DE2510396A1

DE2510396A1 - Verfahren zur elektrolyse waessriger loesungen und elektrolysezelle zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2510396A1
Application number: DE19752510396
Authority: DE
Inventors: Shinsaku Ogawa; Hiroshi Ono; Maomi Seko; Reiji Takemura; Akira Yomiyama; Muneo Yoshida
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1974-03-09
Filing date: 1975-03-10
Publication date: 1975-09-11
Also published as: IT1034107B; GB1487284A; DE2510396C3; SE7502502L; SE432447B; CA1088456A; FR2263034B1; NL169618B; BR7501374A; FR2263034A1; DE2510396B2; NL7502738A; NL169618C

Description

DIPL-CHEM. DR. VOLKER VOSSIUS

PATENTANWALT

u.Z.: L 245 (Vo/H±/ko) Case: MFP-913 Asahi

ASAKE KASEI KOGYO KABUSHIKI KAISHA Osaka, Japan

MÜNCHEN 86, "ψ. MAI 1975

P.O. BOX 86 07 67

SIEBERTSTRASSE 4

PHONE: (O 89) 47 40 75

CABLE ADDRESS: BENZOLPATENT MÖNCHEN TELEX 5-29453 VOPAT D

¹¹ Verfahren zur Elektrolyse wäßriger Lösungen und Elektrolysezelle zur Durchführung des Verfahrens "

Prioritäten: 9. März 1974, Japan, Nr. 26775/74

30. September 1974, Japan, Nr. 112556/74 ' 10. Dezember 1974, Japan, Nr. 141745/74

Die Erfindung betrifft den in den Ansprüchen gekennzeichneten Gegenstände

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Elektrolysezelle sind auf einem weiten Gebiet einsetzbar, beispielsweise zur Herstellung von Natriumhydroxid, Chlor und Wasserstoff aus wäßrigen Natriumchloridlösungen sowie zur Herstellung von Lithiumhydroxid, Kaliumhydroxid, Jod, Brom, Chlorsäure, Bromsäure und Perschwefelsäure sowie Adipinsäurenltril aus Acrylnitril.

Bei Verwendung einer Kationenaustauscherrnembran als Diaphragma in der Elektrolysezelle werden im allgemeinen an der Anodenseite der Kationenaustauschermembran Grenzschichten aus salzfreien Produkten gebildet. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Überführungszahl für Kationen für die Kationenaustauschermembran im allgemeinen mindestens 80 °/o_t für den Anolyten, falls er nicht stark sauer eingestellt ist, höchstens 50 °p beträgt. Aufgrund dieses Unterschieds der tjberführungszahlen erfolgt bei Stromdurchgang durch die Elektrolysezelle die Bildung der salzfreien Grenzfläche direkt proportional zum Unterschied zwischen den tjberführungszahlen der Kationen für die Katioiienaustauschermerabran und für den Anolyten. Der Ausdruck "salzfrei" bedeutet in diesem Zusammenhang "weitgehend salzfrei". Die Salzkonzentration in der salzfreien Grenzschicht ist umgekehrt proportional zur Stromdichte und zur Dicke der Grenzschicht und direkt proportional zur Salzkonzentration im Anolyten· Deshalb gibt es im allgemeinen eine Stromdichte, bei der

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die Salzkonzentratxon in der Grenzschicht den Wert O annimmt. Dann liegt die Grenzstromdichte vor»

Selbst wenn die Elektrolyse mit einer die Grenzstromdichte nicht übersteigenden Stromdichte durchgeführt wird, wird die elektrische Leitfähigkeit durch die Anwesenheit einer dicken ^ salzfreien Grenzschicht verschlechtert, was eine höhere Elektrolyse spannung erfordert. Andererseits ist bekannt, daß bei Anwendung einer die Grenzstromdichte übersteigenden Stromdichte die Elektrolysespannung aufgrund der Grenzschicht plötzlich · ansteigt. Um die Elektrolyse wirtschaftlich zweckmäßig durchzuführen, ist es deshalb notwendig, die Grenzschicht möglichst dünn zu halten, um eine niedrige Elektrolysespannung und eine hohe Stromdichte zu erreichen.

Dazu wurde vorgeschlagen, die Fließgeschwindigkeit des Anolyten zu erhöhen oder zwischen Anode und Kationenaustauscher einen Abstandshalter anzuordnen, um in dem Raum zwischen der Anode und der Katxonenaustauschermembran eine einheitliche und verbesserte Turbulenz zu bewirken; vgl. Japanische Patentveröffentlichungen 19777/72 und 16189/74, US-PS 3 017 338 und NL-OS 670 7^2. Die Verwendung von Abstandshaltern zwischen der Anode und/oder der Kathode einerseits und der Katxonenaustauschermembran andererseits steht zwischen dieser und den Elektroden kein Kontakt, wodurch bei hohen Stromstärken eine lokale Überhitzung der Katxonenaustauschermembran vermieden werden kann«, Jedoch ist es sehr schwierig, durch Abstandshalter zwischen der Anode und der Katxonenaustauschermembran

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einen Abstand von höchstens 1 mm einzuhalten» ¥ird während der Elektrolyse an der Anode ein Gas gebildet, wird dieses von dem Abstandshalter am Entweichen gehindert. Der Stromdurchgang durch eine derartige gasreiche Schicht führt dann unvermeidbar zur Erhöhung der Elektrolysespannung,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Elektrolyse wäßriger Lösungen zu schaffen, wobei ohne Verwendung von Abstandshaltern zwischen der Kationenaustauschermembran und den Elektroden eine niedrige Elektrolysespannung und eine hohe Stromdichte erreicht werden. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.

Das Einhalten des Drucks in den Elektrolysekammern erfolgt auf verschiedene Weise, beispielsweise durch Einstellen eines"unterschiedlichen Gasdrucks an den Ausgängen der Anoden- und der Kathodenkammer oder durch Einstellen der den Elektrolysekammern zugeführten Mengen an Elektrolytlösung,

Beim erfindungsgemäßen Verfahren besteht zwischen der Anode und der Kationenaustauschermembran kein Kontakt, Sie sind durch die Blasen des an der Anode gebildeten Gases getrennt. Auch erfolgt in dem genannten Verfahren keine Überhitzung der Kat ionenaustauschermembran aufgrund großer Stromstärken,· Da der Baum zwischen der Anode und der Kationenaustauschermembran: sehr eng gehalten werden kann und die salzfreie Grenzschicht an der Kationenaustauschermembran durch das an der Anode gebildete und von dort aufsteigende Gas notwendigerweise ständig in Bewegung

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gehalten wird, wird die Dicke der Grenzschicht äußerst klein, wodurch die Grenzstromdichte deutlich erhöht wird. Deshalb kann auch die Elektrolysespannung besonders niedrig gehalten werden.

Wenn der Druck in der Kathodenkammer und in der Anodenkammer gleich ist, bleibt die Elektrolysespannung nicht stabil, da die Lage der Kationenaustauschennembran nicht genau festliegt und die Membran manchmal mit der Anode oder der Kathode in Kontakt kommt. Dadurch kann die Elektrolysespannung in einem Bereich von 0,4 V schwanken. Während der Elektrolyse schwankt auch der Druck in der Elektrolysezelle aufgrund der Gasbildung. Deshalb ist es für eine stabile Verfahrensführung unbedingt erforderlich, daß die Kationenaustauschermembran durch den größeren Druck in der Kathodenkammer sicher in Richtung zur Anode gedrückt wird.

Um zu verhindern, daß aufgrund kleiner Druckschwankungen, die das gebildete Gas erzeugt, lokal eine Umkehrung des Drucks in der Elektrolysezelle erfolgt, wird der Druck in der Kathodenkammer vorzugsweise auf mindestens 0,2 m Wassersäule höher eingestellt als in der Anodenkammer. Ist der Druckunterschied in den Kammern der Elektrolysezelle zu groß, können die Elektrolysezelle, die Kationenaustauschermembran oder die Elektroden brechen. Deshalb ist in den Elektrolysekammern ein Druckunterschied von 0,2 bis 5 m Wassersäule bevorzugt.

Da in der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle kein Abstandshal-L -J

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Γ . Π

ter zwischen der Anode und der Kationeziaustauschermembran verwendet wird, kann der Zwischenraum zwischen diesen beiden äußerst klein gehalten werden« "Wird während.des erfindungsgemäßen Verfahrens an der Anode ein Gas gebildet, wird somit das Verfahren im Gegensatz zu den bekannten Verfahren nicht dadurch beeinträchtigt, daß die Anode in engem Kontakt zur Kationenaustauschermembran steht. Außerdem wird im erfindungsgemäßen Verfahren die salzfreie Grenzschicht an der Kationenaustauschermembran durch die Turbulenz, die das an der Elektrode gebildete Gas erzeugt, sehr dünn.

Wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Natriumhydroxid durch Elektrolyse einer wäßrigen Natriumchloridlösung hergestellt, kommen Hydroxylionen, die durch eine in der Elektrolysezelle eingesetzte Ionenaustauschermembran hindurchtreten, sofort mit der Anode in Berührung. Dies führt zu verschiedenen Nachteilen, beispielsweise zur Bildung von Perchlorat oder zur Erhöhung der Menge an Sauerstoff im gebildeten Chlor.

Erfindungsgemäß können die vorgenannten Nachteile vermieden werden, wenn der Anolyt auf einen pH-Wert von höchstens 3 t 5 eingestellt wird, was in Beispiel 1 weiter erläutert ist.

Für die Einstellung des pH-Wertes im Anolyten wird eine Mineralsäure, wie Salzsäure, Schwefelsäure und Salpetersäure sowie deren Gemisch, verwendet. Salzsäure ist bevorzugt. Die Säuren werden mit einer Konzentration· von höchstens 0,5 η eingesetzt. Höhere Säurekonzentrationen sind nicht erwünscht, da durch sie

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die Stromausbeute vermindert wird. Die Säure kann als solche oder im Gemisch, mit wäßriger Natriumchloridlösung der Kalbhodenlcammer zugeführt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit flachen plattenförmigen Elektroden durchgeführt werden, erfolgt jedoch vorzugsweise unter Verwendung gasdurchlässiger Metallelektroden, wobei das an der jeweiligen Elektrode gebildete Gas an deren Rückseite abgeführt wird. Der Ausdruck "gasdurchlässige Metallelektrode" bezieht sich auf eine Metallelektrode, die viele Lücken oder Öffnungen aufweist. Beispiele für gasdurchlässige Metallelektroden sind expandierte Platten, aus mehreren Stäben bestehende Platten, perforierte Platten und Netze. Als Anoden sind solche Elektroden bevorzugt, die durch Beschichten der genannten Metallelektroden mit einem Edelmetalloxid erhalten worden sind.

Nachfolgend wird der Aufbau der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle erläutert.

Wird beim erfindungsgemäßen Verfahren ein Gas gebildet, ist die Verwendung von gasdurchlässigen Metallelektroden bevorzugt. Weiterhin ist bevorzugt, die Elektroden in der Elektrolysezelle so anzuordnen, daß jeweils der Abstand zwischen einer Elektrode und der hinter dieser Elektrode liegenden Wand'der Elektrolysezelle größer ist als der Abstand zwischen der genannten Elektrode und der Kationenaustauschermembran, wobei das während der Elektrolyse an der Elektrode gebildete Gas durch die

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Elektrode hindurch in den Raum zwischen der Elektrode und der genannten Wand der Elektrolysezelle strömt und somit der Elektrolyt zwisehen der Elektrode und der Membran nur einen geringen Gasgehalt aufweist. Der Raum zwischen der Kationenaustauschermembran und der Elektrode ist kleiner als der Raum sswi scher der Elektrode und der hinter der Elektrode liegenden Wand der Elektrolysezelle. An diesem größeren Raum wird vorzugsweise eineAbleitung angeordnet. Bei dieser Anordnung in der Elektrolysezelle kann das an der Elektrode gebildete Gas schnell von deren Vorderseite zu deren Rückseite geführt werden, was den Gasgehalt im Elektrolyten zwischen der Elektrode und der Kationenaustauschermembran stark herabsetzt und somit den Spannungsverlust an der Elektrolysezelle vermindert. Unter diesen Bedingungen kann die Elektrolyse mit einer hohen Stromdichte durchgeführt werden.

Die Zeichnung enthält Fig. 1 bis Fig. 6. In Fig. 1 ist schematisch das Prinzip der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle erläutert. In Fig. 2 ist eine Schrägansicht auf eine Anode dargestellt. In Fig, 3 ist eine Schrägansicht auf eine Elektrode einer Elektrolysezelle dargestellt, die mit anderen Elektrolysezellen in Reihe geschaltet wird. In Fig, 4 ist ein teilweiser Querschnitt durch eine bipolare Elektrolysezelle dargestellt. In Fig. 5 ist die Ansicht einer teilweise geöffneten bipolaren Elektrolysezelle von der Anodenseite dargestellt. In Fig. 6 ist eine Anordnung mehrerer bipolaren Elektrolysezellen erläutert.

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In FIg, 1 und 2 wird eine Metallelektrode aus einer expandierten Platte erläutert, Während der Elektrolyse werden Gasblasen aus Chlor an der Elektrodenober fläche gebildet,, Da der durch die Halterung 71 hinter der Anode 2 gebildete Raum größer ist als der Raum zwischen der Kationenaustauschermembran 1 und der Anode 2, strömt das Chlor zur Rückseite der Anode und steigt dort zusammen mit dem Elektrolyten nach oben. Die der Kationenaustauschermembran 1 zugewandte Vorderseite der Anode ist vorzugsweise bezüglich der Vertikalen schräg und gewölbt an der Halterung 71 angeordnet. Das an der Vorderseite gebildete Gas strömt sofort nach deren Rückseite und dort nach oben, wobei auch der Elektrolyt hinter der Elektrode in eine Aufwärtsbewegung versetzt wird. Dadurch wird vermieden, daß in dem Raum zwischen der Elektrode und der Kationenaustauschermembran Gas aufsteigt. Selbst wenn die Elektrodenoberfläche flach und nicht gegen die Halterung 71 geneigt ist, wird eine ähnliche Strömung des Elektrolyten und des Gases erreicht, so lange der Raum hinter der Elektrode größer ist als vor der Elektrode, Die gewünschte Strömung wird jedoch verbessert, wenn die Elektrodenoberfläche gegen die Halterung geneigt ist. Nachdem die Blasen des gebildeten Chlors in den Raum hinter der Elektrode nach oben gestiegen sind, tritt das Gas aus der Elektrolytoberfläche in den oberen Teil der Elektrodenkammer und von dort in den Ausgang 75· Der Elektrolyt strömt durch die Ableitung 113 zwischen dem Raum, in dem das Gas aufsteigt, und der Wand 111 der Elektrolysezelle, wobei die Strömung des Elektrolyten zwischen der Elektrode und der Kationenaustauschermembran gefördert wird. Zwischen dem Raum, indem das Gas

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Γ Π

aufsteigt und der Ableitung 113 ist die Trennwand 72 angeordnet, die auch als leitende Platte dient. Die Abstandshalter liegen zwischen der Trennwand J2 und der Wand 111 der Elektrolysezelle. Der Stab 112 ist leitend.

Wird an der Kathode ein Gas gebildet, kann auch die Kathodenkammer gemäß Pig. 1 und Fig. 2 ausgebildet sein. Diese Ausbildung der Elektrodenkammern vermeidet eine Beeinträchtigung des Stromflusses durch das an der jeweiligen Elektrode gebildete Gas.

Für industrielle Zwecke werden bipolare Elektrolysezellen bevorzugt, weil sie es leicht ermöglichen, die Spannung der Stromquellen zu erhöhen und die Stromstärke zu vermindern. Bei bipolaren Elektrolysezellen werden Anoden— und Kathodenkammern abwechselnd in Reihe geschaltet und sind voneinander durch Kationenaus t aus cherraemb ran en und Trennwände getrennt.

Die Kathoden und Anoden werden dabei möglichst nahe zu beiden Seiten der Kationenaustauschermembran angeordnet. Dementsprechend befindet sich der Raum der Anodenkammer im wesentlichen zwischen der Anode und der Trennwand. Entsprechendes gilt für die Kathodenkammer. Die Anode und die benachbarte Kathode sind in bipolaren Elektrolysezellen über die Trennwand miteinander elektrisch verbunden«

Die Kationenaustauschermembran und die Trennwand sind flach •owle vorzugsweise rertikal und zueinander parallel angeordnet,

L . -J

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damit
• / die in der Anoden- und in der Kathoderikammer gebildeten Gase leicht getrennt werden können. Zur "Verbesserung der Trennung der Gase können beispielsweise weitere Platten in der Anoden- und der Kathodenlcamraer eingebaut sein·

Im erfindungs gemäß en. Verfahren ist der Druck in der Kathodenkammer höher als in der Anoderikammer, so daß ein Kontakt zwischen der Kathode und der Katxonenaustauschermembran nicht zu befürchten ist. So lange die Kathoden und die Anoden in bestimmten Lagen gehalten werden, ist es nicht nötig, Abstandshalter zwischen der Kathode und der Katxonenaustauschermembran einzusetzen. Wird an der Kathode ein Gas gebildet, werden vorzugsweise keine Abstandshalter zwischen Kathode und Kationenaus— tauschermembran verwendet.

Die für das erfindungsgemäße Verfahren einsetzbare bipolare
Elektrolysezelle besteht aus mehreren Elektrolysezellen, zwischen denen Kationenaustauschermembranen angeordnet sind, wobei jede Elektrolysezelle eine Anode und eine Kathode aufweist, die zu beiden Seiten der Wand 111 der Elektrolysezelle befe-.stigt und über den leitenden Stab 112 elektrisch verbunden
sind.

In Fig. 3 ist die Anordnung der gasdurchlässigen Metallanode 2 erläutert, hinter der sich die Kathode befindet, wobei zwischen beiden Elektroden eine Trennwand liegt. Durch den Ausgang 75 bzw. J6 wird das in der Anodenkammer bzw. Kathodenkammer gebildete Gas abgeführt. Durch die Zuleitung 77 bzw.

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wird der Anolyt bzw. der Katholyt zugeführt. 81 ist eine Halterung und 82 ist ein Träger, Die Elektrolysezelle ist im Innern mit einer Ableitung versehen, welche die Geschwindigkeit des aufsteigenden, aus dem gebildeten Gas und dem Elektrolyten bestehenden Gemisches im Raum hinter der porösen Elektrode erhöhen soll. Bei Abwesenheit einer solchen Ableitung ist die Geschwindigkeit des zwischen der Kationenaustauschermembran und der Elektrode absteigenden Elektrolyten etwas geringer. Manchmal kann eine kleine Menge des gebildeten Gases zwischen der Membran und der Elektrode vorliegen, was jedoch das erfindungsgemäße Verfahren nicht wesentlich beeinträchtigt. Die Abmessungen in der Elektrolysezelle werden im wesentlichen in Abhängigkeit von der Stromdichte und dem Abstand zwischen der Elektrode und der Kationenaustauschermembran gewählt.

Die Abstandshalter 73 dienen zur Halterung der Kathode und der Anode an der Wand 111 der Elektrolysezelle. Beide Elektrodenkammern sind durch den leitenden Stab 112 verbunden, der durch die Wand 111 durchgeführt ist. Beide Elektrolyten sind durch Dichtungen voneinander getrennt. Die netzförmigen Elektroden sind in geeigneter Weise, beispielsweise durch Schweißen, an der Halterung 71 befestigt. Sowohl diese Halterung 71 als auch der leitende Stab 112 müssen aus einem gegenüber dem Elektrolyten korrosionsbeständigen Metall bestehen.

Wenn die Elektroden der bipolaren Elektrolysezelle flache Platten darstellen, kann jede Elektrode als Trennwand zwischen der Kathodenkammer und der Anodenkammer dienen.

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Sind jedoch die Elektroden porös, ist es erforderlich, eine von den Elektroden getrennte Trennwand zu verwenden. Diese Trennwand kann aus jedem Material bestehen, das gegenüber dem Elektrolyten, den Elektrolyseprodukten, der Elektrolysetemperatur und anderen Einflüssen während der Elektrolyse beständig ist. Vorzugsweise ist die Trennwand eine Kunststoffplatte, eine mit Kunststoff überzogene Platte, eine Betonwand, eine Metallplatte oder eine Platte, die durch Explosionsverbinden von Titanplatten an Eisenplattenerhalten worden ist.

Als Kathodenmaterial eignen sich gasdurchlässige Eisenplatten, wie aus Eisen bestehende Gitter, Netze, poröse Platten und Platten, die mit Nickel oder einer Nickellegierung plattiert sind. Das Verhältnis der Öffnungsfläche des eingesetzten Metallgitters zu dessen geschlossener Fläche oder der Durchmesser des verwendeten Stabs und die Breite seiner Öffnungen werden so ausgewählt, daß die Abführung des an der Elektrode gebildeten Gases erleichtert wird. Die Kathode kann auch aus einer Anzahl horizontal angeordneter, drahtähnlicher Metallstäbe bestehen, die eine Abführung des gebildeten Gases zur Rückseite der Kathode ermöglichen. Es ist wichtig, daß in der Kathode ausreichend Raum zur Verfügung steht, um sicherzustellen, daß das gebildete Gas von der Vorderseite der Metallelektrode zu deren Rückseite abgeführt wird, Auch Soll die Kathode eine sehr gute mechanische Festigkeit aufweisen.

Als Kationenaustauschermembran kann jede Art derartiger Membranen eingesetzt werden. Im allgemeinen wird eine Kationon-

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austauschermerabran aus einem Polymerisat einer Fluor- und SuI-fonsäuregruppen-haltigen Verbindung vorwendet. Sulfonsäuregruppen-haltige Kationenaustauschermembranen werden beispielsweise durch Polymerisieren eines Gemisches von Styrol und Diphenylbenzol und nachfolgende Sulfonierung und Carboxylgruppenhaltige Kat i onenau st au sehe rmemb r arten beispielsweise durch Polymerisieren eines Gemisches von Acrylsäure und Divinylbenzol hergestellt. Es können auch Phosphorsäuregruppen-haltige Kationenaustauschermembranen eingesetzt werden. Bezüglich der Beständigkeit gegenüber Chlor sind Membranen aus fluorhaltigen Verbindungen bevorzugt.

Die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Kationenaustausche rmembranen sind vorzugsweise hoch permselektiv gegenüber Kationen, sind relativ dünn in dem Bereich, in dem sie die Rückdiffusion von der Kathodenkammer zur Anodenkammer gering haltenj und weisen einen geringen elektrischen Widerstand auf. Weiterhin ist es wünschenswert, daß die Kationenaustauschermembranen durch Verformen, das durch Quellen oder Schrumpfen unter den Elektrolysebedingungen verursacht, werden kann, in ihrer Wirkung nicht beeinträchtigt werden. Deshalb sind die Kationenaustauschermembranen vorzugsweise durch Netze aus Tetrafluoräthylen oder anderen Materialien verstärkt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann für jede Elektrolyse angewandt werden, in der Kationenaustauschermembranen eingesetzt werden. Das gilt beispielsweise für Verfahren, bei denen die eingesetzte Elektrolysezelle durch eine Kationenaus-

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tauschermembran zwischen der Anode und der Kathode in zwei Elektrolysekammern geteilt ist und die Anodenkammer mit einer wäßrigen Natriumchloridlösung beschickt wird, wobei wäßrige Natriumhydroxidlösung aus der Kathodenkammer abgezogen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist aber auch anwendbar, wenn Elektrolysevorrichtungen eingesetzt werden, die aus mehreren Elektrolysekammern bestehen und bei denen zwei oder mehrere Membranen zur Teilung der Elektrolysezelle in drei oder mehrere Kammern verwendet werden.

Der Abstand zwischen der Membran und der Elektrode hängt jeweils von der Art der Gasabführung oder anderen Einflüssen ab, beträgt jedoch im allgemeinen 0,5 bis 5 ram» vorzugsweise 0,5 bis 1,5 nun.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei Temperaturen von 20 bis 200°C, vorzugsweise 50 bis 100°C, durchgeführt.

Die Stromdichte beträgt beim erfindungsgemäßen Verfahren 10 bis 200 A/dm · Sie.ist vorzugsweise möglichst hoch, soweit damit kein extremes Ansteigen der Spannung verbunden ist« Die be-

vorzugte Stromdichte beträgt 20 bis 80 A/dm ·

Bei der Elektrolyse einer wäßrigen Natriumchloridlösung wird wie in bekannten Verfahren zur Elektrolyse von Natriumchlorid eine gereinigte, fast gesättigte wäßrige Natriumchloridlösung als Anolyt eingesetzt. Die jeder Anodenkammer zugeführte Menge an wäßriger Natriumchloridlösung ist so bemessen, daß der

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Nutzeffekt bezüglich des Natriumchlorids 5 bis 50 ⁰Jo beträgt. In die Kathodenkamraer werden dabei ¥asser oder eine verdünnte wäßrige Natriumhydroxidlösung geleitet, um die Konzentration der aus der Kathodenkammer abgeführten Natriumhydroxidlösung konstant zu halten.

Die Beispiele erläutern die Erfindung,

Beispiel 1

Mit einer Stromdichte von 50 A/dm und bei einer Temperatur von 90 C wird eine Elektrolyse durchgeführt. Die Elektrolysezelle ist durch eine Kationenaustauschermembran der Fläche 5 cm χ 5 cm in zwei Kammern geteilt, in deren eine als Anode eine mit einer festen Lösung von Rutheniumoxid beschichtete Metallplatte und in deren andere als Kathode eine Eisenplatte

angeordnet sind. Als Anolyt dient eine wäßrige 4,2 η Natriumzirkuliert ,

chloridlösungj und als Katliolyt /feine wäßrige 17 prozentige Natriumhydroxidlösung, Der Druck in der Kathodenkammer wird um 300 Torr hoher eingestellt als in der Anodenkammer.

In nachfolgender Tabelle I ist die Geschwindigkeit der Bildung von Chlorsäure angegeben, die aufgrund der Menge an gebildeten Chlorsäureionen geschätzt wurde. In Tabelle II ist die Beziehung zwischen dem pH-¥ert der Natriumchloridlösung und der Menge an Sauerstoff im gebildeten Chlor erläutert.

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Tabelle I

Wasserstoffionenkonzentration der Natriumchloridlösung Bildung von C1O„ , g pro Liter * Stunde

	= 0,5 η	-
pH	= 1,0	0,00
pH	= 2,0	0,00
pH	= 3,0	<^o,O5
pH	= 3,5	0,05
pH	= 4,0	0,09
■ pH .	= 4,5	0,39
pH	= 5,0	0,65

Tabelle II

ffasserstoffionen- konzentration der Natriumchlorid lösung	= 0,9 η	Menge (Α) gebildetes Chlor, Liter/Stunde
/ Xl i	= 0,1 η	5,12
/ττ ~7	= 1	5,08
pH	= 2,5	5,07
PH	= 3,5	.5,12
pH	= 4	5,20
PH	= 4,5 .	5,08
PH	= .5	5,02
pH	5,00

Menge (b) ge bildeter Sauer stoff, Liter/ Stunde	χ 1θ"³	(B)/ , (A), ¥>
16,9	χ 10~³	0,33
20,8	χ 1θ"³	0,41
23,3	χ ΙΟ"³	0,46
30,2	χ 1θ"³	0,59
. 31,2	χ Ίο"³	0,6ο
55,3	χ ΙΟ"³ '	1,09
74,3	χ ΊΟ"³	1,48
192,2	3,84

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Beispiel 2

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einer bipolaren Elektrolysezelle durchgeführt, von der in Fig. k ein Querschnitt dargestellt ist. Die Kationenaustauschermembran 1 entbiilt SuI-fonsäuregruppen und besteht im wesentlichen aus einem fluorhaltigen Polymerisat. Die eingesetzte Anode 2 ist durch Expandieren einer Titanplatte von 1,5 mm Dicke zu einer perforierten Platte (Porosität βθ ^c/o) und anschließendem Beschichten der perforierten Platte mit einer festen Lösung aus 55 Molprozent Rutheniumoxid, kO Molprozent Titanoxid und 5 Molprozent Zirkonoxid erhalten worden. Die eingesetzte Kathode 3 ist eine perforierte Platte (Porosität 60 ^c/o), die durch Expandieren einer Eisenplatte von 1,6 mm Dicke erhaJ.ten worden ist.

Anode und Kathode weisen eine Länge von 1,2 m und eine Breite von 2,^m auf und sind vertikal und zueinander parallel in einem Abstand von 2 mm angeordnet. Die Trennwand k ist durch Explosionsverbinden einer Titanplatte 5 von 1 mm Dicke mit einer Eisenplatte von 9 mm Dicke hergestellt und auf der Anodenseite angeordnet worden. Der Raum zwischen der Anode 3 und der mit der Titanplatte 5 beschichteten Trennwand wird durch eine eingeschweißte, aus einer Titanplatte bestehende Strebe von k mm Dicke, 25 mm Breite und 1,2 m Länge elektrisch überbrückt, wobei auf der Rückseite der Anode eine Anodenkammer 8 . mit einer Breite von 25 mm gebildet wird. Die Strebe '7 ist vertikal angeordnet und weist 10 Bohrungen von je 10 mm Durchmesser auf, am das horizontale Mischen von Gasen oder des Anolyten zu begünstigen. Der Raum zwischen der Kathode 3 und

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der Eisenplatte 6 hinter der Anode wird durch, eine eingeschweißte, aus einer Eisenplatte bestehenden Strebe 9 von 6 nun Dicke, 45 nun Breite und 1,2 tu Länge elektrisch überbrückt, wobei hinter der Kathode eine KathodonkamniGr 10 mit einer Breite von
45 mm gebildet wird. Die Strebe 9 ist vertikal angeordnet und weist 10 Bohrungen von je 10 mm Durchmesser auf, um das horizontale Mischen von Gasen oder des Katholyten zu begünstigen. Die äußere Begrenzung der Anodenkammer 8 und der Kathodenkammer 10 bildet ein Eisenrahmen 11 von 16 nun Dicke. In Bereichen des Kontakts zwischen dem Anolyten und dem Eisenrahmen ist
dieser mit einer Titanplatte von 2 mm Dicke beschichtet. Der
Eisenrahmen 11 weist für den Anolyten einen Eingang 13 und
einen Ausgang 14 sowie für den Katholyten einen Eingang 15
und einen Ausgang 16 auf.

74 Elektrolysezellen der vorgenannten Art werden hintereinaiidergeschaltet. Um zwischen der Anode und der Kathode einen
Abstand von 2 mm einzuhalten und ein Austreten des Elektrolyten aufgrund Undichtigkeit zu verhindern, wird in den Eisenrahmen 11 eine Dichtung 17 aus einem kautschukartigen Copolymerisat aus Äthylen und Propylen eingesetzt. In dem stromführenden Teil des Raumes zwischen der Anode und der Kationenaustauschermembran sowie zwischen der Kathode und der Kationenaustauschermembran werden keine Abstandshalter angeordnet.

¥ie aus Fig. 6 ersichtlich ist, befindet sich am einen Ende
der Reihe der hintereinandergesrhalteten Elektrolysezellen
eine Elektrolysezelle 18, die nur aus der Anodenkammer besteht.

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Das andere Ende der genannten Reihe wird von der Elektrolysezelle 19 abgeschlossen. Alle Elektrolysezellen sind auf einem Filterpressenständer angeordnet und bilden die gesamte bipolare Elektrolysezelle»

An die Enden der bipolaren Elektrolysezelle wird eine Spannung angelegt. Der Katholyt und der Anolyt werden getrennt von Vorratsbehältern über flexible Schläuche in die einzelnen Zellen geführt und von dort wieder abgeleitet. Der Katholyt wird unter Verwendung einer Pumpe den Kathodenkammern zugeführt, anschließend im Gemisch mit einem bei der Elektrolyse gebildeten Gas abgezogen, in den Vorratsbehälter des Katholyten zurückgeführt und anschließend von dem genannten Gas getrennt. Entsprechend wird mit dem Anolyten verfahren.

Unter Verwendung der vorgenannten bipolaren Elektrolysezelle wird eine Elektrolyse durchgeführt, wobei wäßrige Natriumchloridlösung als Anolyt und wäßrige Natriumhydroxidlösung als Katholyt dienen. In jede der Zelleneinheiten werden der Katholyt und der Anolyt in einer Menge von jeweils 6OO Liter/ Stunde eingespeist. Dem Vorratsbehälter des Anolyten werden gesättigte wäßrige Natriumchloridlösung und Salzsäure derart zugeführt, daß am Ausgang der Anodenkammer für die Natriumchloridlösung eine Konzentration von 2,5 η und ein pH-Wert von 3 erreicht werden. Dem Vorratsbehälter für den Kcttholyten wird Wasser zugeführt, so daß am Ausgang der Kathodenkammer eine Natriumhydroxidkonzentration von 5 η erhalten wird. In der Kathoden- und in der Anodenkammer wird eine Elektrolyse-

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temperatur von 90 C eingestellt. Die Stromdichte beträgt 50 A/

dm , entsprechend einer Stromstärke von 14 200 A.

An der Anode wird Chlor und an der Kathode Wasserstoff gebildet. Die Druckdifferenz zwischen der Kathoden- und der Anodenkammer wird durch Piinstellen der entsprechenden Drucke in den Vorratsbehältern für den Anolyten und den Katholyten reguliert, wobei die Druckdifferenz zwischen den beiden Elektrolysekammern mit einem Quecksilbermanometer gemessen wird. Die Beziehung zwischen dieser Druckdifferenz und die Elektrolysespannung pro Elektrolysezelleneinheit der gesamten bipolaren Elektrolysezelle wird in Tabelle III erläutert.

	Tabelle III
Druckdifferenz, m Wassersäule	Elektrolysespannung, V
-1	M1
0	3,7 - 3,9
+0,2	3,72
+ 1	3,65
+2	3,65
+5	3,65

Bemerkung: Das Pluszeichen in Tabelle III bedeutet, daß der · Druck in der Kathodenkammer höher ist als in der Anodenkammer. Das Minuszeichen bedeutet das Gegenteil.

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Aus Tabelle III ist der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ersichtliche Nach der Durchführung des Verfahrens wird die verwendete Elektrolysezelle zerlegt, wobei festgestellt wird, daß an der Kationenaustauschermembran weder eine Überhitzung noch eine sonstige Beschädigung aufgetreten ist"_o

Beispiel 3

In der gemäß Beispiel 2 eingesetzten Elektrolysezelle werden die Dicken der aus einer Titanplatte bestehenden Strebe 7 und der aus einer Eisenplatte bestehenden Strebe 9 variiert, so daß damit die Breitender Kathoden- und der Anodenkammer variiert werden.

Die Elektrolyse wird gemäß Beispiel 2 durchgeführt, jedoch unter Anwendung einer Elektrolysetemperatur von 70 C, einer Stromdichte von 30 A/dm , einem Elektrodenabstand von 5 mm und einem Druck in der Kathodenkammer, der um 2 m Wassersäule ' über dem Druck in der Anodenkammer liegt.

Die Ergebnisse sind in Tabelle IV zusammengefaßt.

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Tabelle IV

Breite der Kathoden- Breite der Anoden- Elektrolyse— kammer, mm kammer, mm spannung, V

60	10	3,26
50	20	3,25
4o	30	3,27
30	40 .	3,29
10	6o	3,33
5	4o	3,45
10	4o	3,39
20	. 40	3,34
30	4o	3,29
40	4o	3,27
50	'4 0	3,26
6o	4o	3,26

Vergleich sbei spiel

Die Elektrolysezelle gemäß Beispiel 2 wird wiederholt, jedoch unter Verwendung von Abstandshaltern mit einer Porosität von 60 ⁰Jo₉ Die Abstandshalter sind dadurch hergestellt worden, daß eine 1 mm dicke Folie aus Tetrafluoräthylen mit Schnitten versehen und anschließend expandiert worden ist. Derartige Abstandshalter werden jeweils zwischen der 'Anode und der Kathode einerseits und der KatJonenaustauschermembran andererseits angeordnet. 'Es ergibt sich, daß auch bei Veränderung der Druckdifferenz zwischen der Anoden- tind der Kathoden-

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kammer keine so große "Verminderung der* Elektrolyse spannung erreicht wird wie beim erfindungsgemäßen Verfahren. Darüber hinaus ergibt sich bei einer Stromdichte von 12 A/dm bereits eine Elektrolysespannung von 3»7 V₀ Es werden also nicht die hohe Stromdichte und die niedrige Elektrolysespannung wie in Beispiel 2 erreicht.

Beispiel k

In einer aus zwei Kammern bestehenden Elektrolysezelle, die mit einer Kationenaustauschermembran der Fläche 5 cm χ 5 cm ausgerüstet ist, zirkulieren zwischen der Anodenkammer und einem etwa 5 Liter fassenden Vorratsbehälter eine wäßrige 2,5 η Natriumchloridlösung und zwischen der Kathodenkammer und einem etwa 5 Liter fassenden Vorratsbehälter eine wäßrige 17-prozentige Natriumhydroxidlösung. Nach dem Einstellen der beiden Lösungen auf eine Temperatur von 75 C wird während 120 Stun den eine kontinuierliche Elektrolyse bei einer Stromdichte von 50 A/dm (an der Oberfläche der Kationenaustauschermembran und an der Anodenoberfläche) durchgeführt. Während der Elektrolyse wird der Anolyt durch Zugabe von reinem festem Natriumchlorid auf eine Konzentration von 2,3 η bis 3»0 η eingestellt. Unter Verwendung eines in der Umlaufleitung für die wäßrige Natritimchloridlösung angeordneten pH-Meßgeräts erfolgt die automatische Zugabe von Salzsäure in den Vorratsbehälter für die wäßrige Natriumchloridlösung, wodurch der pH-Wert dieser Lösung auf 2,0 - 0,2 eingestellt wird. Der Druck in der Kathodenkammer wird um 1 m Wassersäule höher gehalten als in der Anodenkammer,

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Die verwendete Anode besteht aus Titan, das mit einer festen Lösung eines Gemisches von Rutheniumoxid und Titanoxid beschichtet worden ist, und dio Kathode aus Eisen, das mit Nickelrhodanid beschichtet ist. Als Membran dient eine Sulfonsäuregruppen enthaltende Kationenaustauschermembran mit einer Dicke von 1 mm, die auf ein Gewebe aus Polypropylen als Träger aufgebracht ist_o

Nach 12Ostündiger kontinuierlicher Elektrolyse werden im Ano-Iyten keine Chlorsäureionen festgestellt. Der Gehalt an Sauerstoff im gebildeten Chlor beträgt während der letzten Stunde der Betriebszeit 0,39 °/o*

¥ird Beispiel 4 unter Verwendung einer Anode wiederholt, in deren Beschichtung ein Gemisch von gefälltem Ruthenium oder Platin enthalten ist, werden die gleichen Ergebnisse erzielt.

Beispiel 5

Beispiel 4 wird wiederholt, jedoch unter Verwendung einer wäßrigen 4,2 η Natriumchloridlösung. Die Elektrolyten werden auf eine Temperatur von 90 C eingestellt und die Elektrolyse wird bei einer Stromdichte von 50 A/dm (an der Oberfläche der Kationenaustauschermembran und an der Anodenoberfläche) durchgeführt.

Durch Zugabe von festem Natriumchlorid wird während der Elektrolyse die Konzentration des Natriumchlorids im Änolyten auf 4,2 η

ί 0,2 η gehalten. Gleichzeitig wird zu bestimmten Zeiten aus der Umlaufleitung des Änolyten eine Probe entnommen, um darin

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die Säurekonzentration zu bestimmen. Diese Konzentration wird durch Zugabe einer entsprechenden Menge Salzsäure auf 0,2 η 0,1 η eingestellt.

Die verwendete Anode besteht aus einer 1 mm dicken Platte aus einer Titanlegierung, die in einer Dicke von 3 U mit Rutheniumoxid beschichtet ist. Als Kathode dient eine Eisenplatte. Die Membran ist eine 0,7 mm dicke, Carboxylgruppen enthaltende Kationenaustauschermembran, die auf ein Gewebe aus Polypropylen als Träger aufgebracht worden ist. Die während der Elektrolyse gebildeten Mengen an Natriumhydroxid und Chlorsäure werden bestimmt. Auch wird die Zusammensetzung des gebildeten Chlors während der letzten Betriebsstunde der Elektrolyse festgestellt.

Es ergibt sich, daß während der Elektrolyse 687,1 g Natriumhydroxid gebildet werden, was einer Stromausbeute von 92,1 °/o entspricht. Im Anolyten wird keine Chlorsäure festgestellt. Die Menge an Sauerstoff, die in dem während der letzten Betriebsstunde der Elektrolyse gebildeten Chlor enthalten ist, beträgt O,kk °/o,

Beispiel 6

In einer Elektrolysezelle, die aus 3 hintereinandergeschalteten Elektrolysezelleneinheiten mit jeweils 2 Kammern und einer wirksamen Elektrolysefläche von jeweils 100 dm (100 cm χ 100 cm) besteht, wird über einen- längeren Zeitraum eine wäßrige Nätriumchloridlösung elektrolysiert.

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Als Membran dient eine SuIfonsäuregruppen enthaltende Kationen austauschermembran, die im wesentlichen aus einem Fluor enthal tenden Polymerisat besteht.

Während der Elektrol}^rse wird die Konzentration des Natriumchlorids in dem der Elektrolysezelle zugeführten Elektrolyten auf 290 bis 310 g/Liter und in dem aus der Elektrolysezelle ab geführten Anolyten auf 240 bis 260 g/Liter eingestellt· Der Elektrolyt zirkuliert der Reihe nach durch die Elektrolysezelle, den Vorratsbehälter für verdünnte wäßrige Natriumchloridlösung, den Auflöser für Natriumchlorid, den Ionenaustauscher zur Beseitigung von Calcium und Magnesium aus dem Elektrolyten und den Vorratstank für gereinigte gesättigte Natriumchloridlösung. Zusätzlich wird die der Elektrolysezelle zugeführte Natriumchloridlösung mit einer entsprechenden Menge Salzsäure versetzt, so daß der aus der Elektrolysezelle abgeführte Anolyt einen pH-Wert von 2,5 aufweist_o

Über die Kathodenkamnier zirkuliert eine etwa 17prozentige Natriumhydroxidlö sung,,

Während der Elektrolyse liegt dor Druck in der Kathodenkammer um 0,3 πι Wassersäule höher als in der Anodenkammer.

In der vorgenannten Elektrolysezelle wird die Elektrolyse während 65 Tagen (etwa I6OO Stunden) kontinuierlich durchgeführt, wobei eine Elektrolysetemperatur von 75 C und eine Stromdichte von 40 A/dm aufrechterhalten werden.

L ■

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Während der Elektrolyse wird die Konzentration von Chlorsäureionen periodisch gemessen. Es ergibt sich, daß diese Konzentration während der ersten 20 Tage der Elektrolyse langsam ansteigt und nach 25 Tagen im wesentlichen konstant bleibt, wobei 0,2 g/Liter Natriumchlorat in der Lösung gemessen werden» Der weitere Verlauf der Elektrolyse ist stabil, ohne daß eine Beeinträchtigung, beispielsweise eine Abnahme der Löslichkeit von Natriumchlorid, beobachtet wird,

. Der Gehalt an Sauerstoff in dem während der Elektrolyse gebildeten Chlor beträgt im Durchschnitt 0,1 bis 0,2 °/o. Die Stromausbeute bezüglich des gebildeten Natriumhydroxids beträgt etwa 95 ^.

Die eingesetzte Anode ist durch Beschichten eines Titangitters mit einer Dicke von 1,5 mm und einer Porosität von 60 ^c/o mit einer festen Lösung eines Gemisches von 70 Molprozent Rutheniumoxid, 20 Molprozent Titanoxid und 10 Molprozent Zirkonoxid erhalten worden. Als Kathode dient ein Eisengitter mit einer Dicke von 1,5 mm und einer Porosität von 60 °/o,

Beispiel 7

Ein Copolymer!sat aus Perfluor-^2-(2-fluorsulfonyläthoxy)-propylvinyläther/ und Tetrafluoräthylen wird zu einer Membran von 0,1 mm Dicke verformt. Diese Membran wird an einem Teflonnetz befestigt und dann hydrolysiert, wobei eine Kationenaustauschermembran mit einer Dicke von O,12 mm erhalten wird» Die erhaltene Membran wird bei einer Temperatur von 90 C mit einem

L _!

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Gemisch von 30 Teilen Styrol, 20 Teilen Acrylsäure und 30 Teilen Divinylbenzol imprägniert. Das Monomer engemisch wird anschließend bei einer Temperatur von 100°C polymerisiert. Die

so erhaltene Membran wird in 1,2 m große Stücke geschnitten.

50 bipolare Elelctrolysezellen, die jeweils aus einem Gitter be-

stehende Elektroden mit einer wirksamen Fläche von 1 -m gemäß Fig. 1,2 und 3 aufweisen, werden hintereinanderangeordnet, Die Anoden bestehen jeweils aus einem Gitter, das durch Expandieren einer 1,5 mm dicken Titanplatte und nachfolgendes Aufschmelzen von Rutheniumoxid erhalten worden ist, und werden gemäß Fig. 1 in der Elektrolysezelle eingesetzt. Die Kathoden bestehen jeweils aus einem Gitter, das durch Plattieren eines 1,5 mm dicken Eisengitters mit Nickelsulfid hergestellt worden ist. Der jeweils die beiden Elektroden verbindende Leiter wird

durch Verschrauben befestigt. In jeder der einzelnen Elektrolysezellen beträgt der Abstand zwischen der Kationenaustauschermembran und einer benachbarten Elektrode 2 mm.

Die Breite des Raumes 71» in. dem das an einer Elektrode gebildete Gas aufsteigt, beträgt 30 mm und die Breite der Ableitung 113 7 mmj vgl. Fig, 1, " ■ ·

Durch die Anodenkammer zirkuliert eine gereinigte, wäßrige, 305 g/Liter Natriumchlorid enthaltende Lösung mit einer Menge von 11 515 kl/Stunde, Am Ausgang der Kathodenkaminer werden dem Katholyten 10 O63 kg/Stunde Wasser kontinuierlich zugeführt, so daß die Konzentration der gebildeten Natriuirihydroxidlösung

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20 °/o beträgt. Der Druck in der Kathodenkammer -wird um 2 m Wassersäule höher eingestellt als in der Anodenkammer.

Die Elektrolyse wird mit einer Stromstärke von 5000 A durchgeführt. Die Menge des in der Anodenkammer gebildeten Chlors beträgt 31 *l·»5 kg/Stunde¹ und die Menge der in der Kathodenkammer gebildeten 20prozentigen Natriumhydroxidlösimg 15 211,8 kg/Stunde. Gleichzeitig werden in der Kathodenkammer 9325 g/Stunde ¥asserstoff gebildet. Die Stromausbeute liegt bei 95» 1 ^c/o, wobei die Spannung jeder Zelle 3»86 V beträgt. Die Elektrolyse verläuft über einen langen Zeitraum stabil.

Beispiel 8

Ein Copolymerisat aus Perfluor~/2-(2-fluorsulfonyläthpxy)-propylvinyläther/ und Tetrafluoräthylen wird zu einer Membran mit 0_f12 mm Dicke verformt_o Die Membran wird hydrolysiert und dann bei einer Temperatur von 80 C mit einer Lösung von Perfluoracrylsäure imprägniert, die anschließend polymerisiert wird, wobei eine Kationenaustauschermembran von 0,1^ mm Dicke und 1,2 m χ 1,2 m Fläche erhalten wird.

Unter Verwendung der erhaltenen Kationenaustauschermembran werden 50 bipolare Elektrolysezellen hintereinandergeschaltet, in deren oberen Teil jeweils ein Raum vorgesehen ist, in dem Gas und Flüssigkeit sich trennen können, wiö in Fig· 1, 2 und 3 erläutert ist. Die Anordnung der Elektrolysezcllen entspricht der in Beispiel 7 eingesetzten Anordnung, jedoch mit dem Unterschied, daß die Elektrolysezellen in der vorliegenden

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-3t

Anordnung den Raum zur Trennung von Gas und Flüssigkeit aufweisen und mit anderen Anoden ausgerüstet sind. Die in dieser Anordnung eingesetzten Anoden bestehen aus horizontal und zueinander parallel angeordneten Stäben aus Titan mit einem Durchmesser von je 3 mm» die mit Rutheniumoxid beschichtet sind. Der Abstand zwischen 2 Stäben beträgt 20 mm und die ef-

2 fektiye Stromdurchgangs fläche jeder Elektrode 1 dm .

Durch die Anodenkammer zirkuliert mit einer Menge von 12 820 kl/ Stunde eine gereinigte wäßrige Natriuracli3.oridlb"sung mit einer Konzentration von 305 g/Liter. Der aus der Kathodenkammer austretenden Lösung werden kontinuierlich 1127*4 kg/Stunde Wasser zugegeben, um die Konzentration der die Kathodenkammer verlassenden Natriumhydroxidlösung auf 31 »1 °/» einzustellen«

Die Elektrolyse wird mit einer Stromstärke von 5000 A durchgeführt. Dabei werden in der Anodenkammer 311»2 kg/stunde Chlor und in der Kathodenkammer 1127,4 kg/Stunde Natriumhydroxid sowie 9325 g/Stunde Wasserstoff gebildet. Die Stromausbeute bezüglich Natriumhydroxid beträgt 9-6,1 °/o und kann über einen langen Zeitraum stabil gehalten werden. Die Elektrodenspannung beträgt jeweils 3,95 V.

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Claims

NACHQEREIOHTI - 32 - Pat entansprüche

1. Verfahren zur Elektrolyse wäßriger Lösungen in einer Elektrolysezelle, die durch eine Kationenaustauschermembran in eine Kathodenkammer und eine Anodenkamraer geteilt ist, unter Abführung der an den Elektroden gebildeten Gase, dadurch gekennzeichnet", daß man während der Elektrolyse in der Kathodenkammer einen höheren Druck einstellt als in der Anodenkammer.

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NACHGERJEICHT

2. Verfahren nach 'Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das an der Anode gebildete Gas an der Rückseite der Anode abführt.

3* Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Elektrolysezelle einsetzt, deren Kathodenkanimer ein größeres Volumen aufweist als die Anodenkammer, und .die an den Elektroden gebildeten Gase jeweils an der Rückseite der entsprechenden Elektrode abführt,

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Kathodenkammer einen Um 0,2 bis 5 m Wassersäule höheren Druck einstellt als in der Anodenkammer.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Anode eine gasdurchlässige Metallplatte einsetzte

6. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß man als Anode und Kathode jeweils eine gasdurchlässige Metallplatte einsetzt.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Elektrolyten eine wäßrige Natriumchloridlösung einsetzt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man im Anolyten durch Zugabe von Mineralsäure einen pH-¥ert von höchstens 3,5 aufrechterhält.

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9. Elektrolysezelle zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch-1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die durch eine Kationenaustauschermembran in eine Anodenkammer und eine Kathodenkammer geteilte Elektrolysezelle gasdurchlässige metallische Elektroden aufweist, die so angeordnet sind, daß jeweils der Abstand zwischen einer Elektrode und der hinter dieser Elektrode liegenden Wand der Elektrolysezelle größer ist als der Abstand zwischen der genannten Elektrode und der Kationenaustauschermembran und das während der Elektrolyse an der der Kationenaustauschermembran gegenüberliegenden Oberfläche der genannten Elektrode gebildete Gas durch die Elektrode hindurch in den Raum zwischen der Elektrode und der genannten Wand der Elektrolysezelle strömt und dort an die Oberfläche des Elektrolyten trittο

10. Elektrolysezelle mit mehreren Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus mehreren hintereinandergeschalteten Elektrolysezellen gemäß Anspruch 9 besteht.

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