DE2621590B2 - Elektrolyse und Elektrodialyseverfahren für eine wäßrige Lösung einer Base - Google Patents
Elektrolyse und Elektrodialyseverfahren für eine wäßrige Lösung einer BaseInfo
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Description
Bei verschiedensten industriellen Verfahren fallen Lösungen an, welche eine Base enthalten. Diese werden
im folgenden als basenhaltige Lösungen bezeichnet Beispiele solcher Lösungen sind Natriumhydroxid
enthaltende Abfallösungen, weiche bei der Pulpenbehandlung in einer Viskoserayon-Anlage anfallen oder
basenhaltige Lösungen, welche bei Metallbehandlungen anfallen oder basenhaltige Lösungen, weiche bei der
Regenerierung eines Ionenaustauscherharzes anfallen.
Es ist häufig erforderlich, eine selektive Konzentrierung und Rückgewinnung der Base aus der basenhaltigen Lösung durchzuführen oder eine Entalkalisierung
der basenhaltigen Lösung untei Gewinnung einer hochkonzentrierten Basenlösung oder es ist erforderlich, aus den genannten basenhaltigen Lösungen
bestehende Produkte zu isolieren oder eine Umweltverschmutzung durch diese Lösungen zu vermeiden.
Es wurde vorgeschlagen, eine Base selektiv in einer Konzentrierungskammer in Nachbarschaft zu einer
Verdünnungskammer zu erhalten, wobei man eine basenhaltige Lösung in die Ionenverdünnungskammer
einer Elektrodialysezelle einleitet Auf diese Weise gelingt die Konzentrierung der Base oder die
Entfernung der Base aus der basenhaltigen Lösung. Bei der herkömmlichen Elektrodialyse tritt die Base, z. B.
die Hydroxylionen, durch die Kationenaustauschermembran hindurch, und zwar aufgrund einer Diffusion,
welche durch die Konzentrationsdifferenz hervorgeru fen wird oder durch Elektrophorese. Wenn die
Konzentration der Base in der Konzentrierungskammar gering ist so treten keine Schwierigkeiten ruf.
Wenn jedoch die Konzentration der Base in der Konzentrierungskammer hoch ist, so ist die elektrische
Stromausbeute stark herabgesetzt, so daß das Verfahren nicht vorteilhaft industriell durchführbar ist.
Es ist bekannt, eine basenhaltige wäßrige Lösung, z. B.
eine wäßrige Alkalihydroxidlösung, durch eine Elektrodialyse einer wäßrigen Alkalichloridlösung nach einem
Diaphragmaverfahren herzustellen, wobei man als Diaphragma eine Kationenaustauschermembran ver
wendet. Dieses Verfahren führt nicht zur Umweltbelastung. Bei dem herkömmlichen Verfahren wurden
Kationenaustauschermembranen zur Herbeiführung einer Trennung zwisrhen den Anoden und den
Kathoden verwendet wobei anolytische Abteile und katholytische Abteile gebildet werden. Eine wäß.igc
Alkalichloridlösung wird in das anolytische Abteil eingeleitet. Bei Anlegen einer Spannung fließt ein Strom
und man erhält eine wäßrige Alkalihydroxidlösung in dem katholytischen Abteil durch elektrolytische Dialyse.
Wenn in diesem Falle die Konzentration des Alkalihydroxids in dem katholytischen Abteil erhöht
wird, so treten die Hydroxylionen durch die KationenaustauschermembraiicM
in das andere Abteil ein, und zwar in einer Diffusion, welche durch den Konzentrationsunterschied und durch die Elektrophorese hervorgerufen wird. Solange die Konzentration des Alkalihydroxids in dem katholytischen Abteil gering ist, treten
dabei keine Schwierigkeiten auf. Wenn jedoch die Konzentration des Alkylihydroxids in dem katholytischen Abteil groß ist, z.B. größer als 15 Gew.-%
(industrielle Konzentration), so beträgt die Stromausbeute oder der Stromwirkungsgrad weniger als 70%, so
ι ο daß das Verfahren kaum industriell durchführbar ist
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues Elektrodialyseverfahren und ein Elektrolyseve;fahren
für eine basenhaltige wäßrige Lösung zu schaffen, welches mit hohem Stromwirkungsgrad unter Verhin
derung einer Diffusion der Base durch eine Kationen
austauschermembran durchführbar ist Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein neues Elektrodialysenverfahren für eine basenhaltige wäßrige Lösung zu
schaffen, bei dem man eine Kationenaustauschermem
bran aus einem speziellen Copolymeren verwendet
welches bisher nicht als Kationenaustauschermembran verwendet wurde. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung,
ein neues Elektrodialysenverfahren zur Konzentrierung
oder Entalkalisierung einer basenhaltigen wäßrigen
Lösung mit hohem Stromstärkewirkungsgrad zu schaffen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein neues
Elektrolyseverfahren zu schaffen, nach dem Alkalihydroxid aus einer wäßrigen Lösung von Alkalichlorid mit
hohem Stromstärkewirkungsgrad gewonnen werden
kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Verwendung einer Kationenaustauschermembran gelöst welche aus einem Copolymeren des Äthylens und einer
ungesättigten Carbonsäure oder eines Salzes derselben
J5 hergestellt worden ist und welche eine Ionenaustauscherkapazität von 0,7 bis 3 Milliäquivalente/g (trockenes Harz) aufweist Diese Kationenaustauschermembran wird bei der Elektrodialyse und der Elektrolyse
einer basenhaltigen Lösung verwendet
Die erfindungsgemäß eingesetzte Kationenaustauschermembran besteht aus einem Copolymeren von
Äthylen und einer ungesättigten Carbonsäure oder einem Salz derselben. Ein solches Copolymeres wurde
bisher noch nicht als Ionenaustauschermembran ver-
4") wendet Es handelt sich bei dem Copolymeren im
wesentlichen um lineare Copolymere mit im wesentlichen keiner Vernetzungsstruktur. Daher ist die Quellungsfähigkeit sehr ausgeprägt Es wird angenommen,
daß Copolymere dieser Art bisher nicht als Ionenaus-
V) tauschermembranen verwendet wurden, da man das
Brechen der Membran befürchtete. Es wurde nun aber festgestellt, daß Membranen aus derartigen Copolyme
ren, bestehend aus einer speziellen Komposition von Äthylen und einer ungesättigten Carbonsäure oder
r>r> einem Salz derselben, welche eine spezifische Ionenaustauschkapazität
haben, bei Berührung mit einer basenhaltigen Lösung stabil sind, da die Quellungsfähigkeit
in hohem Maße inhibiert wird. Es wurde festgestellt, daß bei Verwendung dieser Kationenaustauschermem-
«> bran für die Elektrodialyse und die Elektrolyse einer
basenhaltigen Lösung die durch eine Differenz der Konzentration der Base hervorgerufene Diffusion
gering ist und daß das Hindurchtreten oder' Hindurchlecken aufgrund von Elektrophorese gering ist, so daß
hr> ein großer Stromstärkewirkungsgrad erzielt werden
kann.
Es ist wichtig, für eine gewünschte Ionenaustauschkapazität der Katiorisnaustaiischermernbrar! aus dem
Copolymeren des Äthylens und der ungesättigten
Carbonsäure oder des Salzes derselben zu sorgen. Die Ionenaustauschkapazität sollte im Bereich von 0,7 bis 3
Milliiquivalente/g liegen (trockenes Harz). Wenn die
Ionenaustauscherkapazität Ober dem genannten Bereich liegt, so ist der Wassergehalt der Membran zu
hoch und der Stromstärkewirkungsgrad gering. Wenn andererseits die Ionenaustauscherkapazität unterhalb
dieses Bereichs liegt, so ist der elektrische Widerstand nachteiligerweise zu hoch. Es wurde festgestellt, daß die
frMOTnmstEMschirapagitJt vorzugsweise im Bereich von
03 bis 2JS Mfl]iäquivalente/g (trockenes Harz) liegen
sollte. Die IonenaustaiischkapaTität _wird festgelegt,
indem man das Verhältnis von Äthylen zu der ungesättigten Carbonsäure oder zu dem Salz derselben
im Copolymeren festlegt
Bei der ungesättigten Carbonsäure oder bei dem Salz
derselben im Copolymeren handelt es sich um eine Carbonsäure (oder ein Salz derselben) mit einer
polymerisierbaren ungesättigten Bindung im Molekül. Geeignete ungesättigte Carbonsäuren und Salze derselben umfassen Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure,
Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, Fumarsäure, Fumarsäureanhydrid, quaternäre Ammoniumsalze derselben,
Alkalimetallsalze derselben, wie Natriumsalze oder Kaliumsalze und Salze derselben mit einem Metall der
Gruppe II des Periodensystems, z.B. Zink, Calcium, Magnesium oddgL Man kann eine Vorstufe der
«^-ungesättigten Carbonsäure oder des Salzes derselben wählen, z. B. einen Ester, ein Amid oder ein Nitril,
welche bei Hydrolyse oder Neutralisation die ungesättigte Carbonsäure oder das Salz liefern. Bei der
Herstellung des Copolymeren kann man auch zwei oder mehrere ungesättigte Carbonsäuren oder Salze derselben verwenden und falls erwünscht kann noch ein
weiteres Comonomeres wie Styrol, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Vinylalkohol! Vmyläther, od. dgl. hinzugesetzt werden. Das erfindungsgemäßc Copolymere kann
durch herkömmliche Polymerisation hergestellt werden (US-PS 3264272). Das Molekulargewicht des Copolymeren liegt vorzugsweise im Bereich von 5000 bis
500000 und insbesondere im Bereich von 15 000 bis 300 000 unter dem Gesichtspunkt der Membranherstellung. Unter den Copolymeren sind solche mit den
nachstehenden Struktureinheiten bevorzugt, und zwar im Hinblick auf die Eigenschaften der Ionenaustauschermembran und in Hinsicht auf die Zugänglichkeit:
wobei X ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe bedeutet und wobei Y ein Wasserstoffatom bedeutet
und wobei m/l (Molverhältnis 0,02 bis 0,15 beträgt und
wobei π 0 bis 10 beträgt Y ist vorzugsweise ein Wasserstoffatom oder ein Natriumatom oder ein
Zinkatom und das Verhältnis m/l beträgt vorzugsweise
0,03 bis 0,12.
Es wurde festgestellt, daß die Glasübergangstemperatur des Copolymeren der Kationenaustauschermembran vorzugsweise um mindestens 200C unter der
Temperatur der Elektrodialyse oder der Elektrolyse liegt, wobei der Stromstärkewirkungsgrad der Elektrodialyse genügend groß ist. Der Einfluß der Glasübergangstemperatiir des Copolymeren auf den Slromstär-
kewirkungsgrad ist beträchtlich im Falle der Behandlung einer basenhaltigen wäßrigen Lösung mit hoher
Konzentration. Insbesondere bei industrieller Durchführung des Verfahrens ist es bevorzugt, ein Coporymeres mit einer solchen Glasübergangstemperatur zu
verwenden. Die Glasübergangstemperatur des Copolymeren hängt ab von den Komponenten, vom Vernetzungsgrad, vom Molekulargewicht, von der Ionenaiistauscherkapazität usw. Es ist insbesondere bevorzugt,
ίο ein Copolymeres mit einer Glasübergangstemperatur
zu wählen, welche mindestens 30° C unter der Temperatur der Elektrodialyse liegt und welche fiber
- 1000C liegt Wenn die Glasübergangstemperatur der
Membran zu gering ist, so ist die Zugfestigkeit der
is Membran herabgesetzt
Die Dicke der Kationenaustauschermembran liegt vorzugsweise im Bereich von 20 bis 500 μ und
insbesondere im Bereich von 30 bis 300 μ unter dem Gesichtspunkt des elektrischen Widerstandes und der
mechanischen Festigkeit Man kann insbesondere eine Kationenaustauschermembran verwenden, welche mit
einem dünnen Träger, z. B. einer Folie, einem Tuch oder
einem Gewebe, verstärkt ist Der Träger kann aus einem alkalifesten Polymeren bestehen, z.B. aus einem
Olefinpolymeren, aus einem fluorhaltigen Polymeren oder aus einem Vinylhalogenidpolymeren od. dgL Wenn
ein Träger verwendet wird, wird bei der Berechnung der Ionenaustauscherkapazität das Gewicht des Trägerpolymeren nicht berücksichtigt
ju Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine
Elektrodialyse oder eine Elektrolyse einer basenhaltigen wäßrigen Lösung unter Verwendung einer solchen
Kationenaustauschermembran durchgeführt Dabei geht man folgendermaßen vor:
Wenn die basenhaltigc wäßrige Lösung elektrodialysiert wird, um sie zu konzentrieren, oder um die Base zu
entfernen, so wird eine Elektrodialysenzelle verwendet bei der alternierend zwischen den Elektroden Kationenaustauschermembranen und Anionenaustauschermem-
branen angeordnet sind. Bei der Elektrodialysenzelle kann es sich um eine Zelle vom Filterpreßtyp oder vom
Einheitszellentyp handeln. Die Anionenaustauschermembranen, welche zur Herstellung der Elektrodialysenzelle verwendet werden können, bestehen aus einem
gleichförmigen Polymeren vom Polymerisationstyp oder vom Polykondensationstyp. Es kann sich um
gleichförmige oder ungleichförmige Membranen handeln. Die Anionenaustauschermembranen können
schwach-basis oder stark-basis sein, wobei als Ionenaus-
r>() tauschergruppen primäre, sekundäre oder tertiäre
Aminogruppen oder quaternäre Ammoniumgruppen oder quaternäre Phosphoniumgruppen od. dgl in Frage
kommen. Die Anionenaustauschermembran kann eine Selektivität gegenüber bestimmten Anionen haben.
Bei der Kationenaustauschermembran können die Carbonsäuresalzgruppen des Copolymeren in die
entsprechende Carbonsäure oder in ein anderes Metallsalz umgewandelt werden. Zum Beispiel ist es
bevorzugt, ein Copolymeres mit Salzgruppen eines
fco mehrwertigen Metalls, z. B. -COOZn durch Umsetzung mit Alkalihydroxid oder Alkalichlorid in ein
Alkalisalz (-COONa) umzuwandeln, wenn die Membran für die Elektrodialyse von Natriumhydroxid
verwendet werden soll. Die basenhaltige Lösung wird in
h5 die lonenverdünnungskammer der elektrodialytischen
Zelle eingeleitet, welche anodenseitig durch eine Anionenaustauschermembran und kathodenseitig durch
eine Kationenaustauschermembran abgetrennt sind.
Andererseits fließt eine gewünschte Elektrolytlösung
durch die Ionenkonzentrierungskammern, welche anodenseitig durch eine Kationenaustauschermembran
und kathodenseitig durch eine Anionenaustauschermembran abgetrennt sind. In den Konzentrierungskammern bildet sich die Base in Abhängigkeit von der
Dialyse. Demgemäß ist es nicht erforderlich, von einer
äußeren Quelle her eine Elektrolytlösung einzuführen.
Die Elektrodialyse wird vorzugsweise mit einer Stromdichte von 0,1 bis 50 A/dm2 durchgeführt, wobei
die Kationen und Anionen (Hydroxylionen) der Base in der Verdflnnungskammer durch die Kationenaustauschennembran bzw. durch die Anionaustauschermembran in die Konzentrierungskammer wandern. Ein
wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß
die Kationenaustauschermembran der vorliegenden Erfindung eine geringe Basenpermeabilität hat, so daß
die Menge der hindurchleckenden Base gering ist, obgleich die Base im Wege der Elektrodialyse unter
Steigerung der Konzentration der Base in den Konzentrierungskammern konzentriert wird. Daher ist
der Stromstarkewirkungsgrad der Elektrodialyse ge-,
miß vorliegender Erfindung wesentlich besser als bei herkömmlichen Elektrodialysen.
Im folgenden wird als Beispiel einer Elektrolyse einer basenhaltigen wäßrigen Lösung unter Verwendung der
erfindungsgemäßen Kationenaustauschermembran eine Elektrolyse zur Herstellung von Alkalihydroxid aus
einer wäßrigen Alkalichloridlösung erläutert Die Elektrolyse wird in einer Elektrolysenzelle durchgeführt, wobei die anolytischen Kammern und die
katholytischen Kammern durch Kationenaustauschermembranen zwischen den Kathoden und Anoden
getrennt sind. Für die Herstellung der Elektrolysezelle kann nur die Kationenaustauschermembran verwendet
werden. Die Kationenaustauschermembranen haben jedoch eine geringe Oxydationsfestigkeit und eine
geringe Chlorfestigkeit Daher ist es bevorzugt, ein Diaphragma mit einer hohen Oxydationsfestigkeit und
Chlorfestigkeit zwischen der Kationaustauschermembran und der Anode vorzusehen, wobei Zwischenkammern oder Zwischenabteile gebildet werden. Als
Diaphragmen mit hoher Oxydationsfestigkeit und hoher Chlorfestigkeit kann man jedes Diaphragma verwenden, welches diesen Anforderungen genügt und eine
große Ionenpermeabilität hat, einschließlich Asbestdiaphragmen, poröse Diaphragmen aus Polytetrafluoräthyien oder fluorhaltige Kationenaustauschermembranen, z.B. Membranen aus einem Copolymeren von
Tetrafluoräthylen und einem sulfonierten Perfluorvinyläther und aus Copolymeren aus Tetrafluoräthylen und
carboxylierten Perfluorvinyläther od. dgl. Wenn als oxydationsfestes und chlorfestes Diaphragma eine
fluorhaltige Kationenaustauschermembran verwendet wird, so kann man einen Durchtritt der an der Anode
gebildeten oxydierenden Verbindung durch das Diaphragma zur Kathodenseite hin in befriedigendem
Maße verhindern. Die auf der Kathodenseite angeordnete Kationaustauschermembran kann auf diese Weise
in befriedigendem Maße geschützt werden. Wenn man die Kationaustauschermembran für die Elektrolyse
verwendet, so kann man das Carbonsäuresalz des Copolymeren in die entsprechende Carbonsäure oder in
ein anderes Salz umwandeln. Zum Beispiel kann man das Salz eines mehrwertigen Metalls, z. B. ein Zinksalz,
durch Umsetzung mit Alkalihydroxid oder Alkalichlorid in das Alkalimetallsalz umwandeln.
eine bipolare Zelle sein. Als Elektroden kann man
Antikorrosionselektroden verwenden, weiche dimensionsstabil sind und welche durch Beschichtung eines
Substrats aus Graphit oder TSian mit einem Metall der
Platingruppe oder einem Oxid desselben gebildet werden kann. Die Elektrolysezelle mit den anolytischen
Abteilen oder Kammern und den katholytischen Kammern und gegebenenfalls den Zwischenkammern
wird hergestellt, indem man zwischen den Kathoden
ι ο und Anoden eine Unterteilung mit den Kationenaustauschermembranen und falls erwünscht mit den oxydationsfesten und chlorfesten Diaphragmen vornimmt
Eine wäßrige Alkalichloridlosung (vorzugsweise 2,0 bis 4,0 N Alkalichlorid) wird in die anolytischen Abteile und
in die Zwischenabteile eingeführt und die Elektrolyse wird bei 20 bis 75° C und bei einer Stromdichte von 5 bis
40 A/dm2 durchgeführt, wobei die wäßrige Alkalihydroxidlösung (6 bis 14 N Alkalihydroxid) in den katholytischen Abteilen mit einem Stromwirkungsgrad von mehr
als 90% erhalten wird. Bei einer solchen Elektrolyse hat
die Kationaustauschermembran eine sehr geringe Permeabilität für die Base. Demgemäß ist die Menge
der Base, z. B. der Hydroxylionen, weiche durch die Kationaustauschermembran leckt, äußerst gering, ob
gleich die Konzentration des Alkalihydroxids in den
katholytischen Abteilen im Wege der elektrolytischen
bei der Elektrolyse äußerst hoch.
verschiedene basenhaltige Lösungen behandelt werden. Typische basenhaltige Lösungen umfassen Lösungen
von Alkalimetallhydroxid wie Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid od. dgl, Ammoniak, aliphatische, aromatische oder heterocyclische niedere Amine wie Alkylami-
ne, Äthanolamin, Äthylendiamin, Pyridin od. dgl. Im
Falle der elektrolytischen Dialyse kann das erfindungsgemäße Verfahren in wirksamer Weise zur Behandlung
von Alkalimetallhydroxid durchgeführt werden. In diesem Falle erhält man Alkalimetallhydroxid mit einer
Konzentration von mehr als 40 Gew.-% mit einer Stromausbeute oder mit einem Stromwirkungsgrad von
mehr als 90% aus Alkalimetallchlorid Der Gehalt des Alkalimetallchlorids als Verunreinigung in dem Alkalimetallhydroxid (hohe Konzentration) ist sehr gering
und beträgt weniger als 50 ppm.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert In diesen Beispielen wird die Ionenaustauschkapazität der Kationenaustauschermembran gemessen und berechnet durch
so Elementaranalyse der Kohlenstoffatome und der Wasserstoffatome im mit Säure beladenen Zustand
(Kationenaustauschermembran vom I I-Typ).
Eine Membran aus einem Copolymeren aus Äthylen und Methacrylsäure (Molverhältnis Methacrylsäure/
Äthylen: 0,7; Zahlenmittel des Molekulargewichts: 75000; Glasübergangstemperatur: -73° C) mit einer
Ionenaustauschkapazität von 2,05 Milliäquivalente/g
(trockenes Harz) (Copolymeres I) (Dicke 120 μ) wird
während 14 h in einer 8 N-NaOH bei 600C behandelt wobei eine Kationaustauschermembran des Copolyme
ren (Natriumsalz) erhalten wird. Die Kationaustauschermembranen und Anionaustauschermembranen aus
b5 einem Copolymeren von Styrol und Divinylbenzol
(Dicke 140 μ), welche mit Polyvinylchloridtuch verstärkt sind (»Selemion AMW«; stark basischer Typ; Ionenaustauschkapazität: 1,8 Milliäquivalente/g (trockenes
Harz), hergestellt durch Asahi Glass Company Ltd.) werden alternierend zwischen Anoden und Kathoden
angeordnet, und zwar jeweils über Rahmen mit einer Dicke von 8 mm und befestigt, wobei eine Elektrodialysezelle
vom Filterpreßtyp mit einer wirksamen Fläche der Membran von 9 cm2 erhalten wird. Eine wäßrige
Natriumhydroxidlösung (1,85 Gew.-%) wird mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 3,0 cm/sec durch die
Verdünnungskammern der Elektrodialysezelle geleitet und eine wäßrige Natriumhydroxidlösung (5,0 Gew.-%)
strömt mit einer Geschwindigkeit von 1,0 cm/sec sowohl durch die anolylischen Abteile als auch durch die
katholytischen Abteile. Andererseits strömt eine wäßrige Natriumhydroxidlösung (15,0 Gew.-%) durch die
Konzentrierungskammer. Die Elektrodialyse wird bei 4O0C und bei der Stromdichte von 10 A/dm2 durchgeführt.
Wenn die Elektrodialyse den normalen Zustand erreicht, erhält man kontinuierlich eine wäßrige
Natriumhydroxidlösung mit einer Gleichgewichtskonzentration von 16,9 Gew.-% bei einem Stromstärkewirkungsgrad
von 91,6% und bei einer Einheitszellenspannung von 1,56VoIt.
36 Gew.-Teile Pellets eines Copolymeren aus Äthylen und Methacrylsäure (20% Methacrylsäure; Zinksalz;
Molverhältnis Methacrylsäure/Äthylen = 0,05; Zahlenmittel des Molekulargewichts: 70 000; Glasübergangstemperatur:
— 80° C) mit einer Ionenaustauschkapazität von 1,5 Milliäquivalent/g (trockenes Harz) (Copolymeres
II) werden mit 64 Gew.-Teilen Pellets eines Copolymeren aus Äthylen und Methacrylsäure des
Beispiels 1 (Copolymeres I) vermischt und die Mischung wird geschmolzen und extrudiert, wobei eine Membran
mit einer Dicke von 100 μ erhalten wird. Die Membran wird bei 60°C während 14 h mit 8 N-KOH behandelt,
wobei eine Kationaustauschermembran (Kaliumsalz) erhalten wird. Die Kationaustauschermembranen und
die Anionaustauschermembranen (Selemion AMV wie im Beispiel 1) werden alternierend angeordnet und
befestigt, wobei eine Elektrodialysenzelle wie in Beispiel 1 erhalten wird. Die Konzentrierung des Kaliumhydroxids
wird mit dieser Zelle durch Elektrodialyse durchgeführt, und zwar gemäß dem Verfahren des
Beispiels 1, wobei man jedoch eine wäßrige Kaliumhydroxidlösung (2,5 Gew.-%) in die Verdünnungskammer
einführt und wobei eine wäßrige Kaliumhydroxidlösung (7,5 Gew.-%) in die Konzentrierungskammer fließt Im
Normalzustand erhält man kontinuierlich eine wäßrige Kaliumhydroxidlösung (24,0 Gew.-% bei Gleichgewichtskonzentration)
mit einem Stromstärkewirkungsgrad von 90,2% und bei einer Spannung der Einheitszelle von 135 Volt
Die Elektrodialyse wird nach dem Verfahren des Beispiels 1 durchgeführt, wobei man eine 0,5 N-NH4OH-Lösung
in das Verdünnungsabteil einführt und wobei man Wasser in das Konzentrierungsabteil
einführt Die Stromdichte beträgt 1 A/dm2. Man erhält eine wäßrige Ammoniaklösung (1,8 N bei Gleichgewichtskonzentration)
im kontinuierlichen Betrieb in der Konzentrierungskammer, wobei der Stromstärkewirkungsgrad
76% beträgt
Vergleichsbeispiel 1
Eine Mischung von 62,5 Gew.-Teilen Styrol, 10 Gew.-Teilen Divinylbenzol, 7,5 Gew.-Teilen Äthylvinylbenzol,
20 Gew.-Teilen n-Butylacrylat, 2 Gew.-Teilen Benzoylperoxid und 5,0 Gew.-Teilen Acrylnitril-Butadien-Kautschuk
(Nipol/562, hergestellt durch Nippon Zeon Company Ltd.) wird zur Beschichtung eines
Polyvinylchloridtuchs verwendet. Das beschichtete Tuch wird mit zwei Polyvinylalkoholfolien bedeckt und
unter Komprimierung zunächst während 1 h auf 650C und dann während 3 h auf 1000C erhitzt, wobei
Polymerisation stattfindet. Auf diese Weise erhält man
ίο das Membransubstrat. Das Membransubstrat wird mit
einer 98%igen Schwefelsäure bei 60° C während 5 h sulfoniert, wobei eine Kationaustauschermembran mit
einer Dicke von 161 μ und mit einem elektrischen Widerstand von 2,8Q/cm2 bei 25° C mit einer 0,5 N-NaCI-Lösung
und mit einer statischen Transportzahl von 0,93, gemessen anhand des Membranpotentials
zwischen einer 1 M-NaCl-Lösung und einer 0,5 M-NaCl-Lösung,
erhalten wird. Die Elektrodialyse einer wäßrigen Natriumhydroxidlösung wird nach dem
Verfahren des Beispiels 1 durchgeführt, wobei man diese Kationaustauschermembran verwendet. Man
erhält eine wäßrige Natriumhydroxidlösung mit einer Gleichgewichtskonzentration von 13,1% bei kontinuierlichem
Betrieb. Der Stromstärkewirkungsgrad beträgt 60%.
Eine Membran aus einem Copolymeren von Äthylen und Methacrylsäure gemäß Beispiel 1 mit einer Dicke
von 100 μ wird mit 8N-NaOH bei 7O0C während 5 h
behandelt. Der effektive Widerstand der Membran beträgt 7,5 Ω/cm2. Die behandelte Membran (effektive
Fläche der Membran 25 cm2) wird zwischen einer Platinanode und einer Eisenkathode angeordnet.
4 N-NaCl wird durch das anolytische Abteil mit einer Durchflußrate von 150 ml/h hindurchgeleitet und
8 N-NaOH wird zunächst durch das katholytische Abteil geleitet und dann wird Wasser kontinuierlich mit
einer Durchflußrate von 11 ml/h durch das kathoylti-
4» sehe Abteil geführt und die Elektrolyse wird bei 500C
und bei einem Strom von 5 A und einer Stromdichte von 20 A/dm2 durchgeführt Die Konzentration des Natriumhydroxids
im katholytischen Abteil beträgt 8,9 N und der Stromwirkungsgrad beträgt 94,7%.
Es wird die katholytische Zelle gemäß Beispiel 4 verwendet 4 N-NaCl wird durch das anolytische Abteil
mit einer Durchflußrate von 150 ml/h geführt 10 N-NaOH wird zunächst durch das katholytische Abteil
geführt und dann wird Wasser kontinuierlich mit einer Durchflußrate von 6,6 ml/h durch das katholytische
Abteil geleitet, und die Elektrolyse wird bei 51 °C und einer Stromstärke von 5 A und einer Stromdichte von
20 A/dm3 durchgeführt Die Konzentration des NaOH
beträgt 10,2 N und der Stromwirkungsgrad beträgt 94,8%.
ω Eine Membran eines Copolymeren von Äthylen und
Methacrylsäure gemäß Beispiel 1 mit einer Dicke von 100 μ wird in 8N-NaOH bei 60° C während 16 h
behandelt, wobei eine behandelte Membran (Natriumsalz) erhalten wird. Eine Titan-Rhodium-Anode, eine
fluorhaltige Kationaustauschermembran mit einer Dik- ke von 100 μ (Nation χ 12124", Ionenaustauschkapazität
0,83 Milliäquivalente/g, hergestellt durch EI. du Pont de
Nemours & Company) und die behandelte Membran
(effektive Fläche der Membran 25 cm2) und eine Eisenkathode werden angeordnet, so daß eine elektrolytische
Zelle aus drei Abteilen gebildet wird. Die Dicke des Zwischenabteils beträgt 7 mm und der Abstand
zwischen den Elektroden beträgt 17 mm. 4 N-NaCl werden in das anolytische Abteil mit einer Durchflußrate
von 150 ml/h eingeführt, und 4 N-NaCI wird in das Zwischenabteil mit einer Durchflußrate von 70 ml/h
eingeführt. 8 N-NaOH wird zunächst in das katholytische Abteil eingeführt und dann wird Wasser kontinuierlich
mit einer Durchflußrate von 11 ml/h eingeführt und die Elektrolyse wird bei 55° C und einer Stromdichte
von 20 A/dm2 durchgeführt und bei einer Spannung von 4,9 Volt. Man erhält kontinuierlich 8,9 N-NaOH im
kathoyltischen Abtei! mit einem Stromwirkungsgrad von 94,7% im Normalzustand. Der Gehalt an NaCl in
der erhaltenen wäßrigen NaOH-Lösung beträgt 40 ppm.
Man verwendet eine Mischung aus zwei Copolymeren von Äthylen und Methacrylsäure, nämlich von 64
Gew.-Teilen des Copolymeren I des Beispiels 1 und von 36 Gew.-Teilen des Copolymeren II des Beispiels 2.
Diese werden in einer Walzenmühle bei 1400C während
10 min vermischt und bei 19O0C während 7 min unter einem Druck von 60 kg/cm3 zu einer Membran gepreßt.
Die Membran wird mit 8 N-KOH bei 6O0C während 16 h behandelt, wobei eine behandelte Membran
(Kaliumsalz) erhalten wird. Die elektrolytische Zelle wird gemäß Beispiel 5 hergestellt, wobei man jedoch die
erhaltene behandelte Membran verwendet. 3 N-KCl wird mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 150 ml/h
in das anolytische Abteil eingeführt, und 3 N-KCl wird in das Zwischenabteil mit einer Strömungsgeschwindigkeit
oder Durchflußrate von 70 ml/h eingeführt. 8 N-KOH wird zunächst in das katholytische Abteil
eingeführt und dann wird Wasser kontinuierlich durch das katholytische Abteil mit einer Durchflußrate von
4 ml/h geleitet und die Elektrolyse wird bei 55° C bei
ι ο einer Stromdichte von 20 A/dm: und bei einer Spannung
von 5,0 Volt durchgeführt. Man erhält 11,8N-KOH in kontinuierlicher Arbeitsweise aus dem katholytischen
Abteil bei einem Stromwirkungsgrad von 93.4% im Normalzustand. Der Gehalt an KCl in der erhaltenen
! 5 wäßrigen KOH-I -ösung beträgt 133 ppm
Eine Mischung von 50 Gew.-Teilen des Copolymeren I des Beispiels 1 und 50 Gew.-Teilen des Copolymeren II
des Beispiels 2 wird hergestellt und verarbeitet und gemäß dem Verfahren des Beispiels 7 behandelt, wobei
eine Kationenaustauschermembran mit einer Dicke von 250 μ erhalten wird. Man stellt eine elektrolytische Zelle
unter Verwendung dieser behandelten Membran her und gemäß Beispiel 7 wird eine Elektrolyse der
wäßrigen Lösung durchgeführt, wobei man jedoch 5 2 Volt anwendet. Man erhält kontinuierlich 12,1 N-KCl
mit einem Stromwirkungsgrad von 91,1% im Normalbetrieb. Der Gehalt an KCl in der erhaltenen wäßrigen
KOH-Lösung beträgt 45 ppm.
Claims (1)
- Patentanspruch:Verwendung von ~£ationenaustauschennembranen aus einem Copolymeren von Äthylen und einer ungesättigten Carbonsäure oder einem Salz derselben mit einer Ionenaustauschkapazität von 0,7 bis 3 MilUäquivalent/g für die elektrolytische Herstellung oder die Elektrodialyse basenhaltiger wäßriger Lösungen.
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