionen» Die Sauerstoffentwicklung kann um eine Größenordnung oder mehr (von 5 bis 10 Volumen-% Sauerstoff auf 0^2 bis.O54 Volu.raen-%) vermindert werden= indem'man mindestens 0t, 25 Mol HOl zur Salzlauge hinzugibt.In addition, oxygen production at the anode can be further reduced by acidification of the brine solution. "The H 'ions of the acidified brine combine with the hydroxyl ions, preventing oxidation of the hydroxyl ions." Oxygen evolution can be an order of magnitude or more (of 5 to 10% by volume of oxygen to 0 ^ 2 to .O 5 4% by volume) may be reduced by adding at least 0 t , 25 moles of HCl to the brine.

; ' 22.6.1979 ._; '22.6.1979 ._

; . APC25B/209 . 54 476 11; , APC25B / 209. 54 476 11

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.-%.If the HCl concentration less than 0.25 mol, the oxygen evolution increases from 0.2 to 0.4 vol ', quickly normally observed without the acidification / amounts, for "example of 5-10 vol %.

PUr 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 Gesaint gehalt an Kalzium- und Magnesiumionen auf weniger als 2 ppm und vorzugsweise bei weniger als 0,5 ppm zu halten.PUr the optimal implementation of the process, the brine purity must be very high, z. For example, the Ca ++ and Mg ++ content should be low, and should be kept at 0.5 ppm or less to avoid deterioration of the membrane by absorption of calcium and magnesium ions. A concentration of these ions above 20 ppm leads to a deterioration in the performance of the cell within days. The brine must therefore be purified to keep the salt content of calcium and magnesium ions to less than 2 ppm and preferably less than 0.5 ppm.

Bei 325 mA/cm 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 0C gehalten, da Zellspannung und Gesamtwirksamkeit der Zelle bei den höheren Betriebstemperaturen beträchtlich verbessert werden»-Z-. B. wurde eine Zelle mit einer teflongebundenen Elektrode.aus dem reduzierten Oxid einer Ruthenium/Iridium-Mischung, bei verschiedenen Temperaturen mit einer Stromdichte von 325°-;mA/cm betrieben. Bei 90 0C betrug die Zellspannung 3s02 Volte Bei 35 0C stieg die Zellspannung auf 3,6 Volt» Für eineAt 325 mA / cm, the operating voltage of the cell is located with bonded electrodes in the range of 2: 9 to 3.6 volts depending on the electrode composition, and the supplied brine is preferably maintained at a temperature of 80 ..-> 90 0 C because Cell voltage and overall efficiency of the cell at the higher operating temperatures can be considerably improved »-Z-. For example, a cell with a teflon bonded electrode was prepared from the reduced oxide of a ruthenium / iridium mixture at various temperatures with a current density of 325 ° C ; mA / cm operated. At 90 0 C, the cell voltage was 3 s 02 volts At 35 0 C, the cell voltage increased to 3.6 volts »For a

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Stromdichte von 215 mA/cm benötigte die Zelle bei 90 0O eine Zellspannung von 2S6 YoIt* Bei der auletst genannten Stromdichte.stieg die Zellspannung beim Betrieb bei.35 0C auf 3„15 Volt« Ein Temperaturbereich von 80 - 90 0C wird daher im Hinblick auf die Gesamt- . Wirksamkeit bevorzugt* Obwohl die Zellspannung bei geringeren Stromdichten fällts wird der Betrieb mit einerCurrent density of 215 mA / cm, the cell at 90 0 O required a cell voltage of 2 S 6 YoIt * At the above-mentioned Stromdichte.stieg the cell voltage in operation at. 35 0 C to 3 "15 volts" A temperature range of 80 - 90 0 C is therefore with regard to the total. Efficacy * Although preferably the cell voltage falls at lower current densities s of operating with a

Stromdichte bei 325 raA/era bevorzugts da hierbei ein wirtschaftlicher Betrieb in bezug auf das investierte ... Kapital möglich ist 9 2..Bo im Hinblick auf die Größe und die Kosten einer Anlage,, die erforderlich ist, um eine gegebene Tonnage an Chlor und/oder Lauge täglich zu er-, zeugen.?Current density at 325 raA / era prefers s since economic operation in relation to the invested capital is possible 9 2.Bo in view of the size and the cost of a plant, which is necessary to a given tonnage To produce chlorine and / or lye on a daily basis.

Die Zelle ist aus solchen Materialien hergestellt9 die gegenüber Salzlauge und Chlor im Falle, der /molytkaimner und gegenüber hochkonzentrierter lauge und Wasserstoff in der KatoIytkammer. beständig oder inert sind« Die Endplatten der Zelle können daher aus reinem Titan oder korrosionsbeständigem Stahl hergestellt sein und die Lichtungen aus gefülltem Kautschuk, wie EPDM6 Me Anode nstronikollektorenkönnen aus platiiiierten Hiobnetsen, gereckten Titanne ta en s die mit RuQ 'j IrO* Ventilmetalloxiden und deren Mischungen überzogen und an einer Titan= platte befestigt sind oder einem mit Edelmetall oder Edelmetalloxid plattierten -Efets, .das an - einer Palladium/ Titanplatte befestigt ist,., hergestellt werden« Der Kathodenstj?oinkollektor kann eine Platte 'aus'Nickel» Flußstahl oder korrosionsbeständigem Stahl eeins mit dem ein letzThe cell is made of such materials 9 opposite brine and chlorine in the case of / molytkaimner and against highly concentrated caustic and hydrogen in the KatoIytkammer. resistant or inert "The end plates of the cell can therefore be made of pure titanium or stainless steel, and the filled rubber clearings such as EPDM 6 Me anode core collectors can be made of platinum hot tapes, stretched titanium tubing with RuQ 'j IrO * valve metal oxides and the blends of which are coated and attached to a titanium plate or a noble metal or noble metal oxide clad epoxy attached to a palladium / titanium plate. The cathode coupler collector may be a plate of nickel carbon steel or stainless steel s eein with a letz

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aus korrosionsbeständigem Stahl verschweißt ist oder einer Platte, mit der ein Üickelnetz-verbunden ist« Andere Materialien wie Graphit, die gegenüber lauge beständig oder inert sind und keiner Wasserstoffversprödung unterliegen, können auch zum Herstellen des Kathodens tromkollektors eingesetzt werden.welded from corrosion-resistant steel or a plate to which is connected a network. "Other materials such as graphite, which are resistant to leach or inert and are not subject to hydrogen embrittlement, can also be used for producing the cathode tromkollektors.

Die Vorteile der Erfindung werden nun anhand von Beispielen näher erläutert.The advantages of the invention will now be explained in more detail by way of examples.

BeispieleExamples

Es wurden Zellen gebaut und getestet, die Ionenaustauschermembranen und teflongebundenen Elektroden mit reduziertem Edelmetalloxid aufwiesen, die in die Mem- .. bran eingebettet waren, um den Effekt der verschiedenen Parameter auf die Wirksamkeit der Zelle bei der Salzlaugen-Elektrolyse zu zeigen und insbesondere, um die Betriebsspannungscharakteristika der Zelle zu veranschaulichen.Cells were constructed and tested that included ion-exchange membranes and Teflon-bonded electrodes with reduced noble metal oxide embedded in the membrane to show and, in particular, the effect of the various parameters on cell efficacy in brine electrolysis 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 Elektrodenausgerüstet, 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/cm bei 90 G, Zuführungsgeschwindigkeiten von 200 bis 2000 ml/min undTable I illustrates the effect on the cell voltage of the various combinations of reduced noble metal oxides. The cells were equipped with electrodes having various specific combinations of reduced noble metal oxides bound with Teflon particles and embedded in a 0.15 mm thick cationic ion exchange membrane. The cell was injected at a current density of about 325 mA / cm at 90 G delivery rates from 200 to 2000 ml / min and

.. 22.6.197.9.. 22.6.197.9

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einer Konzentration des Zugeführten von 5 Mol betrieben»operated at a concentration of the supplied 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 . Biese Kontrollzelle wurde unter gleichen Bedingungen betrieben«One cell was constructed in accordance with the prior art and included a dimensionally stabilized anode spaced from the membrane and a cathode mesh made of corrosion resistant steel similarly spaced. Biese control cell was operated under the same conditions «

Aus den in der Tabelle I angegebenen Daten ergibt sich, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Zellenbe- triebspotentiale im Bereich von 2S9 bis 3p6 YoIt lagen* Verglichen mit einer Zelle nach dem Stande der Technik, der Kontrollselle Έτο 4» unter den gleichen Betriebsbedingungenwurde eine Spannmigsverbesserung von O56 bis 1j5 ? realisierte Die sich daraus ergebenden Betriebs-.. Wirksamkeiten und wirtschaftlichen Vorteile sind deutlich ersichtlich»From the data given in Table I it can be seen that in the method according to the invention the cell operating potentials ranged from 2 S 9 to 3p6 YoIt * Compared with a cell according to the prior art, the control cell Έτο 4 »was under the same operating conditions a spiciness improvement from O 5 6 to 1j5? realized the resulting operational efficiencies and economic benefits are clearly visible »

Tabelle ITable I

Zeil- AnodeCell anode

Kathode zugefUhr- Strom- Zeil- ' Temp«- C StrömCathode supply- current- "Temp" - C flow

te Salz- dichte spannung(V) wi'rk-salt density (V) wi'rk-

lauge mA/cmr . ·. sam-lye mA / cmr. ·. col-

fceltfcelt

Membran ' (5 molare HaOH)Membrane (5 molar HaOH)

6 mg/cm 4 mg/cm 5 molar (Ru,25% Platin- (290g/l) Ir)O schwarz6 mg / cm 4 mg / cm 5 molar (Ru, 25% platinum (290 g / l) Ir) O black

ρ ρρ ρ

6mg/cm 4 mg/cnr " (Ru,25% Platin-Ir)O^6mg / cm 4mg / cnr "(Ru, 25% platinum-Ir) O ^

schwarzblack

6mg/cm (R6mg / cm (R

dimensi- 15Tetζ aus n ionsiaä- körrosißig sta- onsbebile ständigem Hetzanode Stahl im im Ab- Abstand stand von von der d«Membran Membrandimensionless 15Tetζ of n ionsiaä- körrosißig static onsbebile constant Hetzanode steel in the exhaust distance from the stand of d "Membrane Membrane

ρ ρρ ρ

4 mg/cm 4* mg/cm n (Ru,50% Platin-' Ti)O schwarz4 mg / cm 4 * mg / cm n (Ru, 50% platinum Ti) O black

ρ ρρ ρ

4 mg/cm 4 mg/cm " (Ru525% Platin-Ir-25% schwarz Ta)O^4 mg / cm 4 mg / cm "(Ru 5 25% platinum-Ir-25% black Ta) O ^

323323

323323

323323

323323

323323

323323

3,2 - 3,3 903.2 - 3.3 90

3,3 - 3,6 903.3 - 3.6 90

2,92.9

9090

4,2 - 4,4 904.2 - 4.4 90

3,6 - 3,7 903.6 - 3.7 90

3,5-3,6 903.5-3.6 90

%%

%%

DuPont Hafion Laminat 'DuPont Hafion laminate '

DuPont 1500 EW ' NafionDuPont 1500 EW 'Nafion

DuPont 1500 EW UafionDuPont 1500 EW Uafion

DuPont 1500 EW UafionDuPont 1500 EW Uafion

DuPontDuPont

Nafion .. Nafion ..

315 Laminat315 laminate

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22.6.1979 APC25B/209 54 476 1122.6.1979 APC25B / 209 54 476 11

' " ' ' '·' /'. . ·..'. .. ...'' '' '·' / '.. · ..' ... ..

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 # 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 the following Table II »

Tabelle IITable II Stromdichtecurrent density (mA/cm )(mA / cm) Zellspannung_Zellspannung_ (V)(V) 430 323 215. 108430 323 215. 108 3,2 2,9 2,7 2,43.2 2.9 2.7 2.4

Diese Ergebnisse zeigen, daß das Zeilbetriebspotential 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/cm ) deutliche Verbesserungen in der Zellspannung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Chlorherstellung realisiert werden.These results show that the cell operating potential decreases with reduced current density. However, the relationship of current density to cell voltage determines-but the relationship between operating and capital costs of chlorine electrolysis. However, it is clear that even at very high current densities (about 325 and 430 mA / cm) significant improvements in cell voltage are realized in the chlorine production process of the present invention.

Die Tabelle III veranschaulicht den Effekt der kathodischen Stronwirksamkeit auf die Sauerstoffentwicklung«- Eine Zelle mit teflongebundener katalytischer Anode und Kathode mit reduzierten Edelmetalloxiden, eingebettet in eine Xationenaustauscherinembran, wurde bei SO 0C unterTable III illustrates the effect of cathodic stron activity on oxygen evolution. A Teflon-bonded catalytic anode cell and reduced noble metal cathode embedded in an ion exchange membrane underwent SO 2 C under

22*6*1979 APC25B/209 498 54 476 11 .22 * 6 * 1979 APC25B / 209 498 54 476 11.

Zufüiirung einer gesättigten Salzlauge mit einer Stromdichte von 323 mA/cm v.nd. einer ZufUhrungsgeschwindig-keit von 2 bis 5 ml /min/6 s 25 cm der Elektrodenfläohe betrieben» Der Volumenprozentgehalt des Sauerstoffes im Chlor wurde als Punktion der kathodischen Strom« Wirksamkeit bestimmt&Addition of a saturated brine with a current density of 323 mA / cm v.nd. a feed rate of 2 to 5 ml / min / 6 s 25 cm of the electrode surface operated »The percentage by volume of oxygen in the chlorine was determined as a puncture of the cathodic current efficiency &

Tabelle__IIITabelle__III Sauerstoff» entwicklung (Yol-fo) Oxygen development (Yol-fo) Kathodischecathodic ."2,2 4,0 5$& 8,9. "2.2 4.0 5 $ & 8.9 89 86 04 8089 86 04 80

Die Tabelle IV veranschaulicht die. steuernde Wirkung des Ansäuern» der Salzlauge auf die Sauerstoffentwicklung« .Der ¥olurflenprosentgehs,lt des Sauerstoffes im Chlor wurde für verschiedene HCl-Konsentrationen in der Salzlauge bestimmt *Table IV illustrates the. Controlling effect of the acidification of the brine on the evolution of oxygen. The oil transfer ratio of the oxygen in the chlorine was determined for various HCl concentrations in the brine.

22.6*197922.6 * 1979 APC25B/209 498APC25B / 209 498 ' 54 476 11 '54 476 11 Tabelle IVTable IV Säure-(HCl)-7Acid (HCl) -7 O2 (Vol-g)O 2 (Vol-g) 0,050.05 2,52.5 0,0750,075 1,51.5 0,100.10 0,90.9 0,150.15 0,50.5 0,250.25 0,40.4

diesen Daten wird deutlich, daß die Sauerstoffent wicklung aufgrund der elektrochemischen Oxidation des zurückgewanderten OH" durch bevorzugtes Umsetzen des OH"" mit dem H+ unter Bildung von HgO verringert wird.From these data it is clear that the evolution of oxygen due to the electrochemical oxidation of the migrated OH "is reduced by preferentially reacting the OH""with the H + to form HgO.

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

Es wurde eine Zelle ähnlich der Zelle Ir* 7 der Tabelle I konstruiert und bei 215 mA/cm betrieben unter Zuführung einer 290 g NaCl/!enthaltenden Lösung (etwa 5 molar), die nicht angesäuert war. Die Zellspannung wurde.bei verschiedenen Betriebstemperaturen von 35 bis 90 0C gemessen« Die Ergebnisse wurden auf eine Stromdichte von 323 mA/cm umgerechnet«A cell similar to the cell Ir * 7 of Table I was constructed and operated at 215 mA / cm to supply a solution (about 5 molar) containing 290 g NaCl / L which was not acidified. The cell voltage wurde.bei various operating temperatures from 35 to 90 0 C measured "The results were converted" to a current density of 323 mA / cm

22,6.1979 APC25B/2O9 54 476 1122.6.1979 APC25B / 2O9 54 476 11

Tabelle VTable V

Zelle'!Ir. 1 Spannung (V)Cell '! Ir. 1 voltage (V) Zelle Hr, 7 Spannung (V) 2 umgerechnet auf 323 mA/cm ^gemessen bei 215 mA/cm-)Cell Hr, 7 voltage (V) 2 converted to 323 mA / cm ^ measured at 215 mA / cm-) (3,15.)(3.15.) Tempertemper 3,65.3.65. 3,503.50 (2,98)(2.98) 3535 3,383.38 3,303.30 (2,91(2.91 4545 3,23.2 3,203.20 (2,78)(2.78) 5555 3,153.15 3,123.12 (2,72)(2.72) 6565 3,10  3.10 3,053.05 (2,65)(2.65) .75.75 3,053.05 2f972 f 97 (2,63)(2.63) 8585 3*023 * 02 2,952.95 9090

Diese Ergebnisse.zeigen? daß die beste Betriebsspannung im Bereich von 80 bis 90 0C erhalten wird* Es ist jedoch darauf Iiinsuweiaen«, daß selbst bei 35 0C die Spannung ndt dem erfindungsgeniäßen Katalysator und !Iektro3.ysator mindestens um O5, S Volt besser ist als bei den Chlor-ISlektroly'satoren' nach dein Stande der Techniks die bei 90 0C- betrieben wurden« ·Show these results? that the best operating voltage in the range of 80 to 90 0 C is obtained * It is, however it Iiinsuweiaen "that even at 35 0 C, the voltage ndt erfindungsgeniäßen the catalyst and! Iektro3.ysator at least 5 O, S volts is better than the chlorine ISlektroly'satoren 'according to your state of the art s which were operated at 90 0 C "·

Bs '.wurde, eine Reihe von ;Zellen niit Verbund membranen konstruiert's die jeweils anionenabweisende Sperrschichten auf der -Kathodenseite in Form·chemisch modifizierter. ._.. SulfonaiiddscMchten atifwiesen^ Die Membranen waren 0s187 mm dicke Membranen der von Dupont amter der -Rande Is be*™ zeichnung-Haiion vertriebenen Art'ο Die Kathodenseite der Membran wiirde bis .zu einer.Tiefe von 0f.037 Wn. durch Umsetzen. ncLt ethylendiamin unter Bildung der SulfonamideBs'., Became a series of ; Cells with composite membranes designed in each case the anion-repellent barrier layers on the cathode side in the form of · chemically modified. ._ .. SulfonaiiddscMchten atifwiesen ^ The membranes were 0 s Art'ο 187 mm thick membranes of the lonely Dupont of -Rande Is be * ™ drawing-Haiion sold the cathode side of the membrane to dignity .to einer.Tiefe 0 f .037 Wn. by reacting. ncLt ethylenediamine to form the sulfonamides

22,6.1979 " APC25B/209 498 54 476 1122.6.1979 "APC25B / 209 498 54 476 11

Sperrschicht modifiziert, um die Hydroxylionenabweisung zu fördern und die Rückwanderung von Lauge zur Anodenseite möglichst gering zu halten« Eine Anode aus (Ru, 25 Ir)O -Teilchen mit 20 % T-30 Teflonbinder und einer Edelmetallmenge von 6 mg/cm., wurde mit der Membran verbunden« Eine Kathode aus Platinschwarzteilchen, vermischt mit 15 % T-30 Teflonbinder und einer Menge von 4 mg Platinschwarz/cm , wurde mit der anderen Seite der Membran verbunden.Barrier layer modified to promote hydroxyl ion repellency and minimize leach back to anode side. An anode of (Ru, 25 Ir) O particles with 20 % T-30 Teflon binder and a precious metal amount of 6 mg / cm 2 connected to the membrane A cathode of platinum black particles mixed with 15 % T-30 Teflon binder and a quantity of 4 mg platinum black / cm was connected to the other side of the membrane.

Eine Salzlaugenlösung mit einer Konzentration von 280 bis 315 g/l aus HaGl wurde der Anodenkammer zugeführt, und in die Kathodenkammer füllte man destilliertes Wasser. Die Zellen wurden mit einer Stromdichte von 325 mA/cm und bei einer Temperatur von 85 - 90 0G betrieben« Es wurden die folgenden Ergebnisse erhalten.A brine solution having a concentration of 280 to 315 g / l of HaGl was supplied to the anode compartment and distilled water was charged into the cathode compartment. Cells were treated with a current density of 325 mA / cm and at a temperature of 85 - operated 90 0 G "were obtained the following results.

Zell spannungCell voltage Tabelle VITable VI • NaOH-Könzen-" tration in Mol• NaOH-concentration in mol Kathoden wirksamkeit in %. Cathode efficiency in %. Zellecell 2,68 2,78 2,762.68 2.78 2.76 Temperatur ScTemperature Sc 5,1 4,8 4,85.1 4.8 4.8 - 89,6 87,6 91,6 - 89.6 87.6 91.6 1 2 31 2 3 85° 89° 90°85 ° 89 ° 90 °

Diese Ergebnisse zeigen, daß die Verwendung einer Ver~ bundmembran mit einer kathodenseitigen anionenabweisen· den Sperrschicht aus chemisch modifiziertem Sulfonamid zu einer beträchtlichen Verbesserung in der Kathoden»-These results show that the use of a composite membrane with a cathode-side anion-rejecting barrier layer of chemically modified sulfonamide leads to a considerable improvement in the cathode ».

22.6*1979 APC25B/2O9 498 54 476 1122.6 * 1979 APC25B / 2O9 498 54 476 11

Stromwirksamkeit führt, ohne daß die Spannungswirksamkeit -des Verfahrens beeinflußt wird. Dies zeigt deutlich, daß die Verwendung einer solchen Membran mit damit verbundenen Elektroden au beträchtlichen Verbesserungen der Strornwirksarakeit und somit der Gesamtwirtschaftlichkeit des Verfahrens führt·Current efficiency results without affecting the voltage efficiency of the process. This clearly demonstrates that the use of such a membrane with associated electrodes results in considerable improvements in the efficiency of the current and thus in the overall economy of the process.

Wird die BaGl-Elektrolyse in einer Zelle ausgeführt, in der beide Elektroden mit der Oberfläche einer ionentransportierenden Membran verbunden sind, dann erhält man eine maximale Verbesserung» Die verbesserte Lei-= stungsfähigkeit des Verfahrens wird jedoch für alle Strukturen ersielt5 in denen zumindest eine der. Elektroden mit der Oberfläche der ionentransportierenden Membran verbunden ist* Eine solche Zelle nennt man eine Hybridzelle*- Die Verbesserung in einer solchen Hybridzelle ist etwas geringer als bei einer ZeIIe5 in der beide Elektroden mit der Membran verbunden sind«. Nichtsdestoweniger ist die Verbesserung in einer Hybridgelle deutlich« nämlich O53 bis 0s5 VoXt besser als bei den Zellen nach dem Stande der Technik*When the BaGl 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 achieved. "However, the improved performance of the process is achieved for all structures5 in which at least one of the structures. Electrodes are 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 slightly lower than in a cell 5 in which both electrodes are connected to the membrane «. Nevertheless, the improvement in a hybrid cell is significantly better, namely O 5 3 to 0 s 5 VoXt than in the cells of the prior art *

Es wurde eine-Reihe von Zellen konstruiert und eine Salzlaugen-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 vergleichen, bei der keine derA series of cells were constructed and brine electrolysis carried out in order to compare the results of cells with two. the membrane connected electrodes with the results in hybrid cells, in which either only ·, the anode or only. the cathode was connected to the membrane, and to compare with a cell according to the prior art, in which none of

, 22.6.1979, 22.6.1979

: - , ' APC25B/209: - , 'APC25B / 209

' : .' .·- λ:-;';/ '/' ·; · ' - - ;. ; ': . :.. .:'-;:/ 54 476 11 ' ': ' · · Λ : - ; ';/' / '·; · '- - ; , ; ':. : ... : '-; : / 54 476 11 '

Elektroden mit der Membran verbunden war* ,Electrodes connected to the membrane *,

Alle diese Zellen waren mit Membranen' aus .Haf ion- 315 hergestellt, die Zellen wurden bei 90 0C betrieben» und es erfolgte eine Laugenzuführung mit einer Konzentration von etwa 290 g/1* Die Katalysatormenge der gebundenen Elektrode betrug für Platinschwarz an der Kathode 2 g/930 eis;2 und an der Anode für RuO »Graphit und RuO 4 g/930 cm ... Die Stromwirksamkeit bei 323 mA/ein* war für alle Zellen im wesentlichen gleich (84 bis 85 % für 5 molare NaOH)e Die'Tabelle YII zeigt die Zellspannungen für die verschiedenen Zellen« . -·.All of these cells were made with membrane 'from' ion-315, the cells were operated at 90 0 C and there was a liquor feed with a concentration of about 290 g / 1 * The amount of catalyst bound electrode was for platinum black at the cathode 2 g / 930 ice; 2 and on the anode for RuO "graphite and RuO 4 g / 930 cm ... The current efficiency at 323 mA / a * was for all the cells is substantially equal to (84 to 85% for 5 molar NaOH) e Die'Tabelle shows YII the cell voltages for the different cells «. - ·.

Tabelle VIITable VII

Ze3.1e AnodeZe3.1e anode

Ru-Graphit (gebunden)Ru graphite (bound)

Platiniertes Kiobnetz (nicht gebunden)Platinum-plated kiob net (not bound)

Platiniertes Eiöbnetz (nicht gebunden)Platiniertes Eiöbnetz (unbound)

Ru-Graphit (gebunden)Ru graphite (bound)

Kathodecathode

Platinschwaris (gebunden)Platinum Swaris (bound)

Platinschwarz (gebunden)Platinum black (bound)

Platinschwars (gebunden)Platinum black (bound)

Nickelnets (nicht gebunden)Nickelnets (not bound)

Zellspannung bJ1 32 3 roA /cmCell voltage bJ 1 32 3 roA / cm

3,5'.3,5 '.

3943 9 4

3,53.5

.22.6.1979..22.6.1979.

APC25B/2Q9 54 476 11APC25B / 2Q9 54 476 11

(Fortsetzung)(Continuation)

Zelle AnodeCell anode

Ru O^ (gebunden)Ru O ^ (bound)

Platiniert.es' Mobnetz (nicht -gebun den)Platiniert.es' Mobnetz (not -gebun the)

Kathodecathode

Mickelnetz (nicht gebunden)Mickey net (not tied up)

-Nicke Inet ζ (nicht gebunden)-Nick Inet ζ (not bound)

Zellspannungcell voltage

3*33 * 3

3$ 83 $ 8

Die-Zellspammng der mit. zwei tef longebund enen Elektroden ausgerüsteten Zelle Er« 1 ist fast um 1 Volt, besser, als die Zelle nach dem Stand der Technik, in der keine der Elektroden eine teflongebundene Elektrode war und die unter Zelle Nr ♦ 6 aufgeführt ist* Die Hybridzellen mit gebundener Kathode Nr6 2 und 3 und die .Hybridzellen mit gebundener Anode Ir ο 4 und 5 sind um 0,4 bis 0,6 .Volt schlechter ale die mit zwei gebundenen Elektroden,, aber immer noch-um O53 bis 0,5 Volt besser als die Zelle Nr © ohne eine teflongebundene Elektrode»The cell spamming with. Two cells are equipped with electrodes. It is almost 1 volt better than the cell of the prior art in which none of the electrodes was a Teflon-bonded electrode and listed under cell no. 6 Cathode Nos. 6, 2, and 3 and the bonded-anode hybrid cells Ir o 4 and 5 are 0.4 to 0.6 volts worse than those with two bound electrodes, but still around O 5 3 to 0.5 Volt better than the cell Nr © without a Teflon-bound electrode »

Durch-umsetzen des Salzlaugenanolyten und dee Wasser™ . katholj;ten an katalytischen .Elektroden, die direkt mit der kationisc-hsn Membran verbunden und in dieser einge bettet sind j .um Chlor an der Anode und Wasserstoff und hochreine Lange an der Kathode zn entwickeln, ist ein sehr viel besseres Verfahren zum Herstellen von Chlor aus Sai.islauge möglich geworden* Durch diese Anordnung befinden sich die katalytischem Stellen in den ElektrodenReacting the brine and dee water ™. katholj; th of catalytic .Elektroden that are directly connected to the kationisc-hsn membrane and embeds in this turned j develop zn at the cathode um chlorine at the anode and hydrogen and high purity Lange, is a much better process for producing Chlorine from Sai.islauge made possible * This arrangement contains the catalytic sites in the electrodes

' 22.6.1979.·, '06.22.1979. ·

APC25B/209 54 476 11APC25B / 209 54 476 11

in direkter Berührung mit der Membran und den säureaustauschenden Resten in der Membran und dies führt zu einem sehr viel spannungseffizienteren Verfahren, indem daserforderliche Zellpotential beträchtlich geringer ist (bis zu 1 Volt oder mehr) als bei bekannten Verfahren« Der Einsatz der hochwirksamenfluorkohlenstoffgebundenen reduzierten Edelmetalloxid-Katalysatoren ebenso wie der Fluorkohlenstoffgraphit/redusierten Edel-in direct contact with the membrane and the acid-exchanging residues in the membrane and this results in a much more voltage efficient process, in that the required cell potential is considerably lower (up to 1 volt or more) than in known processes. "The use of the highly effective fluorocarbon-bound reduced noble metal oxide catalysts as well as the fluorocarbon graphite / reducted precious

metalloxid-Katalysatoren mit den geringen Überspannungen verbessern die Wirksamkeit des Verfahrens weiter»metal oxide catalysts with low overvoltages 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 und er bezeichnet eine Untergruppe von Übergangsmetallen,' die z. B. .Ti, Ta, Zr, Mo und W umfaßt·. Diese Ventilmetalle leiten den Strom in der anodischen Richtung und widerstehen dem Stroißdurchgang in kathodischer Richtung« Sie sind gegenüber dem Elektrolyten und den Bedingungen in einer Elektrolytzelle, z. B. zur Herstellung von Chlor und HaOH, ausreichend beständig, um dafür als Elektrodenmaterial benutst zu werden.The term "valve metal" used in the present application is defined in U.S. Patent No. 3,948,451 and denotes a subset of transition metals, e.g. B.Ti, Ta, Zr, Mo and W include ·. These valve metals conduct the flow in the anodic direction and resist the flow passage in the cathodic direction. "They are resistant to the electrolyte and the conditions in an electrolytic cell, e.g. As for the production of chlorine and HaOH, sufficiently resistant to be used for it as an electrode material.

Claims (6)

22*6,1979 APC25B/209 54 476 1122 * 6,1979 APC25B / 209 54 476 11 1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Chlor durch Elektrolyse von Alkalinietallchloriden, gekennzeichnet durch folgende Stufen:A process for the continuous production of chlorine by electrolysis of alkali metal chlorides, characterized by the following steps: a) kontinuierliches Einführen einer wäßrigen Alkalimetallchlorid-Lösung in die Anodenkammer einer elektrolytischen Zelle, in der die Anodenkammer durch eine kationenselektive Ionenaustauscher·^ meriibrcan von der Kathodenkamrner abgetrennt ist,a) continuous introduction of an aqueous alkali metal chloride solution into the anode chamber of an electrolytic cell in which the anode chamber is separated from the cathode chamber by a cation-selective ion exchange copolymer; b) in BerUhrungbringen dieser Lösung mit einer poröseiij gasdurchlässigen kataIytischen Ariodenelektrode, die mit der der Anodenkarnmer zugewandten Seite der Merübran' verbunden und in dieser eingebettet istj viodurch sich die katalytischen. Stellen in der Elektrode in Kontakt mit den iononaustauschenden Resten der Membran befinden, so daß die Elektrolyse direkt an der.Grenzfläche zwischen Membran und Elektrode und gegenüber einer porösen* gasdurchlässigen, katalytisehen Kathoden™ elektrode auf der anderen Seite der Membran' stattfinden kann, b) contacting this solution with a porous gas-permeable catalytic ariode electrode connected to and embedded in the side of the mergebrane facing the anode-core, the catalytic gas being thereby introduced. Sites in the electrode are in contact with the ion-exchanging remnants of the membrane so that the electrolysis can take place directly on the interface between the membrane and the electrode and against a porous gas-permeable catalytic cathode electrode on the other side of the membrane. c) kontinuierliches Einführen eines Wasserstromes in die Kathodeiikarraner und In-Berülirung^Bringen mit der katalytisch©η Kathodenelektrode, um an der Kathode eine Quelle für Hydroxylionen ber-eitau-c) continuously introducing a stream of water into the cathode diarrhea and placing it in contact with the catalytic © η cathode electrode to recover a source of hydroxyl ions at the cathode. 22.6.1979.06/22/1979. APG25B/209 498 54 476 11APG25B / 209 498 54 476 11 stellen und um die Kathodenelektrode zur Yerdimming der dort gebildeten Lauge kontinuierlich zu spülenjand to continuously purge the cathode electrode for yerdimming the liquor formed therej d) Zuführen von Strom zu den Elektroden» um das Alkalimetallchlorid unter Erzeugung von Chlor an der Anode und Wasser unter Erzeugung von Alkalimetallhydroxid und Wasserstoff an der Kathode zu elektrolysieren undd) supplying current to the electrodes to electrolyze the alkali metal chloride to produce chlorine at the anode and water to produce alkali metal hydroxide and hydrogen at the cathode and e) kontinuierliches Entfernen von Chlor aus der Anodenkammer und von Lauge und Wasserstoff aus der Kathodenkammer. ·e) continuously removing chlorine from the anode compartment and from caustic and hydrogen from the cathode compartment. · 2* Verfahren nach Punkt.1, gekennzeichnet dadurch, daß die wäßrige Lösung in Berührung mit einer porösens gasdurchlässigen, katalytischen Anode aus gebundenen, reduzierten Edelmetalloxiden gebracht2 * The method according to Point.1, characterized in that the aqueous solution into contact with a porous gas-permeable s, catalytic anode of bonded, reduced noble metal oxides brought 3« Verfahren ,nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die-wäßrige Lösung in-Berührung mit einer porösen? gasdurchlässigen, katalytischen Anode aus gebundenen, temperaturstabilisiertens"reduzierten Oxiden des Rutheniums gebracht wird.3 «method, according to point 2, characterized in that the aqueous solution in contact with a porous? gas-permeable, catalytic anode of bound, temperature-stabilized s "reduced oxides of ruthenium is brought. 4* Verfahren nach Punkt 3* gekennzeichnet dadurch,- daß die wäßrige Lösung in Kontakt mit einer porösen, gas-» durchlässigen* katalytischen Anode aus gebundenen, reduzierten Oxiden von Ruthenium und aus Graphit ge-4 * Method according to item 3 *, characterized in that - the aqueous solution is in contact with a porous, gas-permeable catalytic anode consisting of bound, reduced oxides of ruthenium and graphite. 22.6,1979 APC25B/2O9 498 54 476 1122.6.1979 APC25B / 2O9 498 54 476 11 bracht wird«is brought « Verfahren nach Punkt 3 oder 4$ gekennzeichnet da-Procedure according to item 3 or 4 $ indicated durch» daß die -wäßrige. Lösung-in Berührung mit einer porösen, gasdurchlässigen,-katalytischem Anode gebracht wird, in der die reduzierten Ozide des Rutheniums weiter durch einen Gehalt von reduzierten by "that-the-watery. Solution-in contact with a porous, gas-permeable, catalytic anode in which the reduced oxides of ruthenium are further reduced by a content of Metalloxiden stabilisiert sind, die ausgewählt sind aus den reduzierten Oxiden von Iridium, Tantal, Titans Mob oder .Hafnium* Stabilized metal oxides selected from the reduced oxides of iridium, tantalum, titanium's mob or hafnium * Verfahren nach Punkt 5, gekennzeichnet dadurch,-daß. eine wäßrige UäCl-Lösung in Kontakt mit einer-porösen, gasdurchlässige^ katalytischen Anode aus gebundenen} reduzierten Oxiden des Rutheniums und reduzierten Oxiden des Iridiums gebracht wird«Method according to item 5, characterized in that. an aqueous solution of UaeCl is brought into contact with a porous gas-permeable catalytic anode of bound reduced oxides of ruthenium and reduced oxides of iridium. 7«. Verfahren-nach Punkt. 6, gekennzeichnet dadurch^ daß., die wäßrige EaOl-18sung in Kontakt mit einer.porösen, gasdurchlässigen,.. katalytischen Anode aus gebundenen» reduzierten Oxiden des Rutheniums und von 5 bis 25 Gew*-·»??> von reduzierten Oxiden des Iridiums gebracht wird * .7 ". Procedure-by-point. 6, characterized in that the aqueous solution of EaOl is in contact with a porous, gas-permeable, catalytic anode of bound »reduced oxides of ruthenium and from 5 to 25% by weight of reduced oxides of Iridium is brought *. 8« Verfahren nach Punkt 6 oder 7» gekennzeichnet-.dadurch, daß die wäßrige HaCl~Lösung in Kontakt mit einer po-~ . röserij gasdurchlässige^ katalytischen Anöde aus gebundenen, reduzierten Oxiden von Ruthenium und 25 reduzierten Oxiden von Iridium gebracht wird*8 "Process according to item 6 or 7" characterized in that the aqueous HaCl solution is in contact with an oil. röserij gas-permeable ^ catalytic anodes of bound, reduced oxides of ruthenium and 25 reduced oxides of iridium is brought * 22*6*1979 . ._ APC25B/2P9 498 54 476 1122 * 6 * 1979. ._ APC25B / 2P9 498 54 476 11 9* Verfahren nach Punkt 5Sgekennzeichnet dadurch, daß die wäßrige Lösung in Kontakt mit einer porösen, gasdurchlässigen, katalytischer?. Anode aus gebundenen» reduzierten Oxiden.von Ruthenium und reduzierten Oxiden von Tantal gebracht wird*9 * Method according to item 5 S, characterized in that the aqueous solution is in contact with a porous, gas-permeable, catalytic. Anode of bound reduced oxides of ruthenium and reduced oxides of tantalum is brought * 10* Verfahren zum.kontinuierlichen Herstellen von Chlor aus Salzlauge, gekennzeichnet durch folgende Stufens10 * Process for the continuous production of chlorine from brine, characterized by the following stages a) kontinuierliches-Einführen einer angesäuerten Salzlauge in die Anodenkammer einer Elektrolysezelle, wobei die Anodenkammer von der Kathodenkammer durch eine kationenselektive Ionenaustauschermembran getrennt ist,a) continuously introducing an acidified brine into the anode compartment of an electrolytic cell, the anode compartment being separated from the cathode compartment by a cation selective ion exchange membrane, b) kontinuierliches Einbringen eines Wasserstromes in die Kathodenkammer,b) continuous introduction of a stream of water into the cathode chamber, c) Elektrolysieren der angesäuerten Salzlauge.an einer-porösen, gasdurchlässigen, katalytischen Anode, die mit einer Fläche -der Membran verbunden und.in dieser eingebettet ist, .um Chlorid-an der Anode zu entladen und die..Sauerstoffentwicklung möglichst gering zu halten,c) electrolyzing the acidified brine on a porous, gas-permeable, catalytic anode connected to and embedded in a surface of the membrane to discharge chloride at the anode and minimize oxygen evolution . d) gleichseitiges Elektrolysieren von Wasser an.einer porösen, gasdurchlässigen, katalytischen Kathode . I an der gegenüberliegenden Seite der Membran, um · f dort Lauge und Wasserstoff zu erzeugen, wobei die jd) equilibrium electrolysis of water an.a porous, gas-permeable, catalytic cathode. I on the opposite side of the membrane to generate liquor and hydrogen there, the j 22.6,1979 APC25B/209 498 54 476 1122.6.1979 APC25B / 209 498 54 476 11 Kathode kontinuierlich mit Wasser gespült wird, um die dort entstehende Lauge au verdünnen und das Wandern der Lauge durch die Membran zur Anode möglichst gering au halten, undThe cathode is continuously rinsed with water in order to dilute the lye there and minimize the migration of the lye through the membrane to the anode, and e) kontinuierliches Entfernen von Chlor aus der Anode nkammer und von Lauge und Wasserstoff aus der Kathodenkammer.e) continuous removal of chlorine from the anode and nkammer and lye and hydrogen from the cathode chamber. 11· Verfahren nach Punkt. 10, gekennzeichnet dadurch, daß eine HGl-angesäuerte Salzlauge an der Anode elektrolysiert wird, deren Säurekonzentration bei oberhalb von 0,2 Mol HCl gehalten wird*11 · Procedure by item. 10, characterized in that an HGl-acidified brine is electrolyzed at the anode, whose acid concentration is kept above 0.2 moles of HCl * 12* Verfahren nach Punkt 10 oder 11s gekennzeichnet dadurchj daß die angesäuerte Salzlauge in Kontakt mit ; einer porösen^ gasdurchlässigen Anode aus gebundenen, reduzierten Ede!metalloxidon und das'Wasser in Kontakt mit einer -dünnen, porösen gasdurchlässigen, ka~ taly. tischen Kathode aus gebundenen Edelmetall teil- ... chen, die mit-der Membran verbunden und in diese eingebettet sind ? gebracht' werden, wobei die Dicke der Kathode 0s025-awn..nicht .übersteigt, um das Durchdringen von ,Wasser durch die Kathode zur Grenzfläche . zwischen Kathode und Membran .zu .gestatten, damit die dort gebildete Lauge verdünnt wird·12 * Method according to item 10 or 11 s, characterized in that the acidified brine is in contact with; a porous gas-permeable anode of bound, reduced metal oxide and the water in contact with a thin, porous gas-permeable, caustic. bonded cathodes of bonded precious metal, which are connected to and embedded in the membrane ? The thickness of the cathode does not exceed 0 s 025-awn .. to allow water to pass through the cathode to the interface. between the cathode and the membrane. to dilute the liquor formed there. 13« Verfahren "nach Punkt T2S gekennzeichnet dadurch, daß die Dicke der Kathode etwa O3,012 mm beträgt«13 "Method" according to point T2 S, characterized in that the thickness of the cathode is approximately O 3 , 012 mm « 22*6*1979 APC25B/2Ö9 498 54 476 11 '22 * 6 * 1979 APC25B / 2Ö9 498 54 476 11 ' 14« Verfahren nach den Punkten 10 bis 13, gekennzeichnet dadurch, 'daß-die.angesäuerte Salzlauge in Kontakt mit einer porösen? .gasdurchlässigen» katalytischer* Anode aus gebundenen, temperatur~stabili~ sierten, reduzierten Oxiden des Rutheniums gebracht wird»14 "Process according to items 10 to 13, characterized in that the acidified brine is in contact with a porous salt. .gas-permeable »catalytic * anode is prepared from bound, temperature-stabilized, reduced oxides of ruthenium» 15· Verfahren nach Punkt 14, gekennzeichnet dadurch, daß die angesäuerte Salzlauge in Kontakt .mit einer por rö'sen, gasdurchlässigen,katalytischen Anode aus ge- bundenenj reduzierten Oxiden des Rutheniums und reduzierten Oxiden des Iridiums gebracht wird«Method according to item 14, characterized in that the acidified brine is brought into contact with a porous, gas-permeable, catalytic anode made of bound ruthenium oxides and reduced iridium oxides. " 16* Verfahren zum Herstellen von Halogen und Alkalimetallhydroxid, gekennzeichnet dadurch, daß-man eine wäßrige Alkalimetallhalogenid-Lösüng zwischen einer Anode und einer Kathode elektrolysiert, die durch ' eine -Ka-tionenaustauschermembran voneinander getrennt sindj. wobei mindestens eine der Elektroden thermisch stabilisiertes reduzierte Oxide' von Platingruppen-". metallen-umfaßt, die mit der Membran verbunden sind, um eine'.-gas-?· und elektrolytdurchlässige katalytische Elektrode su haben«A process for producing halogen and alkali metal hydroxide, characterized in that an aqueous alkali metal halide solution is electrolysed between an anode and a cathode separated by a cation exchange membrane. wherein at least one of the electrodes comprises thermally stabilized reduced platinum group metal oxides bound to the membrane to form a gas and electrolyte permeable catalytic electrode. Verfahren nach Punkt. 16f gekennzeichnet dadurch, daß die mit der Membran verbundenen reduzierten Oxide eine Vielzahl thermisch stabilisierter, reduzierter Oxid teilchen aus einem Platingruppenmetall umfassen«.Procedure by point. 16 f characterized in that the associated with the membrane reduced oxides include a plurality of thermally stabilized, reduced oxide particles of a platinum group metal. - 22*6.1979 - 22 * 6.1979 ' APC25B/209 54 476 11'APC25B / 209 54 476 11 18* Verfahren nach Punkt 16 oder 17, gekennzeichnet dadurch, daß eine Schicht aus Teilchen thermisch stabilisierter5 reduzierter Oxide eines Platin-™ gruppenmetails mit gegenüberliegenden Seiten der Membran verbunden wird, um gas~ und elektrolyt-' durchlässige $ katalytische Anoden- und Kathoden-Elektroden au schaffen« A method according to item 16 or 17, characterized in that a layer of thermally stabilized5 reduced-platinum group moiety particles is bonded to opposite sides of the membrane to form gas and electrolyte permeable catalytic anode and cathode electrodes create « 19« Verfahren nach Punkt 17 oder 18, gekennzeichnet dadurch» daß die thermisch stabilisierten, reduzier ten Oxidteilchen eines Platingruppenmetails mittels eines Pluorkohlenstoffpolymers verbunden werden«19 "Method according to item 17 or 18, characterized in that the thermally stabilized, reduced oxide particles of a platinum group metal are connected by means of a carbonyl polymer" Verfahren nach Punkt 19, gekennzeichnet dadurch^ daß die Teilchen thermisch stabilisiertes reduzierte Oxide von Ruthenium sinds die durch einen Gehalt an thermisch stabilisierten, reduzierten Oxiden von reduzierten Oxiden des Iridiums, Tantals, Titane, Niobs oder "Hafniums weiter stabilisiert sind.The method of item 19, characterized in ^ that the particles are thermally stabilized reduced oxides of ruthenium s which are further stabilized by a content of thermally stabilized, reduced oxides of reduced oxides of iridium, tantalum, Titan, niobium or "hafnium. 21« Verfahren zum Herstellen von Halogen und Alkaliine ta 1 lh?/dr oxid durcIi Elektro Iy s e wäßr i gsr A IkaIimetallhalogenid'~Lösung· mittels eines Paares von katalytischem Elektroden5 die durch-eine ionen™ durchlässige Membran voneinander getrennt sinds gekennzeichnet--dadurch, daß man eine Elektrode verwendet r clie eine Vielzahl thermisch stabilisierter,. rediisierter Oxid teilchen von Platingruppenmetallen, gebunden irdt der der Kathode zugewandten· Seite der Membran? umfaßt* 21 «A method for producing halogen and Alkaliine ta 1 lh? / Dr oxide durcIi electric Iy se aq i GSR A IkaIimetallhalogenid '~ solution · means of a pair of catalytic electrodes 5, s are separated from one another, by an ion-™ permeable membrane gekennzeichnet- -through that one uses an electrode r clie a multiplicity thermally stabilized,. Oxidized oxide particles of platinum group metals bound to the side of the membrane facing the cathode. includes * • 22*6O1979• 22 * 6 O 1979 '' .·,·'- . . APC25B/2O9''. ·, · '-. , APC25B / 2O9 54 476 11 .54 476 11. 22. Verfahren zum Herstellen von Chlor durch Elektrolyse eines wäßrigen Alkaliinetallchlorid-Elektrolyten zwischen einer Anode und einer Kathode 9 die durch eine Ionenaustauschermembran voneinander getrennt sind j die den Fluß des.wäßrigen Elektrolyten durch die Membran beschränkt, gekennzeichnet dadurchj, daß man die Elektrolyse mit einer Kathode ausführt, die eine dünne Schicht aus Teilchen eines Platingruppenraetalles oder leitfähiger Oxide davon umfaßt,, wobei-.die Schicht mit der einen Seite der Membran verbunden ist und in Berührung steht mit einem Stromverteiler, der dem Elektrolyten ausgesetzt ist und eine Wasserstoffüberspannung aufweist, die höher ist als die der kathodischen Teilchenschichte.22. A method for producing chlorine by electrolysis of an aqueous Alkaliinetallchlorid electrolyte between an anode and a cathode 9 which are separated by an ion exchange membrane j which limits the flow of des.wäßrigen electrolyte through the membrane, characterized in that the electrolysis with a Cathode comprising a thin layer of particles of platinum group metal or conductive oxides thereof, wherein the layer is bonded to one side of the membrane and in contact with a current distributor exposed to the electrolyte and having a hydrogen overvoltage is higher than that of the cathodic particle layer. 23* Verfahren nach Punkt 22S gekennzeichnet dadurch, daß sich der Stromverteiler in Berührung mit einem Elektrolyten befindet, der ein Alkalihydroxid umfaßt« 23 * Method according to item 22 S, characterized in that the distributor is in contact with an electrolyte containing an alkali metal hydroxide « 24© Verfahren zum Herstellen von Chlor durch Elektrolyse eines wäßrigen Alkalimetallchlorids zwischen einer Anode und einer Kathode, die durch eine Ionenaustauschermembran getrennt sind, die das Hindurchfließen von wäßrigem Elektrolyten beschränkt, gekennzeichnet dadurch, daß man die Elektrolyse mit einer Kathode ausführt, die eine dünne Teilchen™ schicht umfaßt« die aus einem Platingruppenmeta.ll oder leitenden Oxiden davon besteht, wobei dieseMethod for producing chlorine by electrolysis of an aqueous alkali metal chloride between an anode and a cathode separated by an ion exchange membrane which restricts the passage of aqueous electrolyte, characterized in that the electrolysis is carried out with a cathode containing a thin particle Layer composed of a platinum group metal or conductive oxides thereof 22.6.1979 APC25B/2Ö9 498 .54 476 1122.6.1979 APC25B / 2Ö9 498 .54 476 11 Schicht in Kontakt ist mit einer Seite der.Membran und mit einem Stromverteiler, der der wäßrigen Alkalimetallchlorid-Lösung ausgesetzt ist und eine Oberfläche mit höherer Chlor üb ersp ammng aufweist als die Anodenteilchenschicht*Layer is in contact with one side of the membrane and with a current distributor exposed to the aqueous solution of alkali metal chloride and having a surface with higher chlorine absorption than the anode particle layer * 25« "/erfahren nach Punkt 24-, gekennzeichnet dadurch,, daß die Teilchen mittels eines Fluorkohlenstoffpolymers ausammengebunden sind«25 "" / learn after item 24, characterized by "that the particles are bound together by means of a fluorocarbon polymer" 26o Verfahren.-nach Punkt-25, gekennzeichnet dadurch, daß die Anödenschicht mit einer Ka ti onenaus tauscher·** .membran verbunden, ist«Method according to item 25, characterized in that the anode layer is connected to a cation exchange membrane. 27* Verfahrennach Punkt 26, gekennzeichnet-dadurch, daß Anodenschicht mit einer Sulfonsäuregruppen aufweisenden Fluorkohlens toff polyBier~Ka ionenaustauschermembran verbunden ist©27 * Process according to item 26, characterized in that the anode layer is connected to a fluorocarbon-containing fluorocarbon toff polybier ~ cation exchange membrane © 28β Verfahren zum' Herstellen von Halogenen und Alkalimetallhydroxid en durch Elektrolysieren wäßriger · Alkalimetallhalogenide zwischen einer. Anode und einer Kathodes die durch eine Kationenaustauscherpolymer-Membran voneinander getrennt sind, gekennzeichnet dadurch,, daß mindestens eine der- -Elektroden eine Vielzahl elektrisch leitender-, katalytischer ..Process for the preparation of halogens and alkali metal hydroxides by electrolyzing aqueous alkali metal halides between a. S anode and a cathode which are separated from one another by a cation exchange membrane, characterized in that at least one ,, DER electrodes a plurality of electrically leitender-, catalytic .. Teilchen;, ge build en an die Membran, aufweist, um eine gas- und eloktrolytdurchlässige. Elektrode zn schaf-= fen, wobei die Kathodenseite der Membran einen ge™Particles ;, ge build en to the membrane, has a gas- and eloktrolytransmittent. Electrode zn sheep, with the cathode side of the membrane ge ge 22*6*1979 APC25B/209 54 476 1122 * 6 * 1979 APC25B / 209 54 476 11 ringeren Wassergehalt aufweist als der restliche Teils um eine Anionensperrschicht au schaffen, welche die Hydroxylionen abweist und die Diffusion von Alkali durch die Membran zur Anode auf einem Minimalwert hält» .has a lower water content than the remaining part to form an anion barrier layer which repels the hydroxyl ions and keeps the diffusion of alkali through the membrane to the anode at a minimum value. 29« Verfahren nach Punkt 28? gekennzeichnet dadurch, daß die-Verbundmembran ein laminat aus zwei Schichten ist, in dem die Eigenschaft zum Abweisen von Anionen auf der Kathodenseite größer ist als auf der Anodenseite*29 «Procedure under point 28 ? characterized in that the composite membrane is a laminate of two layers in which the property for repelling anions on the cathode side is larger than on the anode side * Verfahren nach Punkt 29» gekennzeichnet dadurch, daß die Membran eine polymere Fluorkohlenstoff- Kationenaustauschermembran ist, die auf der Kathodenseite eine anionenabweisende SuIfonaniidsperrschicht aufweiste Process according to item 29 », characterized in that the membrane is a polymeric fluorocarbon cation exchange membrane having an anion-repellent sulfonamide barrier layer on the cathode side e 31* Verfahren nach Punkt 30., gekennzeichnet-dadurch, daß mit der auf der Kathodenseite der Membran befindlichen Sulfonamidschicht eine Kathode aus einer Vielzahl elektrisch leitender Teilchen verbunden ist«.Method according to item 30, characterized in that a cathode composed of a plurality of electrically conductive particles is connected to the sulfonamide layer located on the cathode side of the membrane ". 32* Verfahren nach Punkt.31s gekennzeichnet-dadurch» daß mit der Anodenseite der Membran eine Anode aus einer Vielzahl elektrisch leitender Teilchen verbunden ist«32 * method according to point 31 s characterized -by "that is connected to the anode side of the membrane an anode of a plurality of electrically conductive particles" Hierzu // Seite ZeichnungFor this // page drawing
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