DE10216860A1

DE10216860A1 - Elektrolysezelle für die Herstellung von Wasserstoffperoxid und Verfahren zur Herstelung von Wasserstoffperoxid

Info

Publication number: DE10216860A1
Application number: DE10216860A
Authority: DE
Inventors: Masaharu Uno; Shuhei Wakita; Masao Sekimoto; Tsuneto Furuta; Yoshinori Nishiki
Original assignee: Permelec Electrode Ltd
Current assignee: De Nora Permelec Ltd
Priority date: 2001-04-18
Filing date: 2002-04-16
Publication date: 2002-10-24
Anticipated expiration: 2022-04-17
Also published as: JP2002317287A; US6767447B2; DE10216860B4; US20020153262A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle und ein Verfahren zur elektrolytischen Herstellung von Wasserstoffperoxid bei einer mäßigen Stromdichte unter gleichzeitiger Verhinderung von Metallablagerung auf der Kathodenoberfläche. Ein Speisewasser, aus dem mehrwertige Metallionen entfernt worden sind und in dem ein Salz eines einwertigen Metalls, beispielsweise Natriumsulfat, in einer gegebenen Konzentration gelöst worden ist, wird mit einer Vorrichtung zur Entfernung von mehrwertigen Metallionen und zur Auflösung eines Salzes in einer niedrigen Konzentration hergestellt. Das Speisewasser wird einer Elektrolysezelle zugeführt. Selbst wenn die Elektrolyse fortgesetzt wird, tritt nahezu keine Ablagerung eines Hydroxids oder Carbonats auf der Kathode auf, weil in der Elektrolyt-Lösung keine mehrwertigen Metallionen vorhanden sind. Durch das gelöste Salz wird eine ausreichende Stromdichte gewährleistet, um eine übermäßige Belastung bzw. Beladung der Elektroden und dgl. zu verhindern. Auf diese Weise ist eine stabile Herstellung von Wasserstoffperoxid über einen langen Zeitraum hinweg möglich.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektrolysezelle und auf ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffperoxid mit einer hohen Stromaus beute.

Beschreibung des verwandten Standes der Technik

Es besteht Besorgnis über die nachteiligen Einflüsse der Verschmutzung von industriellen und Haushaltsabwässern, beispielsweise der Luftverschmutzung und der Verschlechterung der Wasserqualität in Flüssen und Seen, auf die Umwelt und den menschlichen Körper und es gibt einen dringenden Bedarf, technische Maßnahmen zu ergreifen, um diese Probleme zu eliminieren. So wird beispielsweise eine Chemikalie wie Chlor für die Behandlung von Trink wasser, Schmutzwasser und Abwasser zum Entfärben, zur COD-Verminde rung und zur Sterilisation verwendet. Da jedoch hohe Chlordosen zur Entste hung von gefährlichen Substanzen, beispielsweise von Umwelthormonen (exogenen endokrinen Disruptoren) und carcinogenen Substanzen, führen, besteht die Gefahr, dass die Zugabe von Chlor verboten wird.

Die Verbrennung der Abfälle kann in Abhängigkeit von den Verbrennungsbe dingungen zur Entstehung von carcinogenen Substanzen (Dioxinen) in dem Emissionsgas führen und dadurch das Ökosystem in nachteiliger Weise beein flussen. Die Sicherheit der Abfallverbrennung wird daher als fraglich angese hen. Es wurde bereits ein neues Verfahren zur Wasserbehandlung mit Was serstoffperoxid vorgeschlagen, um die mit der Wasserbehandlung in Verbin dung stehenden Probleme zu eliminieren.

Wasserstoffperoxid ist eine für die Sterilisation bei diesen Wasserbehandlun gen und dgl. geeignete Chemikalie. Wasserstoffperoxid ist nicht nur geeignet für die Wasserbehandlung, sondern auch verwendbar als Basis-Chemikalie, die in der Nahrungsmittel-, medizinischen, Zellstoff-, Textil- und Halbleiter- Industrie unverzichtbar ist. Zu künftigen Verwendungen desselben, die eins besondere Aufmerksamkeit gefunden haben, gehört die Reinigung von elek tronischen Geräten und die Sterilisation von medizinischen Instrumenten und Apparaten.

In Kraftwerken und Fabriken, in denen Meerwasser verwendet wird, wurde bis her bereits ein Verfahren zur Verhinderung des Anhaftens von Organismen angewendet, das umfasst das direkte Elektrolysieren von Meerwasser zur Herstellung von Unterchloriger Säure und die wirksame Ausnutzung der Un terchlorigen Säure zur Verhinderung des Anhaftens von Organismen. Die Be seitigung der unbehandelten Unterchlorigen Säure bringt jedoch Probleme mit sich in bezug auf den Umweltschutz, weil nicht nur die Unterchlorige Säure selbst, sondern auch die Organochlor-Verbindungen und das Chlorgas, die bei der Zersetzung der Säure entstehen, schädlich sind. Infolgedessen unterliegt die Verwendung von Unterchloriger Säure einer zunehmenden Einschränkung.

Andererseits wurde bereits darüber berichtet, dass die Zugabe einer winzigen Menge Wasserstoffperoxid zu dem Kühlwasser, das in Kraftwerken oder Fabri ken verwendet wird, ausreichend wirksam ist, um das Anhaften von Organis men zu verhindern. Außerdem zersetzt sich Wasserstoffperoxid nur zu Wasser und Sauerstoff, beides unschädliche Substanzen, sodass kein Problem in be zug auf die Umwelthygiene entsteht.

Wasserstoffperoxid ist jedoch instabil und kann nicht für einen längeren Zeit raum gelagert werden. Deswegen und vom Standpunkt der Sicherheit beim Transport und der Verringerung der Umweltverschmutzung aus betrachtet be steht zunehmend der Wunsch nach einer Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoffperoxid am Verwendungsort. Als ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffperoxid am Ort der Verwendung wurde bereits ein Elektrolysever fahren vorgeschlagen.

Bei dem Elektrolyseverfahren kann elektrische Energie, die sauber ist, dazu verwendet werden, die gewünschte elektrochemische Reaktion zu bewirken. Durch Kontrolle der chemischen Reaktion auf einer Kathodenoberfläche kann Wasserstoffperoxid hergestellt werden. Dieses elektrolytisch hergestellte Was serstoffperoxid wird bisher in großem Umfang zur Zersetzung von Schadstoffen verwendet, um dadurch Wasser für die Verwendung für spezielle Anwen dungszwecke oder Abwässer zu behandeln. Das elektrolytische Verfahren er möglicht die Herstellung von Wasserstoffperoxid am Verwendungsort und be seitigt den Nachteil, dass Wasserstoffperoxid nicht für längere Zeiträume gela gert werden kann, ohne dass ein Stabilisator verwendet wird. Außerdem be steht dadurch keine Notwendigkeit, Maßnahmen gegen die Gefahren des Transports und einer Umweltverschmutzung zu ergreifen.

Bei der Elektrolyse von Wasser, in dem Sauerstoff vorhanden ist, schreitet die Reaktion zur Reduktion von Sauerstoff bevorzugt fort unter Bildung von Was serstoffperoxid. Wenn eine Elektrolyt-Flüssigkeit selbst gereinigt oder sterilisiert werden soll, kommt die Elektrolyt-Flüssigkeit in direkten Kontakt mit einer Elek trode, wodurch der Reinigungs-Effekt verbessert wird. Es gibt auch Fälle, in denen Superoxid-Anionen (O₂ ^-) gebildet werden, die ein hochaktives Produkt der Reduktion eines Elektrons darstellen, um die Reinigungswirkung zu ver bessern.

Bezüglich der elektrolytischen Herstellung von Wasserstoffperoxid werden in "Journal of Applied Electrochemistry", Band 25, Seiten 613 ff. (1995), verschie dene Verfahren zur elektrolytischen Herstellung von Wasserstoffperoxid mit einander verglichen. Bei jedem dieser Verfahren wird Wasserstoffperoxid auf wirksame Weise erhalten in einer Atmosphäre einer wässrigen Alkalilösung. Es ist daher unerlässlich, eine wässrige Lösung eines Alkali wie KOH oder NaOH zu verwenden wegen der Notwendigkeit der Zuführung eines Alkali-Bestand teils als Beschickungsmaterial. Die Formaldehyd-Zersetzung als ein Beispiel für die Zersetzung von organischen Substanzen mit Wasserstoffperoxid ist im "Journal of Electrochemical Society", Band 140, Seiten 1632 ff. (1993), be schrieben. Außerdem ist im "Journal of Electrochemical Society", Band 141, Seite 1174 ff. (1994), ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem reines Wasser als Ausgangsmaterial elektrolysiert wird unter Verwendung einer lo nenaustausch-Membran zum Synthetisieren von Ozon und Wasserstoffperoxid an der Anode bzw. der Kathode. Diese Verfahren sind jedoch nicht praktikabel, weil die Stromausbeute niedrig ist. Es wurde zwar bereits eine Technik vorge schlagen, bei der ein ähnliches Verfahren unter hohem Druck durchgeführt wird, um dadurch die Ausbeute zu erhöhen, diese Technik ist jedoch vom Standpunkt der Stabilität aus betrachtet ebenfalls nicht praktikabel. Darüber hinaus wurde auch bereits ein Elektrolyseverfahren vorgeschlagen, in dem eine Palladiumfolie verwendet wird. Dieses Verfahren ist jedoch nur anwendbar für begrenzte Anwendungszwecke, weil die erzielte Wasserstoffperoxid-Konzen tration niedrig ist und das Verfahren kostspielig ist.

Bei der Behandlung von Leitungswasser, Quellwasser, Meerwasser oder eines anderen Wassers, das mehrwertige Metallionen in einer großen Menge enthält, gibt es Fälle, bei denen sich auf der Kathodenoberfläche ein Hydroxid ablagert, wodurch Probleme entstehen, beispielsweise eine Hemmung bzw. Verhinde rung der Energiezufuhr. Um diese Probleme zu vermeiden, ist es erforderlich, dass Wasser, beispielsweise das Leitungswasser, das einer Elektrolysezelle zugeführt werden soll, durch Elektrodialyse oder eine Umkehrosmosemembran zu behandeln, um den Gehalt an mehrwertigen Metallionen zu verringern oder den Elektrolysezellen-Hauptkörper periodisch zu reinigen, beispielsweise mit einer Säure, um die Ablagerung zu entfernen. Dabei betragen die Gehalte an mehrwertigen Metallionen jeweils 1 bis 10 ppm für Leitungswasser, 1 bis 100 ppm für Quellwasser (Grundwasser) und 500 bis 5000 ppm für Meerwasser.

Wenn Speisewasser mit einer niedrigen Elektrolyt-Konzentration wie weiches Wasser für die elektrolytische Herstellung von Wasserstoffperoxid verwendet wird, ist die Stromdichte niedrig und dieses Verfahren ist somit für die Herstel lung von Wasserstoffperoxid in großer Menge ungeeignet. Außerdem sind die Elektroden einer erhöhten Belastung bzw. Beladung unterworfen, was zu einer verkürzten Elektroden-Lebensdauer führt.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Ziel der vorliegende Erfindung besteht deshalb darin, dem Wunsch nach einer praktikablen Elektrolysezelle Rechnung zu tragen, die Wasserstoffperoxid in hoher Ausbeute über eine lange Betriebszeit hinweg bilden kann.

Das oben genannte Ziel wird erfindungsgemäß erreicht durch Bereitstellung einer Elektrolysezelle für die Wasserstoffperoxid-Herstellung, die umfasst einen Elektrolysezellen-Hauptkörper, in dem sowohl eine Anode als auch eine Ka thode angeordnet sind und in dem die Elektrolyse durchgeführt wird, während dem Elektrolysezellen-Hauptkörper ein Sauerstoff enthaltendes Gas zugeführt wird und ein Speisewasser zugeführt wird, das mindestens ein darin in einer niedrigen Konzentration gelöstes Salz enthält, um dadurch Wasserstoffperoxid herzustellen.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffper oxid, das umfasst
die Umwandlung eines Ausgangswassers, das mehrwertige Metallionen ent hält, in ein Speisewasser, bei dem es sich um eine einwertige Metallionen ent haltende Lösung mit einer niedrigen Salzkonzentration handelt, durch Entfer nung der multivalenten Metallionen aus dem Ausgangswasser und
die Durchführung der Elektrolyse in einem Elektrolysenzellen-Hauptkörper, der mit einem Diaphragma unterteilt ist in eine Anodenkammer und in eine Katho denkammer, während Speisewasser und ein Sauerstoff enthaltendes Gas der Kathodenkammer zugeführt werden, zur Herstellung von Wasserstoffperoxid.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die oben genannten und weitere Ziele und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit der beiliegen den Zeichnung hervor, die zeigt:
eine vertikale Schnittansicht, die ein Beispiel einer Elektrolysezelle für die Ver wendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein Speisewasser, das mindestens ein darin in niedriger Konzentration gelöstes Salz enthält, als eine Elektrolyt-Lösung zur Herstellung von Wasserstoffperoxid verwendet. Da dieses Speisewasser, das als eine Elektrolyt-Lösung verwendet wird, eine mäßige Ionen-Konzentration aufweist, kann Wasserstoffperoxid in einer ausreichenden Stromdichte gebildet werden. Außerdem übt selbst dann, wenn der Elektrolyt in der so erhaltenen wässrige Wasserstoffperoxid-Lösung verbleibt, er nahezu keinen nachteiligen Einfluss aus.

Bei der elektrolytischen Herstellung von Wasserstoffperoxid durch kathodische Reduktion von Sauerstoff laufen die folgenden Anodenreaktionen und die fol gende Kathodenreaktion ab:

Anodenreaktionen

2H₂

O = O₂

+ 4H⁺

+ 4e^-

(1,23 V)

3H₂O = O₃ + 6H⁺ + 6e^- (1,51 V)

2H₂O = H₂O₂ + 2H⁺ + 4e^- (1,78 V)

Kathodenreaktion

O₂

+ 2H⁺

+ 2e^-

= H₂

O₂

(1,23 V)

Wenn Chloride zugegeben werden, entstehen Chlorgas und Unterchlorige Säu re nach den folgenden Gleichungen:

Cl^- = Cl₂ + 2e^-

Cl₂ + H₂O = HCl + HClO

Die Entstehung eines Gases oder einer sauren Substanz, wie z. B. Chlorgas oder Unterchlorige Säure macht die Durchführung einer Gasbehandlung erfor derlich oder es tritt ein Problem auf, wie z. B. ein Kathoden-Abbau. Wenn Was ser, das ein Chlorid enthält, elektrolysiert wird, gibt es Fälle, in denen neben dem Chlorgas und der Unterchlorigen Säure ein Trihalogenmethan (THM) ge bildet wird, das schädlich ist.

Diese Probleme können eliminiert werden durch Verwendung einer Elektrode, die weniger dazu neigt, Chlorgas, Unterchlorige Säure oder ein THM zu bilden, wie z. B. einer Elektrode vom Mangandioxid-Typ (z. B. MnO₂, Mn-V-O_x, Mn-Mo-O_x oder Mn-V-O_x), als Anoden-Katalysator. Wenn diese Elektrode verwendet wird, tritt eine bevorzugte Wasser-Elektrolyse (Sauerstoffbildung) selbst in Ge genwart von Chloridionen auf und die Bildung von Chlorgas oder Unterchloriger Säure wird verhindert. Alternativ können die oben genannten Probleme ver mieden werden durch Minimierung der Chloridionen-Konzentration in dem in der Anodenkammer vorhandenen Anolyten, d. h. durch Aufrechterhaltung einer Chloridionen-Konzentration von ≦ 1 g/L. Für den Fall, dass bei dieser Konzen tration keine ausreichende elektrische Leitfähigkeit erzielt werden kann, kann ein anderes Metallsalz zugegeben werden.

Die Zugabe von Sulfaten kann je nach den Elektrolyse-Bedingungen zur Bil dung von Perschwefelsäure führen. Diese Perschwefelsäure beeinflusst die Wasserstoffperoxid-Bildung jedoch nicht in nachteiliger Weise.

2SO₄ ^2- = S₂O₈ ^2-

Die Zugabe von Acetaten kann je nach dem Elektrodenmaterial zur Bildung von Kohlendioxid neben Sauerstoff führen:

CH₃COOH + 2H₂O = 2CO₂ + 8H⁺ + 8e^-

Es ist bekannt, dass die Menge der aus diesen Salzen gebildeten Oxidations produkte im allgemeinen sehr gering ist, verglichen mit der Menge der aus den Chloriden gebildeten Oxidationsprodukte.

Carbonate sind erwünscht insofern, als sie dem Speisewasser elektrische Leitfähigkeit verleihen. Da jedoch Carbonate als Natriumcarbonat, Kaliumcar bonat und dgl. auf einer Kathode ausfallen, die in einer alkalischen Atmosphäre angeordnet ist, sollte die Verwendung eines Carbonats in einer Elektrolysezel le, die kein Diaphragma aufweist, oder die Auflösung eines Carbonats in dem Katholyten für die Verwendung in einer Elektrolysezelle, die ein Diaphragma aufweist, vermieden werden. Es ist vorteilhaft, ein Carbonat in dem Analyten für die Verwendung in einer Elektrolysezelle, die ein Diaphragma aufweist, auf zulösen.

Das Speisewasser für die erfindungsgemäße Verwendung unterliegt keiner speziellen Beschränkung und es können Leitungswasser, Quellwasser, Meer wasser und andere Wasser-Typen verwendet werden. Diese Speisewässer weisen, wenn sie ohne jede Behandlung verwendet werden, einen Wider standsverlust auf, der im Vergleich zur Zellenspannung nicht vernachlässigbar ist. Da die niedrige elektrische Leitfähigkeit zu einem begrenzten Wirkungsbe reich für die Elektrodenreaktionen führt, wird außerdem ein Salz zugegeben, um die elektrische Leitfähigkeit wie vorstehend beschrieben zu erhöhen. Zu Beispielen für Salze, die darin gelöst werden können, gehören Natriumsulfat, Kaliumsulfat, Natriumchlorid, Kaliumchlorid und Natriumacetat. Diese Salze werden in einer Konzentration gelöst, die zweckmäßig 0,001 bis 0,1 M beträgt. Wenn die Konzentration des gelösten Salzes unter 0,001 M liegt, wird durch seine Zugabe kein ausreichender Effekt erzielt, häufig führt dies zu einer erhöh ten Zellenspannung und zu keiner Verlängerung der Elektroden-Lebensdauer. Salzkonzentrationen von mehr als 0,1 M sind insofern nachteilig, als die Kosten für das Salz hoch sind und das Wasser, das auf diese Weise behandelt worden ist, eine erhöhte Restsalz-Konzentration aufweist, welche die Wasserqualität beeinträchtigt.

Das Enthärten eines Wassers, wie z. B. von Leitungswasser oder Quellwasser, führt zur Entstehung von Unterchloriger Säure, weil Natriumchlorid oder Kali umchlorid darin in einer winzigen Menge gelöst ist. Obgleich durch die Ver wendung von enthärtetem Wasser das vorstehend beschriebene Problem auf treten kann, wird die Menge an Unterchloriger Säure, die gebildet wird, be trächtlich vermindert durch Auflösung eines Salzes in einer Konzentration in dem oben angegebenen Bereich.

Für den Fall, dass ein Speisewasser verwendet wird, das eine große Menge an mehrwertigen Metallionen enthält, kann mit fortschreitender Elektrolyse auf der Kathodenoberfläche ein Hydroxid oder Carbonat ausfallen, wodurch die Elek trolyse-Reaktion gehemmt wird. Dies kann dadurch vermieden werden, dass man die mehrwertigen Metallionen vor dem Auflösen des Salzes entfernt.

Erfindungsgemäß muss nicht das gesamte Speisewasser, das der gewün schten Menge an zu bildendem Wasserstoffperoxid entspricht, der Lösungs kammer der Elektrolysezelle zugeführt werden. Es kann nämlich eine große Menge einer wässrigen Wasserstoffperoxid-Lösung auf die folgende Weise gebildet werden: ein Strom des Speisewassers wird in zwei Leitungen auf geteilt. In einer der Verzweigungen wird das Salz gelöst. Dieser Salz enthal tende Zweig wird elektrolysiert zur Bildung von Wasserstoffperoxid und dadurch erhält man eine wässrige Wasserstoffperoxid-Lösung, die mit dem anderen Zweig gemischt und verdünnt wird. Auf diese Weise erhält man eine wässrige Wasserstoffperoxid-Lösung mit einer gegebenen Konzentration.

Die Elektrolysezelle für die erfindungsgemäße Verwendung unterliegt keiner speziellen Beschränkung, so lange sie für die Verwendung zur Wasserstoffper oxid-Herstellung geeignet ist. Es kann beispielsweise die folgende Elektro lysezelle verwendet werden.

Die Anode ist vorzugsweise eine unlösliche Anode. Je nach Art des Salzes, das gelöst werden soll, kann eine Elektrode auf Mangandioxid-Basis, bei spielsweise eine solche, wie sie vorstehend angegeben ist, verwendet werden.

Zu Beispielen für Anoden-Katalysatoren für die unlösliche Anode, die auf stabi le Weise verwendet werden können, gehören Edelmetalle wie Iridium, Platin und Ruthenium, Oxide dieser Edelmetalle und gemischte Oxide, die ein Oxid eines Ventil-Metalls wie Titan oder Tantal enthalten. Verwendbar sind auch Bleioxid, Zinnoxid, Kohlenstoff und dgl. Bei Verwendung eines Chlorids ist es wünschenswert, einen Katalysator so auszuwählen, dass die Sauerstoff lie fernde Reaktion, die eine Wasser-Oxidationsreaktion ist, bevorzugt gegenüber der Bildung von Chlorgas oder Unterchloriger Säure durch die Chlorionen- Oxidation abläuft. Mangandioxid und gemischte Oxide, z. B. Mangan-Vanadin-, Mangan-Molybdän- und Mangan-Wolframoxide sind bekannt dafür, dass sie die Entladung von Chloridionen (die Chlorgas bilden) hemmen. Ein solcher An oden-Katalysator kann auf der Oberfläche einer Elektroden-Unterlage, bei spielsweise aus Titan, in einer Menge von 1 bis 1000 g/m² abgelagert werden unter Anwendung eines Verfahrens, das umfasst das Eintauchen der Unterlage in eine wässrige Lösung, die darin gelöste Ionen der Komponenten des Kataly sators enthält. Der Katalysator kann allein in Form von Plättchen verwendet werden oder er kann in einer Menge von 1 bis 500 g/m² auf einem Substrat, beispielsweise einer Platte, einer Metallgaze, einem Pulversinterprodukt, einem Metallfasersinterprodukt, hergestellt aus einem korrosionsbeständigen Material, wie z. B. Titan, Niob oder Tantal nach einem pyrolytischen Verfahren, durch Ankleben mit einem Harz, durch Verbundplattierung und dgl. abgelagert wer den. Als Feeder (Zuführungselement) für die Anode kann ein Ventilmetall wie Titan oder eine Legierung davon verwendet werden.

Wenn man einen Strom fließen lässt, werden die Elektrode und der Feeder mit dem Ablauf der Zeit verbraucht je nach Stromdichte, selbst wenn die oben ge nannten teuren Materialien verwendet werden. Graphit und amorpher Kohlen stoff werden stark verbraucht. Eine elektrisch leitende Diamant-Elektrode wur de vor kurzem als Elektrode vorgeschlagen, die in Wasserzersetzungsreaktio nen inaktiv ist und bei Oxidationsreaktionen Ozon und Wasserstoffperoxid ne ben Sauerstoff ergeben kann (vgl. "Journal of the Electrochemical Soc.", Band 145, Seiten 2358 ff. (1998)). Diese elektrisch leitende Diamant-Elektrode kann auch erfindungsgemäß verwendet werden. Wasserstoffperoxid und Ozon sind Quellen für OH-Radikale, die ein höheres Oxidationsvermögen haben. Wenn eine elektrisch leitende Diamant-Elektrode verwendet wird, werden Wasser stoffperoxid und Ozon gebildet und daraus entstehen OH-Radikale.

Die Kathode ist vorzugsweise eine Sauerstoffgas-Diffusionselektrode. Mit die ser Kathode wird Wasserstoffperoxid auf wirksame Weise hergestellt durch die Reduktion von Sauerstoffgas.

In der Sauerstoffgas-Diffusionselektrode wird vorzugsweise ein Metall wie Gold, ein Metalloxid oder Kohlenstoff wie Graphit oder elektrisch leitender Dia mant als Katalysator verwendet. Diese Katalysatoren können mit einem organi schen Material wie Polyanilin oder einem Thiol (einer organischen Verbindung, die -SH enthält) beschichtet werden. Der Katalysator kann allein in Plättchen form oder in poröser Form verwendet werden oder er kann in einer Menge von 1 bis 1000 g/m² auf einem Substrat, beispielsweise einer Platte, einer Metall- Gaze, einem Pulversinterprodukt oder einem Metallfasersinterprodukt, herge stellt aus einem korrosionsbeständigen Material, z. B. aus rostfreiem Stahl, Zir konium, Silber oder Kohlenstoff unter Anwendung eines pyrolytischen Verfah rens, durch Verkleben mit einem Harz, durch Verbundplattieren und dgl. abge schieden werden. Die Bildung einer hydrophoben Folie auf der Kathode auf ihrer der Anode gegenüberliegenden Seite ist wirksam in bezug auf die Kontrol le der Gaszuführung zu der Reaktionsoberfläche.

Als Feeder für die Kathode kann Kohlenstoff, ein Metall wie Nickel, rostfreier Stahl oder Titan oder eine Legierung oder ein Oxid davon verwendet werden. Ein solcher Feeder wird vorzugsweise in einer porösen oder Folienform ver wendet. Zur glatten Zuführung des Speisewassers und zum glatten Austragen der durch die Reaktionen gebildeten Gase und des Wassers, das der Hydroly se unterzogen worden ist, ist es zweckmäßig, auf der Oberfläche des Feeders durch Aufstreuen ein hydrophobes oder hydrophiles Material abzuscheiden.

Für den Fall, dass die elektrische Leitfähigkeit des Katholyten auch nach dem Auflösen eines Salzes darin niedrig bleibt, steigt die Zellenspannung oder die Elektroden-Lebensdauer wird verkürzt. In diesem Fall ist es wünschenswert, eine Struktur zu verwenden, in der die Sauerstoffgas-Diffusionskathode so na he wie möglich bei der Ionenaustauschmembran angeordnet ist (d. h. die Breite der Lösungskammer wird verringert), um eine Verunreinigung durch das Gas diffusions-Elektrodenmaterial zu verhindern, und aus anderen Gründen.

Die Sauerstoffmenge, die der Kathode zugeführt werden soll, beträgt vorzugs weise etwa das 1- bis 2-fache der theoretischen Menge. Die Sauerstoffquelle kann eine handelsübliche Sauerstoffbombe sein. Alternativ kann Sauerstoff erzeugt werden durch Wasserelektrolyse in einer getrennt installierten Elektro lysezelle oder es kann der Sauerstoff verwendet werden, der aus der Luft er halten wird durch Konzentration mit einer PSA-Apparatur (Druckschwingungsadsorptions-Apparatur). Im allgemeinen ist die Stromdichte, bei der Wasserstoffperoxid gebildet werden kann, um so höher, je höher die Sauerstoff-Konzentration ist.

Durch Verwendung eines Diaphragmas für die Aufteilung des Elektrolysezel len-Hauptkörpers in eine Anodenkammer und in eine Kathodenkammer können die durch die Elektroden-Reaktionen gebildeten aktiven Substanzen stabil ge halten werden, ohne mit den jeweiligen Gegenelektroden in Kontakt zu kom men. Außerdem kann selbst dann, wenn das zu elektrolysierende Wasser eine geringe Leitfähigkeit aufweist, die Elektrolyse schnell ablaufen gelassen wer den. Als Diaphragma kann ein neutrales Diaphragma oder eine Ionenaus tauschmembran verwendet werden. Insbesondere dann, wenn Chloridionen verwendet werden, ist eine Kationenaustauschmembran bevorzugt, um bei spielsweise Hypochloritionen, die durch Oxidation von Chloridionen auf der An ode gebildet werden, daran zu hindern, mit der Kathode in Kontakt zu kommen. Zu Beispielen für das Diaphragmamaterial gehören Fluorharze und Kohlen wasserstoffe. Vom Standpunkt der Korrosionsbeständigkeit aus betrachtet sind erstere bevorzugt.

Als festes poröses Material, das ein Ionenaustauschvermögen hat, können handelsübliche Ionenaustauscherharz-Teilchen verwendet werden. Obgleich Kohlenwasserstoffharze wie Styrol-, Acryl- und aromatische Polymere verfüg bar sind, ist die Verwendung eines Fluorharzmaterials vom Standpunkt der Korrosionsbeständigkeit aus betrachtet bevorzugt. Es ist auch möglich, ein Ingrediens mit einem Ionenaustauschvermögen auf einem geeigneten porösen Trägerelement abzuscheiden. Die Porosität des Materials beträgt zweckmäßig 20 bis 90% vom Standpunkt der gleichmäßigen Flüssigkeitsdispersion und des spezifischen Widerstandes aus betrachtet. Die Größe der Poren oder der Ma terialteilchen beträgt vorzugsweise 0,1 bis 10 mm.

Die bevorzugten Elektrolyse-Bedingungen umfassen eine Flüssigkeitstempera tur von 5 bis 60°C und eine Stromdichte von 0,1 bis 100 A/dm². Obgleich der Abstand zwischen den Elektroden klein sein sollte, um die Widerstandsverluste zu verringern, beträgt er vom Standpunkt der Verminderung des Druckabfalls für die Pumpe zur Zuführung einer Elektrolytlösung und zur Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Druckverteilung aus betrachtet vorzugsweise 1 bis 50 mm.

Das Material für die Elektrolysezelle ist vom Standpunkt der Haltbarkeit und der Wasserstoffperoxid-Stabilität aus betrachtet vorzugsweise ein mit Glas ausge kleidetes Material, Kohlenstoff, ein Material mit hoher Korrosionsbeständigkeit wie Titan oder rostfreier Stahl, ein PTFE-Harz oder dgl. Die Konzentration des so gebildeten Wasserstoffperoxids kann auf einen Wert in dem Bereich von 10 bis 10 000 Gew.-ppm (1 Gew.-%) eingestellt werden durch Regulierung der Wasserzuführungsrate und der Stromdichte.

Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

Eine Ausführungsform einer bevorzugten Elektrolysezelle für die Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Was serstoffperoxid-Lösung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegen de Zeichnung im Detail erläutert. Die vorliegende Erfindung ist darauf jedoch nicht beschränkt.

Die beiliegende Zeichnung zeigt in Form einer vertikalen Schnittansicht eine Ausführungsform einer Elektrolysezelle, die für die Verwendung in dem erfin dungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Wasserstoffperoxid- Lösung geeignet ist.

Die Elektrolysezelle 1 ist eine Zwei-Kammer-Elektrolysezelle, die mit einer Ka tionenaustauschmembran 2 in einer Anodenkammer 4 mit einer porösen Plat tenanode 3 in innigem Kontakt mit der Ionenaustauschmembran 2 und in eine Kathodenkammer mit einer Sauerstoffgas-Diffusionskathode 5 unterteilt ist. Die Kathodenkammer ist durch die Sauerstoffgas-Diffusionskathode 5 in eine Lö sungskammer 6, die auf der der Ionenaustauschmembran gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, und in eine Gaskammer 7 auf der gegenüberliegenden Seite unterteilt.

An die Sauerstoffgas-Diffusionskathode 5 wird über einen porösen Feeder 8 in innigem Kontakt mit der Rückseite der Kathode 5 eine Spannung angelegt. Ein Sauerstoff enthaltendes Gas wird über eine Sauerstoff enthaltende Gaszufüh rungsrohrleitung 9, die auf der Rückseite der Kathode angeordnet ist, der Ka thode 5 zugeführt.

Der Boden der Lösungskammer 6 steht mit einer Katholyt-Zuführungsrohrlei tung 11 in Verbindung, die in einem stromaufwärts gelegenen Teil derselben eine Einrichtung 10 zur Entfernung von mehrwertigen Metallionen und zur Auf lösung eines Salzes in einer niedrigen Konzentration aufweist. Die Einrichtung 10 entfernt mehrwertige Metallionen, z. B. Magnesium und Calcium, aus Lei tungswasser und löst ein Salz eines einwertigen Metalls wie Natriumsulfat in dem Wasser in einer niedrigen Konzentration auf. Diese wässrige Lösung wird durch die Katholyt-Zuführungsrohrleitung 11 der Lösungskammer 6 zugeführt. Eine typische Einrichtung zum Behandeln des mehrwertige Metallionen enthal tenden Wassers ist ein handelsüblicher Enthärter.

Das Sauerstoff enthaltende Gas, das durch die den Sauerstoff enthaltende Gaszuführungsrohrleitung 9 zugeführt wird, passiert die Sauerstoffgas- Diffusionskathode 5, wobei während dieser Zeit das Gas durch den Elektroden- Katalysator teilweise zu Wasserstoffperoxid reduziert wird. Dieses Gas erreicht dann die Lösungskammer 6 und das Wasserstoffperoxid wird in der Elektrolyt lösung gelöst, die aus der Elektrolysezelle in Form einer wässrige Wasserstoff peroxid-Lösung entnommen wird.

Bei dieser elektrolytischen Herstellung von Wasserstoffperoxid enthält der in der Lösungskammer 6 enthaltene Katholyt ein Salz eines einwertigen Metalls in einer niedrigen Konzentration, die noch ausreicht, um eine für die Elektrolyse erforderliche Elektrizitätsmenge sicherzustellen. Deswegen wird Wasserstoff peroxid gebildet durch Wasserhydrolyse bei einer geeigneten Stromdichte. Das Wasserstoffperoxid löst sich in dem Katholyten und die resultierende wässrige Wasserstoffperoxid-Lösung wird aus der Kathodenkammer ausgetragen.

Da das Metallsalz ein Salz eines einwertigen Metalls wie Natrium oder Kalium ist, scheidet es sich außerdem nicht in Form eines Hydroxids auf der Katho denoberfläche während der Elektrolyse ab. Infolgedessen kann Wasserstoff peroxid kontinuierlich hergestellt werden, ohne dass es erforderlich ist, das Anlegen einer Spannung zur Entfernung von Ablagerungen zu unterbrechen.

Beispiele

Nachstehend werden Beispiele für die Herstellung einer wässrigen Wasser stoffperoxid-Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Diese Beispiele stellen jedoch keine Beschränkung der Erfindung dar.

Beispiel 1

Ein Iridiumoxid-Katalysator wurde durch Anwendung eines pyrolytischen Ver fahrens in einer Menge von 10 g/m² auf einer porösen Titanplatte abgeschie den zur Herstellung einer Anode.

Ein Graphit-Pulver (TGP-2, hergestellt von der Firma Tokai Carbon Co., Ltd.) wurde mit einem PTFE-Harz verknetet. Die resultierende Mischung wurde zu einer Folie geformt und bei 330°C gebrannt, wobei man eine 0,5 mm dicke Folie erhielt. Diese Folie wurde als eine Sauerstoffgas-Diffusionskathode mit einem Kathoden-Feeder vereinigt, der aus einer porösen Graphitplatte mit ei ner Dicke von 5 mm bestand.

Die Anode wurde in innigem Kontakt mit einer Ionenaustauschmembran (Nafion 117, hergestellt von der Firma E. I. du Pont de Nemours & Co.) ange ordnet. Die den Feeder tragende Sauerstoffgas-Diffusionskathode wurde so angeordnet, dass eine Elektroden-Zwischenraum von 3 mm erhalten wurde, zur Herstellung einer Elektrolysezelle mit dem in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Aufbau, die eine Höhe von 25 cm und eine wirksame Fläche für die Elektrolyse von 125 cm² aufwies.

Andererseits wurde Leitungswasser mit einer Ionenaustauschmembran enthär tet und es wurde Natriumsulfat darin in einer Konzentration von 0,003 M gelöst zur Herstellung einer elektrolytischen Zuführungslösung mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 1 mS/cm.

Diese Zuführungslösung wurde der Anodenkammer und der Lösungskammer mit einer Rate von 10 ml/min zugeführt und Luft wurde der Gaskammer mit ei ner Rate von 500 ml/min zugeführt. Während der Zuführung dieser Zufüh rungsmaterialien wurde ein Strom von 6,3 A duch die Elektrolysezelle bei einer Temperatur von 25°C fließen gelassen. Als Ergebnis betrug die Zellenspan nung 14 V und durch den Auslass aus der Lösungskammer wurde eine wässri ge Wasserstoffperoxid-Lösung mit einer Wasserstoffperoxid-Konzentration von etwa 5000 ppm bei einer Stromausbeute von etwa 80% erhalten.

Diese elektrolytische Herstellung von Wasserstoffperoxid wurde 6000 h lang fortgesetzt. Als Ergebnis nahmen die Stromausbeute und die Wasserstoffper oxid-Konzentration auf etwa 75% bzw. etwa 4700 ppm ab. Der Betrieb konnte jedoch noch fortgesetzt werden.

Beispiel 2

Eine Elektrolysezelle wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt, jedoch mit der Ausnahme, dass die Ionenaustauschmembran weg gelassen wurde. Während die wässrige Natriumsulfat-Lösung, die in Beispiel 1 hergestellt worden war, der Elektrolysezelle (in den Bereich, der der Anoden kammer und der Lösungskammer in Beispiel 1 entsprach) in einer Rate von 20 ml/min weiterhin zugeführt wurde, wurde ein Strom von 6,3 A durch die Elektro lysezelle fließen gelassen bei einer Temperatur von 25°C. Als Ergebnis betrug die Zellenspannung 12 V und durch den Auslass der Elektrolysezelle wurde eine wässrige Wasserstoffperoxid-Lösung mit einer Wasserstoffperoxid- Konzentration von etwa 2500 ppm bei einer Stromausbeute von etwa 40% erhalten.

Diese elektrolytische Herstellung von Wasserstoffperoxid wurde 6000 h lang fortgesetzt. Als Ergebnis nahmen die Stromausbeute und die Wasserstoffper oxid-Konzentration auf etwa 30% bzw. auf etwa 2000 ppm ab. Der Betrieb konnte jedoch noch fortgesetzt werden.

Beispiel 3

Es wurde eine Elektrolysezelle unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt, jedoch mit der Ausnahme, dass als Anode eine Mangandioxid- Elektrode verwendet wurde.

Leitungswasser wurde mit einer Ionenaustauschmembran enthärtet und darin wurde Natriumchlorid in einer Konzentration von 0,007 M gelöst zur Herstellung einer elektrolytischen Zuführungslösung mit einer elektrischen Leitfähigkeit von etwa 1 mS/cm.

Die Zuführungslösung wurde der Anodenkammer und der Lösungskammer in einer Rate von 10 ml/min zugeführt und Luft wurde der Gaskammer in einer Rate von 500 ml/min zugeführt. Während der Zuführung dieser Zuführungsma terialien wurde ein Strom von 6,3 A durch die Elektrolysezelle bei einer Tempe ratur von 25°C fließen gelassen. Als Ergebnis betrug die Zellenspannung 12 V und durch den Auslass der Lösungskammer wurde eine wässrige Wasserstoff peroxid-Lösung mit einer Wasserstoffperoxid-Konzentration von etwa 5000 ppm bei einer Stromausbeute von etwa 80% erhalten. In der Anodenkammer wurden wirksame Chlorverbindungen einschließlich Hypochloritionen bei einer Stromausbeute von 0,05% gebildet.

Die elektrolytische Herstellung von Wasserstoffperoxid wurde 3000 h lang fort gesetzt. Als Ergebnis nahmen die Stromausbeute und die Wasserstoffperoxid- Konzentration auf etwa 60% bzw. auf etwa 4400 ppm ab. Der Betrieb konnte jedoch noch fortgesetzt werden.

Beispiel 4

Es wurde eine Elektrolysezelle hergestellt und es wurde eine Elektrolyse durchgeführt bei einem Strom von 6,3 A unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1, jedoch mit der Ausnahme, dass Yumicron mit einer Dicke von 0,3 mm (hergestellt von der Firma Yuasa Corp.) anstelle von Nafion 117, herge stellt von der Firma E. I. du Pont de Nemours & Co., als Diaphragma gemäß Beispiel 1 verwendet wurde. Als Ergebnis betrug die Zellenspannung 13 V und durch den Auslass aus der Lösungskammer wurde eine wässrige Wasserstoff peroxid-Lösung mit einer Wasserstoffperoxid-Konzentration von etwa 5000 ppm bei einer Stromausbeute von etwa 80% erhalten.

Die elektrolytische Herstellung von Wasserstoffperoxid wurde 6000 h lang fort gesetzt.

Als Ergebnis nahmen die Stromausbeute und die Wasserstoffperoxid-Kon zentration auf etwa 70% bzw. auf etwa 4400 ppm ab. Der Betrieb konnte je doch noch fortgesetzt werden.

Beispiel 5

Eine Elektrolysezelle (die Anode war eine mit Iridiumoxid beschichtete Titan platte) wurde hergestellt und die Elektrolyse wurde durchgeführt bei einem Strom von 6,3 A unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1, jedoch mit der Ausnahme, dass die in Beispiel 3 verwendete 0,007 M Natriumchlorid- Lösung als Beschickungslösung der Anodenkammer und der Lösungskammer mit einer Rate von 10 ml/min zugeführt wurde. Als Ergebnis betrug die anfäng liche Zellenspannung 14 V und durch den Auslass aus der Lösungskammer wurde eine wässrige Wasserstoffperoxid-Lösung mit einer Wasserstoffperoxid- Konzentration von etwa 5000 ppm bei einer Stromausbeute von etwa 80% erhalten. In der Anodenkammer wurden wirksame Chlor-Verbindungen ein schließlich Hypochloritionen gebildet bei einer Stromausbeute von etwa 5%.

Die elektrolytische Herstellung von Wasserstoffperoxid wurde 500 h lang fort gesetzt. Als Ergebnis stieg die Zellenspannung auf 16 V. Obgleich die Strom ausbeute und die Wasserstoffperoxid-Konzentration auf etwa 60% bzw. etwa 3800 ppm abnahmen, konnte der Betrieb fortgesetzt werden.

Verpleichsbeispiel 1

Eine Elektrolysezelle wurde hergestellt und eine Elektrolyse wurde bei einem Strom von 6,3 A durchgeführt unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1, jedoch mit der Ausnahme, dass eine elektrolytische Zuführungslösung (Natriumchlorid-Konzentration 0,0007 M; elektrische Leitfähigkeit etwa 0,1 mS/cm) verwendet wurde, die hergestellt worden war durch Enthärten von Leitungswasser mit einer Ionenaustauschmembran ohne Zugabe eines Salzes. Als Ergebnis betrug die anfängliche Zellenspannung 50 V und durch den Aus lass aus der Lösungskammer wurde eine wässrige Wasserstoffperoxid-Lösung mit einer Wasserstoffperoxid-Konzentration von etwa 1000 ppm bei einer Stromausbeute von etwa 20% erhalten. Die Elektrolyse konnte jedoch nicht sofort fortgesetzt werden. Die Elektrolysezelle wurde zerlegt und als Ergebnis wurde gefunden, dass die Elektroden teilweise verzehrt und abgebaut worden waren.

Die Elektrolysezelle für die Wasserstoffperoxid-Bildung gemäß der vorliegen den Erfindung ist eine Elektrolysezelle, die umfasst einen Elektrolysezellen- Hauptkörper mit einer darin angeordneten Anode und einer darin angeordneten Kathode, in dem die Elektrolyse durchgeführt wird, während ein Sauerstoff ent haltendes Gas zugeführt wird und Speisewasser, das mindestens ein in einer niedrigen Konzentration darin gelöstes Salz enthält, zugeführt wird, zur Herstel lung von Wasserstoffperoxid.

Aufgrund der Auflösung des Salzes hat das als Elektrolyt-Lösung verwendete Speisewasser eine mäßige Ionenkonzentration und daher kann Wasserstoff peroxid bei einer ausreichenden Stromdichte elektrolytisch gebildet werden. Aber selbst wenn der Elektrolyt in der so erhaltenen wässrigen Wasserstoff peroxid-Lösung verbleibt, hat er nur eine geringe nachteilige Wirkung. Der be vorzugte Bereich der Salzkonzentration beträgt 0,001 bis 0,1 M.

Das Salz ist zweckmäßig mindestens ein Vertreter, ausgewählt aus der Grup pe, die besteht aus den Chloriden, Sulfaten, Nitraten und Acetaten von einwer tigen Metallen. Im Falle der Verwendung eines Chlorids ist die Elektrolysezelle zweckmäßig so aufgebaut, dass die Anode einen Katalysator aufweist, der die elektrolytische Oxidation des Chlorids verhindert.

Das Sauerstoff enthaltende Gas ist vorzugsweise Luft, weil sie billig ist. Für den Fall, dass das in der Luft enthaltene Kohlendioxid die Carbonat-Ablagerung auf der Kathodenoberfläche beschleunigt, wird jedoch das Kohlendioxid vorzugs weise vorher entfernt.

Die Unterteilung des Elektrolysezellen-Hauptkörpers in eine Anodenkammer und eine Kathodenkammer mit einem Diaphragma ist wirksam beispielsweise in bezug auf die Verhinderung der Zersetzung des auf diese Weise gebildeten Wasserstoffperoxids durch Kontakt mit der Anode und in bezug auf die Verhin derung des Abbaus (der Beeinträchtigung) der Kathode durch die auf der An odenkammer-Seite vorhandenen Chloridionen.

Wenn das Speisewasser mehrwertige Metallionen enthält, werden die mehr wertigen Metallionen entfernt, bevor ein Salz eines einwertigen Metalls in dem Speisewasser gelöst wird. Die Elektrolyt-Lösung, die elektrolytisiert werden soll, ist somit frei von mehrwertigen Metallionen.

Es ist für den Fachmann auf diesem Gebiet klar, dass verschiedene Änderun gen in bezug auf die Form und die Details der Erfindung, wie sie vorstehend angegeben und beschrieben worden sind, vorgenommen werden können. Sol che Änderungen liegen daher innerhalb des Geistes und des Bereiches der Erfindung, wie sie in den nachfolgenden Patentansprüchen definiert ist.

Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2001-120 063, eingereicht am 18. April 2001, auf deren gesamten Inhalt hier ausdrücklich Bezug genommen wird.

Claims

1. Elektrolysezelle für die Herstellung von Wasserstoffperoxid, die umfasst eine Elektrolysezelle mit darin angeordneter Anode und Kathode, eine Einrich tung zur Einführung eines Sauerstoff enthaltenden Gases und eines Speise wassers, das mindestens ein Salz in einer niedrigen Konzentration darin gelöst enthält, in die Elektrolysezelle und eine Einrichtung zur Durchführung der Elek trolyse, während das Sauerstoff enthaltende Gas und das Speisewasser zuge führt werden, zur Herstellung von Wasserstoffperoxid.

2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, in der das Salz ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus den Chloriden, Sulfaten, Nitraten und Acetaten von einwertigen Metallen.

3. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, in der das Salz ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus den Chloriden, Sulfaten, Nitraten und Acetaten von einwertigen Metallen und in der die Anode einen Katalysator aufweist, der die elektrolytische Oxidation von Chloriden verhindert.

4. Elektrolysezelle nach Anspruch 2, in der das Speisewasser eine Salz- Konzentration von 0,001 bis 0,1 M aufweist.

5. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, in der das Sauerstoff enthaltende Gas Luft ist.

6. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, in der das Speisewasser im wesentli chen keine mehrwertigen Metallionen enthält.

7. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, die ein Diaphragma umfasst, das die Elektrolysezelle in eine Anodenkammer und in eine Kathodenkammer unter teilt.

8. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, die umfasst ein Diaphragma, das die Elektrolysezelle in eine Anodenkammer, welche die Anode enthält, und in eine Kathodenkammer, die eine Sauerstoffgas-Diffusionskathode enthält, unterteilt, wobei die Sauerstoffgas-Diffusionskathode die Kathodenkammer in eine Gas kammer und in eine Lösungskammer unterteilt, die zwischen der Gaskammer und dem Diaphragma angeordnet ist, und wobei die Elektrolysezelle umfasst eine Einrichtung zur Einführung eines Sauerstoff enthaltenden Gases in die Sauerstoffgas-Diffusionskathode und von Speisewasser in die Lösungskam mer, einen Auslass zur Gewinnung der Wasserstoffperoxid-Lösung aus der Lösungskammer und eine Einrichtung zur Entfernung von mehrwertigen Metal lionen aus dem Speisewasser.

9. Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffperoxid, das umfasst:
das Behandeln von Wasser, das mehrwertige Metallionen enthält, um die mehrwertigen Metallionen zu entfernen und zur Bereitstellung eines Speise wassers, bei dem es sich um eine Lösung mit niedriger Salzkonzentration han delt, die keine mehrwertigen Metallionen enthält; und
das Durchführen der Elektrolyse in einer Elektrolysezelle, die mittels eines Dia phragmas in eine Anodenkammer und in eine Kathodenkammer unterteilt ist, während das Speisewasser und ein Sauerstoff enthaltendes Gas der Katho denkammer zugeführt werden, zur Herstellung von Wasserstoffperoxid.

10. Verfahren nach Anspruch 9, worin das Salz ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus den Chloriden, Sulfaten, Nitraten und Acetaten von einwertigen Metallen.

11. Verfahren nach Anspruch 9, worin das Salz ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus den Chloriden, Sulfaten, Nitraten und Acetaten von einwertigen Metallen und worin die Anode einen Katalysator aufweist, der die elektrolytische Oxidation von Chloriden verhindert.

12. Verfahren nach Anspruch 9, worin das Speisewasser eine Salz- Konzentration von 0,001 bis 0,1 M aufweist.

13. Verfahren nach Anspruch 9, worin das Sauerstoff enthaltende Gas Luft ist.

14. Verfahren nach Anspruch 9, worin das Speisewasser im wesentlichen keine mehrwertigen Metallionen enthält.

15. Verfahren nach Anspruch 9, worin die Elektrolysezelle umfasst ein Dia phragma, das die Elektrolysezelle in eine die Anode enthaltende Anodenkam mer und in eine eine Sauerstoffgas-Diffusionskathode enthaltende Kathoden kammer unterteilt, wobei die Sauerstoffgas-Diffusionskathode die Kathoden kammer in eine Gaskammer und in eine Lösungskammer, die zwischen der Gaskammer und dem Diaphragma angeordnet ist, unterteilt und wobei die Elektrolysezelle umfasst Einrichtungen zur Einführung eines Sauerstoff enthal tenden Gases in die Sauerstoffgas-Diffusionskathode und von Speisewasser in die Lösungskammer, einen Auslass zur Gewinnung der Wasserstoffperoxid- Lösung aus der Lösungskammer und eine Einrichtung zur Entfernung von mehrwertigen Metallionen aus dem Speisewasser.