DE2409193C3 - Elektrolysezelle und ihre Verwendung zur Chloralkali-Elektrolyse - Google Patents
Elektrolysezelle und ihre Verwendung zur Chloralkali-ElektrolyseInfo
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Description
Die Elektrolyse wäßriger Salzlösungen erfolgt gewöhnlich in Zellen, in denen Anode und Kathode durch
ein poröses Diaphragma getrennt sind. Beim Betrieb derartiger Zellen kommt es jedoch in den meisten
Fällen zu einer beträchtlichen Ionen- und Molekülwanderung durch das poröse Diaphragma, so daß die
Kathodenflüssigkeit mit nicht zersetztem Elektrolyt und die Anodenflüssigkeit mit Reaktionsprodukten des
Kathoden- und Anodenmaterials verunreinigt sind. Um die Ionen- und Molekülwanderung während der
Elektrolyse zu kontrollieren, wurde bereits vorgeschlagen, das poröse Diaphragma dieser Zellen durch ein
flüssigkeits- und gasundurchlässiges Diaphragma zu ersetzen. So sind z. B. aus den US.-Patentschriften
67 807 und 33 90 055 sowie der FR-PS 15 10 265 Elektrolysezellen bekannt, die aus synthetischen organischen Ionenaustauscherharzen gefertigte Membranen
als Diaphragmen bzw. Trennwände aufweisen. Als geeignete Kunstharze sind z. B. Kationenaustauscherharze und sulfonierte Copolymerisate von Styrol und
Divinylbenzol genannt. Derartige Kunstharze besitzen jedoch verschiedene Nachteile:
a) sie werden durch starke Laugen und/oder konzentrierte Säuren bei Temperaturen oberhalb etwa
750C angegriffen;
b) sie sind nur über relativ kurze Zeit wirksam;
c) sie sind bei relativ hohen Herstellungskosten sehr kostspielig;
d) der Spannungsabfall durch die Membran nimmt außergewöhnlich zu, sobald die Laugenkonzentration in der Kathodenkammer über etwa 200 g/Liter
steigt;
e) die Ionenselektivität und chemische Verträglichkeit der Membran nimmt mit steigender Laugenkonzentration im Katholyten ab;
f) die Laugenausbeute bzw. der Elektrolysewirkungsgrad nehmen mit steigender Laugenkonzentration
in der Kathodenkammer ab.
Aus der GB-PS 11 84 321 sind elektrochemische
Zellen bekannt, die zwischen Anode und Kathode eine einschichtige Membran mit selektiver Permeabilität als
Trennwand aufweisen. Die Membran ist praktisch flüssigkeits- und gasundurchlässig, verhält sich gegenüber dem Elektrolyten und den Elektrolyseprodukten
inert und besteht aus einem hydrolysierten Copolymerisat von Tetrafluoräthylen und einem sulfonierten
Perfluorvinyläther. Versuche haben ergeben, daß Elektrolysezellen mit einer Trennwand aus diesem
Copolymerisat bei der Chloralkali-Elektrolyse ohne Zersetzung des Diaphragmamaterials über längere Zeit
betrieben werden können und hierbei Natronlauge mit einem niedrigen Gehalt an Natriumchlorid liefern. Es
hat sich jedoch herausgestellt, daß die Laugen-Stromausbeute mit steigender Laugenkonzentration im
Katholyten oberhalb etwa 100 g/Liter abnimmt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrolysezelle aus einem Gehäuse mit einer Anodenkammer und einer Kathodenkammer sowie einer
praktisch flüssigkeits- und gasundurchlässigen Trennwand zwischen Anodenkammer und Kathodenkammer
zu schaffen, die aus einem hydrolysierten Copolymerisat von Tetrafluoräthylen und einem sulfonierten Perfluorvinyläther der Formel
mit einem Äquivalentgewicht von etwa 900 bis 1600 besteht die mit hoher Stromausbeute über lange Zeit
ohne Zerstörung des Diaphragmas bzw. der Trennwand betrieben werden kann und in hoher Ausbeule
hochreine Produkte liefert und keine durch lonen-
und/oder Molekülwanderung bedingte Strom- bzw.
Produktverluste mit sich bringt.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst. Die Erfindung betrifft somit den in den Patentansprüchen
gekennzeichneten Gegenstand.
Die erfindungsgemäß verwendete Trennwand besitzt selektive Permeabilität, ist praktisch flüssigkeits- und
gasundurchlässig und verhält sich gegenüber dem Elektrolyten sowie den Elektrolyseprodukten inert. Sie
unterdrückt bzw. vermindert die Wanderung von
Molekülen und unerwünschten Ionen, ohne jedoch den
durch Wanderung der gewünschten Ionen bewirkten Stromfluß zu behindern. Die erfindungsgemäß verwendete Trennwand besteht aus mindestens zwei Schichten
der semipermeablen Membran, die entweder unmittel
bar aneinandergefügt oder durch ein poröses Material,
vorzugsweise Asbest, voneinander getrennt sind.
Das Membranmaterial wird nach dem in der US-PS 32 82 875 beschriebenen Verfahren dadurch hergestellt,
daß man einen Perfluorvinyläther der Formel
ho
bei Temperaturen unterhalb etwa 110° C mit Tetrafluoräthylen in wäßriger Phase vorzugsweise bei einem
pH-Wert unterhalb 8 in Gegenwart eines Radikalinitiators, wie Ammoniumpersulfat, umsetzt und anschlie
ßend die Acylfluoridgruppen auf übliche Weise zur freien Säure bzw. zum Salz hydrolysiert.
Die Elektrolysezelle der Erfindung wird vorzugsweise
zur Elektrolyse einer wäßrigen Natriumchloridlösung unter Entwicklung von Chlor, Natronlauge und
Wasserstoff eingesetzt. Im folgenden wird die Erfindung anhand dieser Ausführungsform erläutert
In der Zeichnung ist eine beispielhafte Ausgestaltung S einer erfindungsgemäßen Elektrolysezelle gezeigt Die
Elektrolysezelle 1 weist eine Anode 2 und eine Kathode 3 auf, die durch eine zweischichtige »Sandwich«-Membran
4 voneinander getrennt sind, so daß eine Anodenkammer 13 und eine Kathodenkammer 14 ι ο
gebildet werden. Die Zelle 1 hat einen Einlaß 5 in der Anodenkammer 13 für den Elektrolyten und einen
Auslaß 6 für Chlorgas. Ferner sind ein Einlaß 7 zum Einleiten von Flüssigkeiten, z. B. verdünnter wäßriger
Natronlauge, in die Kathodenkammer 14, ein Auslaß 8 zum Ableiten von Natronlauge aus der Kathodenkammer
und ein Auslaß 9 für Wasserstoff vorhanden. Die Salzlösung wird kontinuierlich in der Anodenkammer
13 zirkuliert, indem man sie durch den Einlaß 5 einleitet und durch den Oberlauf 10 zu einer Nachfüllvorrichtung
If abzieht, wo die Salzlösung mit Natriumchlorid
wieder angereichert und gegebenenfalls angesäuert wird. Der angereicherte Elektrolyt fließt dann durch die
Leitung 12 und den Einlaß S wieder in die Zelle 1.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden Natriumchloridlösungen mit einem Gehalt von etwa 200
bis 320 g/Liter Natriumchlorid in Zellen elektrolysiert, in denen die Anodenkammer und die Kathodenkammer
durch ein zweischichtiges Sandwich aus einer homogenen kationenaktiven Membran der genannten Art yo
voneinander getrennt sind. Man legt hierzu eine Zersetzungsspannung an die in den jeweiligen Kammern
befindlichen Elektroden an, hält die Alkalimetallhydroxidkonzentration
in der Kathodenkammer oberhalb etwa 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 24
bis 38 Gewichtsprozent, und zieht aus der Kathodenkammer Natronlauge mit einem Gehalt von weniger als
etwa 1 Gewichtsprozent Natriumchlorid sowie aus der Anodenkammer Chlorgas ab.
Die Elektrolysezelle der Erfindung hat den Vorteil, daß sie ohne Schwierigkeiten auch zur Elektrolyse von
Salzsäure umgewandelt werden kann. Hierbei entstehen Chlorgas und praktisch chlorfreier Wasserstoff. Die
Elektrolysezelle der Erfindung läßt sich leicht und wirtschaftlich je nach Bedarf für die Elektrolyse von
Natriumchloridsole oder Salzsäure modifizieren. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es daher, Chlorgas
in hoher, z. B. etwa 99prozentiger Anodenausbeute, sowie hochreine Natronlauge bzw. hochreinen Wasserstoff
als Hauptprodukte herzustellen. s°
Bei der Chloralkali-Elektrolyse wird vorzugsweise angesäuerte Sole in die Anodenkammer eingespeist.
Durch Zusatz von Salzsäure werden die vom Katholyten in den Anolyten wandernden Hydroxvlionen
neutralisiert. Die der Sole zugesetzte Säuremenge kann sich in weiten Grenzen bewegen. Durch den Säurezusatz
läßt sich auch der pH-Wert des Anolyten in einem breiten Bereich verändern. Vorzugsweise wählt man die
zugesetzte Säuremenge so, daß der pH-Wert des Anolyten im Bereich von etwa 1 bis 5, insbesondere
etwa 3,0 bis 4,5, liegt Hält man den pH der Anodenkammer in diesem Bereich, so wird die
Hydroxylionenkonzentration im Anolyten vermindert und die Bildung von Natriumchlorat unterdrückt. Je
niedriger der pH-Wert des Anolyten liegt, desto fts weniger Natriumchlorat wird im Anolyten gebildet und
desto höher ist der Wirkungsgrad der Zelle.
Zur Elektrolyse von Salzsäure speist man vorzugsweise in die Anodenkammer der Zelle eine etwa 10- bis
36gewichtsprozentige, vorzugsweise etwa 15- bis 25gewichtsprozentige wäßrige Salzsäurelösung ein. Die
Kathodenkammer kann entweder mit Wasser oder vorzugsweise einer etwa 1- bis iOgewichtsprozentigen,
insbesondere etwa 1- bis 5gewichtsprozentigen wäßrigen Salzsäurelösung beschickt werden. Die Beschickung
der Anoden- und Kathodenkammer ist vorzugsweise frei von Alkalimetall- oder anderen Icnen. jedoch kann
man bei Verwendung von Stahl- oder anderen korrodierbaren Kathoden der Anodenkammer Alkalimetallchlorid
zusetzen, um die Korrosion zu unterdrükken. Der Zusatz an Alkalimetallchlorid, z. B. Natriumchlorid,
beträgt üblicherweise etwa 1- bis 26 Gewichtsprozent des Anolyten.
Das Verfahren kann sowohl bei der Elektrolyse von Natriumchloridsole als auch Salzsäure in einem breiten
Temperaturbereich, z. B. von Raumtemperatur bis zum Siedepunkt des Elektrolyten, durchgeführt werden,
jedoch sind Temperaturen von etwa 65 bis 90° C bevorzugt. Auch die elektrischen Betriebsbedingungen
können in einem weiteren Bereich verändert werden. So eignen sich z. B. Zellspannungen von etwa 2,3 bis 5 V
und Anodenstromdichten von etwa 0,0775 bis 0,62 A/ cm2.
Das Gehäuse und der Deckverschluß der Elektrolysezelle besteht aus einem beliebigen, elektrolytisch nicht
leitenden Material, das gegenüber Chlor, Salzsäure und Natronlauge beständig ist und den Betriebstemperaturen
der Zelle standhält Diese Temperaturen liegen vorzugsweise bei etwa 65 bis 90° C. Spezielle Beispiele
für geeignete Materialien sind Hochtemperatur-Polyvinylchlorid, Hartgummi und Polyesterharze auf Basis von
HET-Säure. Die für das Gehäuse verwendeten Materialien besitzen vorzugsweise genügend Steifigkeit, um
selbsttragend zu sein. Das Gehäuse kann jedoch auch aus Materialien bestehen, die die vorstehenden Bedingungen
nicht erfüllen, z. B. aus Beton oder Zement, welche gegenüber Salzsäure und Chlorgas nicht
beständig sind. In diesem Fall sind die Innenflächen mit
Materialien beschichtet, die die genannten Anforderungen erfüllen. Auch bei Verwendung von praktisch
selbsttragenden Materialien, wie hartem Polyvinylchlorid, ist es etwa bei der Herstellung größerer
Vorrichtungen vorteilhaft, zusätzliche Verstärkungselemente, z. B. Metallbänder, anzubringen.
Die Elektroden für die erfindungsgtmäße Elektrolysezelle
können aus einem beliebigen elektrisch leitfähigen Material bestehen, daß dem korrodierenden Angriff
der verschiedenen Ausgangsverbindungen und Produkte in der Zelle, wie Alkalimetallhydroxide^ Salzsäure
und Chlor, widersteht Geeignete Materialien sind z. B. Graphit, Eisen und Stahl, wobei Stahl bevorzugt ist, falls
nicht starke Salzsäure elektrolysiert wird. Auch die Anoden können z. B. aus Graphit oder Metall bestehen.
Üblicherweise werden Metallanoden aus den sogenannten »Ventilmetallen«, wie Titan, Tantal oder Niob bzw.
Legierungen mit einem Gehalt von mindestens etwa 90 Prozent Ventilmetall verwendet. Die Oberfläche des
Ventilmetalls kann dadurch aktiviert werden, daß man sie mit einem oder mehreren Edelmetallen, Edelmetalloxiden
oder Gemischen dieser Oxide bzw. deren Gemischen mit Oxiden des Ventilmetalls beschichtet.
A's Edelmetalle eignen sich z. B. Ruthenium, Rhodium, Palladium, Iridium oder Platin. Besonders bevorzugt
sind die aus der US-PS 36 32 498 bekannten Metallanoden, die aus Titan bestehen und einen Titanoxid/Rutheniumoxidüberzug
aufweisen. Das Ventilmetallsubstrat
kann auch auf einen elektrisch besser leitenden Metallkern, z. B. aus Aluminium, Stahl oder Kupfer,
aufgebracht sein.
Anstelle von getrennten Anoden und Kathoden, d. h. monopolaren Elektroden, können gegebenenfalls auch
bipolare Elektroden eingesetzt werden. In diesem Fall ist eine Seite der Elektrode positiv und die andere Seite
negativ. Obwohl derartige bipolare Elektroden auch homogen zusammengesetzt sein können, besteht die
Kathodenseite vorzugsweise aus Stahl, während die Anodenseite vorzugsweise aus einem aktivierten
Ventilmetall, wie Titan, besteht und z. B. mit einem oder mehreren Edelmetallen oder Edelmetalloxiden überzogen
ist.
Bei der Elektrolyse von Natriumchloridlösungen in dieser Zelle mit praktisch flüssigkeits- und gasundurchlässiger
Sandwich-Trennwand hat die Trennwand die Struktur eines festen ionisierten Salzes, wobei die
Struktur durch ein geladenes Netzwerk von negativen Ionen oder Aggregaten negativer Ionen und im
elektrischen Gleichgewicht dazu durch eine Anzahl positiver Ionen aufrechterhalten wird, die in die
Struktur eindringen und diese durchwandern können; das heißt, es handelt sich um eine kationaktive
Trennwand. Beschickt man die Kathodenkammer zu Beginn mit Wasser oder verdünnter wäßriger Natronlauge
und die Anodenkammer mit einer Natriumchloridlösung, so werden die Chloridionen von der Anode
angezogen und dort entladen. Während die Natriumionen die Trennwand durchdringen, werden die Chloridionen
und Natriumchlorid vom Eindringen in die Kathodenkammer praktisch vollständig abgehalten. Da
praktisch nur Natriumionen die Trennwand durchdringen und an der Kathode entladen werden, erhält man im
wesentlichen salzfreies Natriumhydroxid in der Kathodenkammer.
Bei Anwendung der erfindungsgemäß eingesetzten kationaktiven Trennwand wird durch die Hydroxylionenwanderung
von der Kathodenkammer in die Anodenkammer verhindert Der Stromfluß von der Anode zur Kathode wird daher praktisch ausschließlich
von den Natriumionen bewirkt, so daß die durch die Rückwanderung der Hydroxylionen verursachten
Schwierigkeiten im Verfahren praktisch vollständig vermieden werden.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle liegen im niedrigen Spannungsabfall in der Zelle, der
Möglichkeit zur Herstellung von hochreiner, d. h. praktisch salzfreier, konzentrierter Natronlauge, im
Zellbetrieb bei relativ niedriger Zellspannung, in der hohen Stromausbeute sowie in der gegenüber ähnlichen
Zellen mit nur einschichtiger Membrantrennwand zwischen Anoden- und Kathodenkammer höheren
Laugenausbeute. Da die semipermeable Membran sowohl gegenüber Chlor als auch Natronlauge bei
höheren Temperaturen, z.B. etwa 80 bis 1100C,
widerstandsfähig ist, können die Zellen gegenüber bekannten Elektrolysezellen überraschend lange kontinuierlich betrieben werden.
Die Trennwand der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle kann in Form mehrerer Schichten von dünnen
Folien hergestellt und eingesetzt werden, oder aber man
bringt diese auf einen inerten Träger, z.B. ein Polytetrafluoräthylen- oder Glasfasergewebe auf. EHe
Dicke der Trägermembranschichten kann in einem breiten Bereich gewählt werden und beträgt z. B. etwa
0,127 bis 0381 mm.
werden. Üblicherweise fällt das Copolymerisat in Forr des Sulfonylfluorids an, das relativ weich und biegsam is
und beim Naht- bzw. Punktschweißen Schweißverbin düngen ergibt, die ebenso fest sind, wie das Membran
material selbst. Vorzugsweise wird das nichthydrolysier te Copolymerisat verarbeitet Nach dem Verformen zu
gewünschten Membrananordnung wird das Copolyme risat durch Hydrolyse der Sulfonylfluoridgruppen mi
siedendem Wasser oder Alkalilaugen zu den freie: Sulfonsäure- oder Natriumsullonatgruppen gebrauchs
fertig gemacht. Bei etwa 16stündiger Behandlung ii siedendem Wasser quillt das konditionierte Membran
material zu etwa 28 Prozen, d.h. isotrop zu etwa ' Prozent in jeder Richtung. Bei Einwirkung voi
Natriumchloridsole vermindert sich der Quellgrad au etwa 22 Prozent, so daß die Membran im Betrieb etwa
dichter wird. Die Konditionierung kann entwede außerhalb der Zelle oder aber bei eingebaute
Trennwand in der Zelle durchgeführt werden. Vorzugs weise wird die Trennwand so hergestellt, daß man zwe
oder mehrere Schichten der nichtkonditioniertei Membran in einem geeigneten Rahmen aufeinanderlegt
hierauf die nichtkonditionierte Membran-Sandwich Trennwand in die Zelle einsetzt und schließlicl
hydrolysiert
Es wurde gefunden, daß die Laugenausbeute voi
Verfahren mit semipermeablem Membranmateria gesteigert werden kann, wenn man zwei oder mehren
Membranen aus dem genannten Copolymerisat sand wichartig verbindet und das Sandwich als Trennwan
zwischen Anode und Kathode einsetzt
Das Sandwich kann aus zwei oder mehrerei Schichten des semipermeablen Membranmaterials ode
abwechselnd aus diesen Membranschichten und porö sen Membranen, z. B. Asbest-Polypropylen-Geweb
oder Polytetrafluoräthylen-Gewebe, bestehen. Dl· Trennwand kann z. B. ein Sandwich aus zwei Schichtei
des genannten homogenen Fluorkohlenstoff-Copo lymerisats, ein Sandwich aus zwei Schichten diese
Copolymerisate und einer porösen Asbest-Zwischen membran oder ein Vierschichten-Sandwich sein, das au
einer ersten Asbestschicht zwei Schichten der Copo lymerisatmembran und nochmals einer Asbestschich
besteht Es können jedoch auch andere Kombinationei von porösen Materialien und semipermeablen Membra
nen angewandt werden. Mit zunehmender Dicke de Trennwand nimmt der Spannungsabfall zu, so daß de
Energieverlustfaktor und die damit verbundene Kosten steigerung gegen die Verwendung von zu dickei
Trennwänden sprechen. Zur Optimierung des Verfah rens ist es daher erforderlich, die erfindungsgemäl
ermöglichte Steigerung der Laugenausbeute gegen dit Energiekosten abzuwägen.
Während eine einschichtige semipermeable Trenn wand in üblichen Chloralkali-Elektrolysezellen ein<
Laugenausbeute von etwa 75 Prozent (bei eine: kathodischen Laugenkonzentration von etwa 150 g/li
ter) bis etwa 50 Prozent (bei einer Laugenkonzentratioi von etwa 260 g/Liter) erlaubt, ermöglicht eine zwei
schichtige Sandwichmembran in der Zelle der Erfinduni
eine Laugenausbeute von etwa 86 Prozent (bei eine: Laugenkonzentration von 150 g/Liter) bis zu etwa 6:
Prozent (bei einer Laugenkonzentration von etws 390 g/Liter).
Die erfindungsgemäß verwendeten Sandwichmem branen erlauben nicht nur eine gegenüber ähnlicher
Verfahren mit einschichtiger Membran trennwand hö here Laugenausbeute, sondern die Laugenausbeut«
nimmt auch mit geringerer Geschwindigkeit ab und behält auch bei höheren Katholyt-Laugenkonzentrationen
brauchbare Werte bei.
Die Beispiele erläutern die Erfindung. Alle Teile und Prozente beziehen sich auf das Gewicht, falls nichts
anderes angegeben ist.
Eine etwa 250 g/Liter Natriumchlorid enthaltende Lösung, die genügend Salzsäure enthält, um den pH des
Anolyten im Bereich von etwa 3,0 bis 4,5 zu halten, wird kontinuierlich in die Anodenkammer der in der
Zeichnung gezeigten Zweikammer-Elektrolysezelle eingeleitet, die eine mit Rutheniumoxid beschichtete
Titan-Netzanode und eine Stahl-Netzkathode aufweist. Die Elektroden besitzen eine wirksame Oberfläche von
390 cm2 und sind durch ein zweischichtiges Sandwich der kationaktiven semipermeablen Membran voneinander
getrennt. Das Membransandwich besitzt ebenfalls eine wirksame Oberfläche von 390 cm2 und besteht aus
zwei Schichten einer 0,254 mm dicken Folie eines hydrolysierten Copolymerisats aus Tetrafluoräthylen
und sulfonierten! Perfluorvinyläther mit einem Äquivalentgewicht von etwa 1100, das nach dem Verfahren der
US-PS 32 82 875 hergestellt worden ist und durch etwa 16stündiges Behandeln mit siedendem Wasser in die
Säureform überführt wurde. Die Kathodenkammer wird kontinuierlich mit Wasser beschickt, das zusammen mit
dem infolge Osmose durch die Trennwand tretenden Wasser den Kathclyt-Flüssigkeitsspiegel konstant hält.
Die in der Kathodenkammer erzeugte Lauge fließt über, die Überlaufleitung kontinuierlich ab und wird etwa 16
Stunden lang gesammelt sowie etwa 8 Stunden gelagert. Die ZeHtemperatur wird zwischen etwa 60 und 85° C
verändert, wobei jeder Temperaturwert etwa 24 Stunden beibehalten wird. Die Zelle wird kontinuierlich
24 Tage lang mit einer Stromdichte von 0,155 A/cm2 des
Diaphragmas betrieben. Die erzielten Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.
Tag | Temperatur | Anolyt-pH | Spannung | NaCI-Konzentration | Mittlere | NaOH- |
im Katholyten | NaOH-Konzentration | Ausbeute | ||||
(°C) | (g/Liter) | (g/Liter) | (%) | |||
4 | 60 | 3,9 | 3,63 | 1,16 | 290 | 72,2 |
5 | 65 | 3,9 | 3,63 | 0,82 | 256 | 82,0 |
6 | 67 | 4,0 | 3,54 | 0,44 | 137 | 86,3 |
8 | 59 | 3,1 | 4,11 | 0,47 | 318 | 70,3 |
9 | 61 | 3,4 | 4,12 | 0,19 | 230 | 86,4 |
10 | 81 | 3,9 | 3,22 | 0,37 | 186 | 83,4 |
12 | 82 | 3,7 | 3,45 | 0,33 | 383 | 62,8 |
14 | 82 | 2,2 | 3,53 | 0,35 | 355 | 74,1 |
15 | 78 | 4,3 | 3,20 | 0,58 | 170 | 85,9 |
16 | 82 | 4,3 | 3,08 | 0,26 | 153 | 86,1 |
17 | 79 | 4,2 | 3,29 | 0,30 | 120 | 81,4 |
20 | 75 | 4,4 | 3,31 | 0,40 | 295 | 67,3 |
23 | 76 | 4,4 | 3,36 | 0,54 | 348 | 66,7 |
Die Ergebnisse zeigen, daß die Sandwich-Trennwand der Erfindung äußerst hohe Laugenausbeuten ermöglicht.
Die Laugenausbeuten liegen gegenüber unter ähnlichen Bedingungen betriebenen Einmembran-Trennwänden
bei relativ niedrigen Laugenkonzentrationen (etwa 150 g/Liter) um etwa 10 bis 15 Prozent
höher und bei höheren Laugenkonzentrationen (etwa 300 g/Liter und höher) um etwa 20 bis 30 Prozent höher.
Beispie! 2
Eine wäßrige Natriumchloridlösung wird in einer üblichen Zweikammerzelle elektrolysiert, die mit einer
bipolaren Elektrode ausgerüstet ist, deren Kathodenseite aus Stahl und deren Anodenseite aus einem
rutheniumoxidbeschichteten, titanplattierten Stahlnetz besteht Drei derartige Zweikammerzellen werden in
einem Gehäuse eingeschlossen. Die Elektroden der beiden ersten Zellen A und B sind durch eine
Trennwand voneinander getrennt, die aus einer 0,178 mm dicken, semipermeablen Membran aus einem
hydrolysierten Copolymerisat von Tetrafluoräthylen und sulfonierten! Perfluorvinyläther mit einem Äquivalentgewicht
von etwa 1100 besteht Die Trennwand der
dritten Zelle besteht aus zwei Schichten derselben Copolymerisatmembran. Die Elektroden besitzen eine
wirksame Oberfläche von 390 cm2; zwischen den Elektroden fließt ein Strom von 60 A. Zu. Beginn des
Durchgangs wird eine 50 g/Liter NaOH enthaltende wäßrige Natronlauge durch die Kathodenkammern
zirkuliert während gleichzeitig eine etwa 250 g/Liter NaCl enthaltende, auf einen pH von etwa 3,5
angesäuerte, wäßrige Natriumchloridlösung zugeleitet wird. Die Zelle wird 4'/2 Stunden bei etwa 650C
betrieben, wobei man die entstehende Lauge sammelt
Nach Unterbrechung des kontinuierlichen Betriebs beträgt die Zellspannung in Zelle A 3,08 V, und der
Katholyt enthält 333 g/Liter NaOH, woraus sich eine Laugenausbeute von 49,1 Prozent ergibt
In Zelle B beträgt die Zellspannung 3,25 V, und der
Katholyt enthält 381 g/Liter NaOH, was eine Laugenausbeute von 59,5 Prozent ergibt
In Zelle C beträgt die Zellspannung 3,65 V, und der Katholyt enthält 392 g/Liter NaOH, woraus sich eine
Laugenausbeute von 72,2 Prozent errechnet
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Elektrolysezelle aus einem Gehäuse mit einer Anodenkammer und einer Kathodenkammer sowie
einer praktisch flüssigkeits- und gasundurchlässigen Trennwand zwischen Anodenkammer und Kathodenkammer, die aus einem hydrolysierten Copolymerisat von Tetrafluoräthylen und einem sulfonierten Perfluo.-vinyläther der Formel ι ο
FSO2CF2CF2OCF(CF3)CF2OCf=CF2
mit einem Äquivalentgewicht von etwa 900 bis 1600
besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand mindestens zwei Schichten des Copolymerisats aufweist
2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand aus 2wei Schichten des
hydrolysierten Copolymerisate besteht
3. Zelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schichten eine
Dicke von etwa 0,127 bis 0,381 mm haben.
4. Zelle nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand einen
Sandwich-Aufbau aufweist, wobei mindestens zwei der Copolymerisatschichten jeweils durch eine
poröse Membran voneinander getrennt sind.
5. Zelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Membran aus Asbest besteht
6. Verwendung der Elektrolysezelle nach den Ansprüchen 1 bis 5 zur Chloralkali-Elektrolyse.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US05/335,975 US3976549A (en) | 1973-02-26 | 1973-02-26 | Electrolysis method |
US33597573 | 1973-02-26 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2409193A1 DE2409193A1 (de) | 1974-08-29 |
DE2409193B2 DE2409193B2 (de) | 1977-06-02 |
DE2409193C3 true DE2409193C3 (de) | 1978-01-19 |
Family
ID=
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