DE2640097A1 - Neue kathodenstruktur zur elektrolyse - Google Patents

Neue kathodenstruktur zur elektrolyse

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DE2640097A1
DE2640097A1 DE19762640097 DE2640097A DE2640097A1 DE 2640097 A1 DE2640097 A1 DE 2640097A1 DE 19762640097 DE19762640097 DE 19762640097 DE 2640097 A DE2640097 A DE 2640097A DE 2640097 A1 DE2640097 A1 DE 2640097A1
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polymer
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electrolysis
electrode
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DE19762640097
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Kensuke Motani
Masakatsu Nishimura
Toshikatsu Sata
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Tokuyama Corp
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Tokuyama Corp
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    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/34Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis
    • C25B1/46Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis in diaphragm cells
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
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    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
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Description

  • Neue Kathoden struktur zur Elektrolyse
  • Die Erfindung betrifft eine Kathodenstruktur für die Elektrolyse. Die technische Herstellung von Alkalihydroxiden, Halogengasen oder Sauerstoff und Wasserstoff durch Elektrolyse von wässrigen Lösungen von Alkalisalzen, insbesondere einer wässrigen Lösung von Natriumchlorid, wurde bisher sowohl nach aem Quecksilberverfahren als auch nach dem Diaphragmaverfahren durchgeführt. Auf Grund der auftretenden Verschmutzung durch Quecksilber gelangte jedoch das Quecksilberverfahren bei der Elektrolyse in letzter Zeit aus dem Betrieb und wurde durch das Diaphragmaverfahren ersetzt. Aus Asbest gefertigte wasserd-chlässige neutrale Diaphragnenwerden im allgemeinen bei dem Diaphragma Verfahren der Elektrolyse eingesetzt und verschiedene Vorschläge für das Diaphragmaverfahren der Elektrolyse wurden in den letzten Jahren gemacht, bei denen aus fluorhaltigen Polymeren aufgebaute poröse neutrale Diaphragmen oder poröse Diaphragms mit Kationen austauschbar verwendet werden. Unter einem neutralen Diaphragma wird ein wasserdurchlässiges Diaphragan ohne Ionenaustauschgruppe e verstanden und sämtliche Bezugnahmen auf neutrale Diaphragmen in der folgenden Beschreibung beziehen sich auf derartige Diaphragnen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue Kathodenstruktur in einer Elektrolysierapparatur unter Anwendung von Ionenaustauschmembranen, die durch Lieferung eines Natriumhydroxids von hoher Reinheit ausgezeichnet sind.
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der stabilen Halterung einer Membrane, der Erzielung eines Betriebes einer elektrolytischen Zelle bei niedriger Spannung-und in der Verlängerung der Lebensdauer von Membrane und Kathode.
  • Die Erfindung ist auch dadurch ausgezeichnet, dass sie auf Elektroden von wellenförmigen oder anderen Formen in einer elektrolytischen Zelle vom Fingertyp mit gekrümmten Elektroden angewandt werden kann, die eine hohe Abgabe je Einheitsvolumen der Zelle erlauben. Auf Grund der Erfindung ergeben sich gute Resultate bei der Erhöhung der Stromausnützung und der Reinheit des an der Kathode gebildeten Wasserstoffes.
  • Die vorliegende Erfindung liefert eine Kathoden struktur für die Elektrolyse in flüssiger Phase, die eine Kathode und ein eine Kationenaustauschgruppe enthaltendes Polymeres umfasst, wobei das Polymere in Form eines Filmes auf einer Oberfläche der Kathode aufgeschichtet ist.
  • Die Erfindung liefert auch eine Elektrolytapparatur, die die vorstehend aufgeführte Kathodenstruktur enthält, sowie ein Verfahren zur Elektrolyse, das unter Anwendung der vorstehenden Kathoden struktur durchgeführt wird.
  • Mit "Aufschichtung des eine Kationenaustauschgruppe enthaltenden Polymeren" wird verstanden, dass das rolymere in Form eines Filmes auf eine Oberfläche der Kathode unter Anwendung verschiedener Verfahren, wie Haftung, Schmelzhaftung, Polymerisation, Eondensation- oder Härtungsb ehandlung entweder direkt oder indirekt durch ein geeignetes edium aufgeschichtet wurde.
  • Im allgemeinen ist bei den üblichen elektrolytischen Vorrichtungen bei Anwendung von Kationenaustauschmembranen die Kathode vollständig von den Kationenaustauschmembranen getrennt. Die Kationenaustauschmembranen sind lediglich an geeigneten Stellungen zwischen Anode und Kathode angebracht oder sind lediglich in Gegenüberstellung mit der Anode oder Kathode in Parallelbeziehung angebracht. Da die Kationenaustauschmembranen kürzere Lebensdauer besitzen als Anode und Kathode gab es kein Konzept der Aufschichtung derselben zu einer einheitlichen Struktur.
  • Die Beschichtung ergibt einen stabilen Träger für das Diapnragna. Wenn die Kathode und die Membrane lediglich in Gegenüberstellung angebracht sind, steht ein Gas in den Zwischenräumen der Gitterstruktur oder der Netzstruktur, die die Kathode bildet (Bildung von "Gastaschen") und der auf Blasen des stehenden Gases zurückzuführende elektrische Widerstand und der elektrische Widerstand auf Grund des Auf-Eteigens eines Teiles des Gases zwischen der Kathode und der Membrane verursachen eine Erhöhung der Spannung. Entsprechend der Erfindung tritt die Membrane von sich aus in die Zwischenräume der Gitterstruktur oder Netzstruktur, die die Kathode bildet, ein und infolgedessen treten Reine Gastaschen auf. Anders ausgedrückt, tritt kein Stehen von Gasblasen auf, sondern das erzeugte Gas steigt leicht entlang der rückseitigen Oberfläche der Kathode auf. Infolgedessen kann die Zellspannung um etwa 150 bis 200 mV im Vergleich zum Fall einerlediglich ~erfolgenden Gegenüberstellung von Kathode und membran gesenkt werden Die Verringerung der Zellspannung beeinflusst direkt die Betriebskosten und ist äusserst wichtig zur Verringerung der Kosten der - Herstellung.
  • Die vorliexende Erfindung liefert auch den Vorteil der Verlängerung der Lebensdauer von Membran und Kathode. Infolge der Beschichtung sind Membran und Kathode frei von Schäden, die normalerweise durch Reibung zwischen denselben auftreten, wenn sie -lediglich einander gegenübergestellt sind. Ferner ist die Kathoden struktur gemäss der Erfindung frei von der-Erscheinung, dass gefährliche In den Gastaschen vorhandene Materialien an der Membrane anhaften und deren Funktion verringern. Wenn Kathode und Diaphragma~ lediglich Seite an Seite angebracht sind, erfolgt eine geringe Vibrierung im Diaphragma während des Betriebes, während infolge der Beschichtung eine derartige Vibrierung verhindert wird. Dies bringt unerwartete überlegene Ergebnisse bei der Erhöhung des Lebensdauer der membrane mit sich. tblicherweise erhöht die Beschichtung die Lebensdauer der Membrane um etwa 20 bis 30 %. Die Erhöhung der Lebensdauer der Membranen, welche teuer sind, ist nicht nur wirtschaftlich vorteilhaft, sondern auch signifikant insofern, als die Elek-trolyse kontinuierlich während längerer Zeiträume fortgeführt werden kann und die Häufigkeit der Membrane austauscharbeitsgänge verringert werden kann.
  • Ein weiteres charakteristisches Merkmal der Kathode struktur gemäss der Erfindung liegt darin, dass sie auf Kathoden von jeder gewünschten Gestalt aufgebracht werden kann.
  • Ganz allgemein haben die Ionenaustauschmembranen den Fehler der fehlenden Blexibilität. Dieser Fehler stellt eine grosse Beschrankung beim Aufbau einer elektrolytischen Zelle dar. Im allgemeinen wurden beim Diaphragmaverfahren der elektrolytischen Zellen unter Anwendung von Asbest verschiedene Verbesserungen versucht, um die Fläche der Elektroden zu erhöhen und Zellen unter Anwendung sogenannter Elektroden vom Fingertyp sind weit verbreitet im Gebrauch.
  • Dadurch ergibt sich ein erhöhter Strombetrag, der durch die Elektrolytzelle strömen kann und infolgedessen eine markant erhöhte Abgabe je Zelle. Dies bringt auch einen Vorteil der Verringerung des erforderlichen Bodenraumes mit sich Wenn es gewünscht wird, eine elektrolytische Zelle vom Fingertyp unter Anwendung einer Ionenaustauschmembrane aufzubauen, ist es schwierig, die Ionenaustauschmembrane einheitlich an die Kathode vom Fingertyp auf Grund der fehlenden Flexibilität der Ionenaustsuschmembrane oder auf Grund der schwierigen Haftung zwischen l'lembrane und Elektrode anzuhaften. Ganz allgemein bricht die Ionenaustauschme:nbrane bisweilen oder entwickelt Nadellöche oder Risse, wenn man versucht, die Ionenaustauschmembrane in Bahnform innig an eine Kathode vom Fingertyp anzuheften, so dass sie ihre Funktion als elektrolytische Membrane verliert. Anders ausgedrückt, sind in flacher Bahnform hergestellte lonenaustauschmembranen im allgemeinen lediglich wirksam, wenn sie im flachen Zustand verwendet werden und es ist im allgemeinen nicht günstig, sie in einem verformten Zustand, beispielsweise in gekrümmter Form einzusetzen. Deshalb muss ein getrenntes Verfahren entwickelt werden, um eine Ionenaustauschmembrane in innige Haftung mit einer Elektrode ohne ebene Struktur, beispielsweise eine Elektrode vom Fingertyp, zu bringen.
  • Die vorllegende Erfindung lässt sich leicht auf die Ausbildung einer beschichteten Membrane nicht nur auf derartigen Kathoden vom Fingertyp, sondern auch auf anderen Kathoden mit jeder gewünschten Form anwenden. Die Kathodenstruktur gemäss der Erfindung wird nachfolgend im einzelnen erläutert.
  • Das im Rahmen der Erfindung eingesetzte Polymere mit Kationenaustauschgruppe kann irgendein bekanntes Polymeres sein, das Kationenaustauschgruppen enthält. Die bevorzugten Polymeren sind allgemein solche, die bekannte Kationenaustauschgruppen enthalten und ausreichend oxidations- und reduktionsbeständig gegenüber den in den Anoden- und Kathode denabteilen erzeugten Gase sind. Spezifische Beispiele für oxidationsbeständige Polymere, die eine Kationenaustauschgruppe enthalten, sind sulfonierte Polymere von a,ß,ß-Trifluorstyrol und Hydrolysate einer Membrane aus einem Copolymeren von TetrafluoMithylen und Perfluor- (3, 6-diox&-4-methyl-7-octensulfonylfluorid) Die Kationenaustauschgruppen können vom Polymeren selbst aufgewiesen werden oder sie können in das Polymere vor oder nach der Auf schichtung eingeführt werden.
  • Die bisher als verwendbar bei der Elektrolyse einer wässrigen Lösung eines Alkali salzes bekannten korrosionsbeständigen Kathoden können im Rahmen der Erfindung angewandt werden. Im allgemeinen können Eisen, Nickel, verschiedene Arten von rostfreien Stählen und mit Nickel, Kobalt, Chrom, Mangan und dgl. überzogene Eisen, oder Welchstahlmaterialien, insbesondere beispielsweise Nickel, mit guten Ergebnissen als Materialiel für die Elektroden eingesetzt werden. Die Form der Kathode ist in keiner Weise begrenzt, sondern es können sämtliche gewünschten Formen, wie Netze, Gitter, poröse Bahnen, Stäbe, Zylinder oder Flechtwerke verwendet werden.
  • Diejenige Oberfläche der Kathode, auf die das Polymere mit einer Kationenaustauschgruppe in Filmform aufzuschichten ist, wird bevorzugt vorhergehend inaktiviert, um praktisch die Elektrolyse zu vermeiden. Die Inaktivierbehandlung kann durch Überziehen der Oberfläche mit einem Harz oder einem Lack, beispielsweise durchgeführt werden.
  • Oder es kann diejenige Oberfläche der Kathode, auf die der Polymerfilm nicht aufzuschichten ist, beispielsweise mit einem Ifickelüberzug, aktiviert werden, so dass die entgegengesetzte Oberfläche relativ inaktiv wird. Falls die Inaktivierbehandlung ausgeführt wird, kann die Abtrennung des Polymerfilmes von der Kathode verhindert werden.
  • Das stärkste erkmal der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass das Polymere mit einer Kationenaustauschgruppe in Form eines Filmes auf eine Oberfläche der Kathode aufgeschichtet wird. Wie vorstehend angegeben, bezeichnet der Ausdruck "Aufschichtung des eine Kationenaustauschgrupp e enthaltenden Polymeren?1, das das Polymere in Form eines Filmes auf eine Oberfläche der Kathode unter Anwendung verschiedener Verfahren, wie Haftung, Schmelzhaftung, Polymerisation, Kondensation oder Härtungsbehandlung entweder direkt oder indirekt durch ein geeignetes Medium aufgeschichtet ist.
  • Bei der Auf schichtung des Polymeren auf die Kathode können sämtliche Verfahren, die eine feste Haftung des Polymerfilmes an der Oberfläche der Kathode sicherstellen, angewandt werden. Beispiele umfassen ein Verfahren, welches die Polymerisation oder Kondensation von Ionomeren, die eine polymerisierbare oder kondensierbare funktionelle Gruppe enthalten, oder einer monomeren Masse, die aus dem Monomeren, einem Plastifizierer, einem Backmaterial, einem löslichen Polymeren und dgl., bestehen, auf der Oberfläche einer Kathode zur Bildungeflne&olymerfilmes auf der Kathodenoberfläche umfasst, ein Verfahren, welches die Anhaftung eines pulverförmigen Polymeren auf der Oberfläche einer Kathode beispielsweise mittels elektrostatischer Anziehung und dessen Schmelzen zu einem Film und Fixierung desselben an der Oberfläche der Kathode umfasst, ein Verfahren, welches die Vermischung eines pulverförmigen Polymeren mit einer Ionenaustauschgruppe oder eines anorganischen Ionenaustauschmaterials mit einem klebrigen Binder, Aufziehen des Gemisches auf die Oberfläche der Kathode und Zementierung des Gemisches an der Kathodenoberfläche unter Ausnützung der Verfestigungswirkung des Binders umfasst, ein Verfahren, welches die Auflösung -eines Polymeren in einem Lösungsmittel, Aufziehen der Lösung auf die Oberfläche der Kathode und Entfernung des Lösungsmittels unter Bildung eines Filmes und Anhaftung desselben an der Kathode umfasst, ein Verfahren, welches das Schmelzen eines Polymeren, Aufziehen desselben in Form eines Filmes auf die Oberfläche einer Kathode und Verfestigung desselben durch Abkühlung unter Anhaftung desselben an der Kathodenoberfläche umfasst und ein Verfahren, welches das Aufziehen einer hauptsächlIch aus einem flüssigen oder plastischen Polymeren bestehenden Polymermasse auf der Oberfläche der Kathode und Behandlung des Überzuges mittels einer Vernetzungsbehanalung zur Härtung desselben und Anhaftung desselben an der Kathodenoberfläche umfasst. Bevorzugte Ausführungsformen können durch ein Verfahren erzielt werden, welches die Ausbildung einer organischen oder anorganischen Substanz in Filmform auf der Oberflache einer Kathode und gleichzeitig Fixierung derselben an der Kathode umfasst.
  • Elektrolytische Kathodenstrukturen, bei denen ein eine Kationenaustauschgruppe enthaltendes Polymeres in Filmform aufgeschichtet ist, sind ziemlich neu auf dem technischen Gebiet, wozu die Erfindung gehört, und worin grosse Mengen an Basen und anderen Substanzen durch Elektrolyse von wässrigen Lösungen1 beispielsweise von Alkalisalzen, erzeugt werden.
  • Es wurde bereits vorgeschlagen, eine Drahtgaze als Verstärkungsmaterial für Ionenaustauschharzmembranen anzuwenden. Dies dient jedoch lediglich dazu, die mechanische Festigkeit der Membranen beizubehalten. Die Drahtgaze ist innerhalb der Rarzmembrane vorhanden und ist nicht für eine Elektrodenreaktion bestimmt.
  • Einige spezifische Beispiele für Beschichtungsverfahren sind nachfolgend angegeben.
  • (1) Um eine heterogene Kationenaustauschmembrane auf die Oberfläche einer Kathode aufzuschichten, wird ein feines Pulver eines polymerisierten oder kondensierten Kationenaustauschharz es oder eines anorganischen Ionenaustauscht einheitlich mit einem geeigneten thermoplastischen Polymeren vermischt und das Gemisch wird auf dem Metall als Kathode, die bisweilen einfach als Elektrode bezeichnet wird, angehaftet. Alternativ wird das feine Pulver des Ionenaustauschharzes einheitlich in einer viskosen Lösung eines linearen Polymeren dispergiert und die Dispersion wird einheitlich an die Elektrode durch Aufziehen, Eintauchen oder Aufspulen und dgl. angehaftet, worauf das Lösungsmittel abgedampft wird. Bei einer weiteren Ausbildungsform wird der anorganische Ionenaustauscher mit Zement vermischt und das Gemisch wird an der Elektrode angehaftet. In dieser Weise kann das Polymere auf der Kathode unter Anwendung üblicher zur Rerstellung von heterogenen Ionenaustauschmembranen angewandten Verfahren aufgeschichtet werden.
  • (2) In gleicher Weise können einneitliche Kationenaustauschmembranen auf die Kathode aufgeschichtet werden, indem verschiedene übliche bisher für die Herstellung von homogenen Ionenaustauschmembranen vorgeschlagene Verfahren angewandt werden.
  • Einige spezifische Ausführungsformen sind nachfolgend angegeben.
  • (a) Eine Ausführungsform umfasst die Anhaftung eines eine polymerisierbare funktionelle Gruppe, wie eine Vinyl- oder Allylgruppe enthaltenden Monomeren an der Elektrode entweder direkt oder durch eine auf der Elektrode durch Hassnahmen, wie Überziehen, Eintauchen oder Sprühen angebrachte Rückseite und Erhitzen der Anordnung zur Polymerisation des Polymeren. Wenn es notwendig ist, eine Tropfenbildung der Materiallösung zu verhindern, wird die Viskosität des Materials entsprechend der Form der Kathode eingeregelt oder sie wird mit einer geeigneten Folie, beispielsweise aus Cellophan, abgedeckt.
  • Übliche Vinyl- und Allylmonomere sind die bereits bekannten. Spezifische Beispiele umfassen Acrylsäure, Methacrylsäure, a-Shenylacrylsäure, a-ithylacrylsäure, a-Halogenacrylsäure, Maleinsäure, Itaconsäure, a Butylacrylsäure, Vinylbenzoesäuren, ein auf Grund der Bindung einer Vinylgruppe und einer Carboxylgruppe an den Naphthalinring erhaltenes Monomeres, Styrol, Vinyltoluole, Methacrylatester, Acrylatester, Acrylnitril, Vinylpyridine, N-Vinylpyrrolidone, Vinylimidazole, Butadiene, Isoprene, Ohloroprene, Vinylchlorid, Vinylacetat, Acrolein, Methylvinylketon, Chlormethylstyrole, Monochlorstyrole, Polychlorstyrole, a-Fluorstyrol, a-,ß,ß-Trifluorstyrol, a-Methylstyrol, Vinylidenchlorid, Vinylfluorid, Vinylidenfluorid, Chlormethylstyrole, Vinylsulfonsäure und deren Salze und Ester, Styrolsulfonsäure und deren Salze und Ester, Allylsulfonsäure und deren Salze und Ester, Vinyl:hosphonsäure und deren Salze und Ester, Styrolphosphonsäure und deren Salze und Ester, Styrolphosphinsäure und deren Salze und Ester, Vinylphosphinsäure und deren Salze und Ester, Vinylphenole und deren Salze und Ester, Tetrafluoräthylen, Trifluoräthylen, Äthylvinylbenzole, Haleatester, Itaconatester und Vinylbromid.
  • Als Vernetzungsmittel verwendete Polyvinylverbindungen umfassen o-, m- und p-Divinylbenzol und deren Gemische, Divinylpyridine, Trivinylb enzol e, Divinylnaphthaline, Trivinylphthaline, Isopren, Chloropren, Butadien, Divinylchlorbenzole, Divinyläthylbenzole, Bismethallyl, Diallyl Divinyläther, Divinylacetylen, Divinylsulfon, 2,3-Diäthylbutadien und Halogenbutadiene.
  • Radikalische Polymerisationsinitiatoren können gleich falls gewünschtenfalls verwendet werden und umfassen beispielsweise Benzoylperoxid, α,α-Azoisobutyronitril, Laurylperoxid, tert.-Butylperacetat, tert.-Butylperbenzoat, 2,5-Dimethyl-(2,5-dibenzoylperoxy)-hexan, 2,5-Dimethyl-(2,5-dibenzoylperoxy)-hexen-3, p-Menthanhydroperoxid, Diisopropylbenzolhydroperoxid, α,α'-Di-(tert.-butylperoxy)-dilsopropylbenzol, Cyclohexanonperoxid, tert.-Butylperoxyisopropylcarbonat, 2,5-Dimethyl-3-hexen, 2,5-Diathyl-3-hexen, tert -Butylperoxylaurat, Di-tert.-butyldiperoxyphthalat, 1,1'-Di-(tert.-butylperoxy)-cyclohexan, 1,1'-Di-(tert.-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexan, Methyläthylperoxid, Methylisobutylketonperoxid, tert.-Butylhydroperoxid, Di-tert.-amylperoxid, tert.-Butylcumylperoxid, Dicumylperoxid, 2,5-Dimethyl-2,5-di-(tert.-butylperoxy)-hexan, 2,5-Dimethyl-2,5-di-(tert.-butylperoxy)-hexen-3 und Initiatoren mit einer Zersetzungstemperatur von mindestens 1350 C und einer Halbwertszeit von mindestens 10 Stunden, wie Cumolhydroperoxid, 2,5-Dimethyl-2,5-dihydroperoxyhexan und 2,5-Dimethyl-2,5-dihydroperoxyhexen-3.
  • Weiterhin können gewünschtenfalls lineare Polymere in dem vorstehenden Gemisch gelöst oder dispergieftwerden. Beisp-iele derartiger Polymerer sind Styrol/Butadien-Copolymere, Polystyrol, Poly-(acrylsäureester), chlorsulfoniertes Polyäthylen, Polychloropren, Polybutadien, Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylhalogenide, Polyvinylidenhalogenide, Polytetrafluoräthylen, Polytrifluoräthylen, halogeniertes Polyäthylen, chlorsulfoniertes Polypropylen und halogeniertes Polypropylen.
  • Die vorstehenden Bestandteile werden in geeigneter Weise miteinander zur Bildung einer viskosen ì1asse vermischt. Die Masse wird an der Elektrode mittels geeigneter Massnahaen, wie Aufziehen, Eintauchen-und Auf sprühen, angehaftet und bei erhöhten Drücken oder Atmosphärendruck wärmepolymerisiert, um die erfindungsgemässe Struktur zu erhalten. Gewünschtenfalls kann die Struktur weiterhin einer Sulfonierung, Hydrolyse oder anderen bekannten Massnahmen zwecks Einführung von Kationenaustauschgruppen oder zwecks Umwandlung in Kationenau st;auschgrupp en unterworfen werd en.
  • (b) Ein Verfahren unter Anwendung eines linearen Polyelektrolyts kann gleichfalls aufgeführt werden. In allgemeinen umfasst es die Auflösung eines linearen Polymeren oder eines linearen Polyelektrolyts, der kationenaustauschbare funktionelle Gruppen und/oder eine -zur leichten Einführung einer kationenaustauschbaren funktionellen Gruppe geeignete funktionelle Gruppe besitzt, wie Polystyrolsulfonsäure oder deren Salze und Ester, Polyacrylsäure oder deren Salze und Ester oder Polymethacrylsäure oder deren Salze und Ester, in einem geeigneten Lösungsmittel, Anhaftung der Lösung an die Elektrode als Träger und anschliessendes Abreiben des Lösungsmittels, worauf gewünschtenfalls sich die Einführung der Vernetzung anschliesst und dann die Einführung oder Umwandlung der Ionenaustauschgruppen-anschliesst. Falls ein Vinyl- oder -Allylmonomeres mit einer geeigneten Vernetzbarkeit, insbesondere ein bifunktionelles Monomeres, zu der Polyelektrolytlösung zugesetzt und der Wärmebehandlung oder Bestrahlungsb ehandlung unterzogen wird, ist es besonders wirksam, um den polymeren Elektrolyt unlöslich zu machen. Es kann auch ein Verfahren angewandt werden, wobei ein inertes lösliches Polymeres oder ein anionischer Polyelektrolyt in Lösungsform zur Anhaftung gebracht werden und das Lösungsmittel abgedampft wird, wie bei der Herstellung einer Interpolymermembrane, oder ein Verfahren, bei den die angehaftete Membrane weiterhin einer Vernetzungsbehandlung unterworfen wird.
  • Beispiele für wirksame Verfahren bestehen in einem Verfahren, welches die Auflösung von hochmolekularem Poly-(natriumacrylat) in Wasser, die Auflösung eines hochmolekularen Polyvinylalkohols hierin, vollständige Entlüftung der erhaltenen viskosen wässrigen Lösung des Polymeren, Anhaftung der Lösung an die Elektrode durch Massnahmen, wie Eintauchen, rasche Trocknung desselben, so dass keine Blasen gebildet werden und anschliessend Behandlung des angehefteten Polymeren mittels einer Vernetzungsbehandlung unter Anwendung von beispielsweise Formaldehyd, Glyoxal, Crotonaldehyd oder Acrolein, um es unlöslich zu machen, umfasst, so dass die Struktur der Erfindung gebildet wird, und ein Verfahren, welches die Auflösung einer hochmolekÜ-laren Polymethacrylsäure und einer Polyepoxyverbindung, wie Diepoxyverbindungen in einem Alkohol, wie Methanol, zur Bildung einer viskosen Lösung, Anhaftung der-ösung, beispielsweise an einer Maschenelektrode, Eintauchung der Anordnung in ein geeignetes Lösungsmittel, das das angehaftete Polymere nicht löst, beispielsweise Diamine und Polyamine, wie meta-Phenylendiamin, Äthylendiamin oder Pentaäthylenhexamin zur Umsetzung des Amins mit der Spoxwærbindung unter Bildung einer drei-dimensionalen Struktur umfasst. In diesem Fall wird die Aminverbindung vom Gesichtspunkt der Reaktionsfähigkeit der Epoxyverbindung und der Stabilität der Aminverbindung bei der Bildung einer drei-dimensionalen Struktur gewählt.
  • Ein weiteres wirksames Verfahren umfasst das Erhitzen eines linearen thermoplastischen Polyelektrolyts oder eines thermoplastischen Polymeren, die in einen linearen Polyelektrolyt durch einfache Massnahmen, wie Hydrolyse überführbar sind und in Wasser, Salzen oder den angewandten sauren oder basischen wässrigen Lösungen unlöslich sind, und die dadurch erfolgende Schmelzhaftung derselben an der Elektrode und erforderlichenfalls die Einführung einer Ionenaustauschgruppe.
  • Besonders bevorzugte lineare Polymere dieser Art werden durch die folgende Formel wiedergegeben: worin m und n positive ganze Zahlen, 1 die Zahl 0 oder eine positive ganze Zahl und X ein Halogenatom, eine Gruppe -OH oder -OR (R bedeutet eine Alkylgruppe) bedeuten.
  • (c) Es gibt auch ein Verfahren, wobei eine inerte polymere Verbindung verwendet wird. Dieses Verfahren umfasst die Anhaftung eines thermoplastischen Polymeren, wie Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid, Poly-(trifluorchloräthylen), Polytetrafluoräthylen, Styrol/Butadien-autschuk, Polychloropren, Copolymere aus Tetrafluoräthylen und Perfluoralkylvinyläthern, Polyisopren, Polyvinylchlorid und Polyvinylidenchlorid an eine Maschenelektrode zur Wärmefertigung unter Bildung einer dünnen Membrane und Einführung einer Ionenaustauschgruppe in die Membrane nach irgendeinem Verfahren. Es gibt keine spezielle Beschrankung beim Verfahren der Anhaftung des Polymeren. Die wirksamen Verfahren umfassen beispielsweise ein Verfahren, welches die Auflösung oder Dispergierung mindestens einer der polymeren Verbindungen, Eintauchung der Elektrode in die Lösung oder Dispersion und anschliessendes Abtreiben des Lösungsmittels umfasst, ein Verfahren, welches das Aufziehen oder Auf sprühen der Lösung oder Dispersion auf die Elektrode und anschliessendes Abtreiben des Lösungsmittels umfasst, ein Verfahren, welches die elektrostatische Ladung eines feinen Pulvers aus der vorstehenden polymeren Verbindung, Aufladung der Elektrode mit entgegengesetzter Polarität zur elektrostatischen Mnhaftung des feinen Pulvers an der Elektrode und anschliessendes Erhitzen des feinen Pulvers zur Schmelzhaftung des Polymeren darin in Form eines Filmes umfasst, ein Verfahren, welches das Schmelzen des Polymeren bei hohen Temperaturen, die seine Wärmezersetzung nicht verursachen, und Eintauchung beispielsweise einer Maschene'ektrode in das geschmolzene Polymere zur Anhaftung desselben an die Elektrode umfasst, und ein Verfahren, welches die Herstellung des Polymeren unter Anwendung einer Maschenelektrode als Kern umfasst.
  • Diese Verfahren werden entsprechend der Art und den Eigenschaften, wie flekulargewicht, der verwendeten Polymeren und des îiaterials, der Form und dem Zweck der Anwendung der Elektrode gewählt.
  • Eine Ionenaustauschgruppe muss in die angehaftete Polymerverbindung eingeführt sein. Wenn das angehaftete Polymere die Einführung-von Ionenaustauschgruppen erlaubt, wird es direkt mit Ionenaustauschgruppen einführenden Reagenzien behandelt, die das Material der Elektrode nicht wesentlich korrodieren.
  • Alternativ wird die angehaftete PolymerverDindung mit einer polymerisierbaren Vinyl- oder Allylverbindung bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur imprägniert und wird in Gegenwart eines radikalischen Polymerisationsinitiators auf-erhöhte Drücke zur Polymerisation unter Bedingungen erhitzt,-die die imprägnierte Verbindung nicht vertreiben. In- diesem Fall kann eine vernetzbare Polyvinyiverbindung gemeinsam vorliegen, um eine drei-dimensionale Struktur zu bilden. Die Polymerisationsmassnahmen sind nicht auf radikalische Polymerisation beschränkt, sondern es können auch kationische-Polymerisation, anionische Polymerisation und Redoxpolymerisation angewandt werden. Fall festgestellt wird, dass eine zu grosse Menge der Vinyl-oder Allylverbindung im-Polymeren imprägniert ist, so dass eine beträchtliche Dimensionsänderung verursacht wird, oder dessen mechanische Festigkeit schwächer wird, wird ein geeignetes Lösungsmittel- zum dem Imprägnierbad zu dessen Verdünnung zugesetzt, so dass die Menge der imprägnierten Verbindung verringert wird. Falls die impragnierte Menge der-Vinyl- oder Ällylverbindung gering ist, kann der angehaftete Polymerfilm zunächst mit einem Lösungsmittel gequollen werden und dann in das vorstehende Monomere eingetaucht werden. Die Menge der Imprägnierung kann natürlich durch Erhitzen erhöht werden.
  • Anstelle des vorstehend geschilderten Verfahrens kann auch ein Vinyl- -oder Allylmonomeres mit dem anhaftenden Polymeren, beispielsweIse durch ionisierende Strahlung pfropfcopolymerisiert werden. In diesem Fall kann die ionisierende Strahlung auf dem anhaftenden Polymeren ausgeführt werden, so dass sich Radikale bilden, und dann wird die Anordnung in das Monomere oder das Monomergemisch eingetaucht. Oder das anhaftende Polymere kann einer ioaisiernaen Strahlung unterzogen werden, während es in das Monomere oder das Monomergemisch eingetaucht ist. Alternativ kann das Polymere bestrahlt werden, nachdem es in die Monomerverbindung eingetaucht wurde. Das optimale Verfahren kann unter diesen Verfahren entsprechend beispielsweise dem Zweck der Anwendung der Elektrodenstruktur, der Art des anhaftenden Polymeren und der Gestalt und dem Material der Elektrode gewählt werden. Beispielsweise kann ein Verfahren angewandt werden, welches die Schmelzhaftung eines Bogens aus Vinylidenfluoridharz an einer Elektrode durch Erhitzen, Eintauchung der Anordnung in Acrylsäure oder ein Gemisch aus Acrylsäure mit Styrol und Divinylbenzol und anschlle ssende Pfropfcopolymerisation des Monomeren auf dem Vinylidenfluoria-Polymerbogen durch ionisierende Strahlung umfasst, oder ein Verfahren, welches das Erhitzen von Polyäthylen und dessen Schmelzanhaftung an einer Elektrode, die Eintauchung der Anordnung in eine aus Methacrylsäure, Divinylbenzol und Benzoylperoxid aufgebaute erhitzte Lösung zur gründlichen Imprägnierung im Polyäthylen und Wärmepolymerisation der Hxonomeren mit dem Polyäthylen bei hohen Drücken in einem Autoklaven besteht.
  • Alternativ werden Styrolsulfonsäure oder deren Ester und Salze, Styrolsulfonylhalogenide oder Acrylsäure und dgl.
  • auf einem feinem Pulver von Polyäthylen und dgl. pfropfcopolymerisiert und das Pfropfcopolymere wird auf eine Maschenelektrode aufgetragen und daran durch Erhitzen angehaftet. In diesem Fall kann die Ionenaustauschgruppe gewunschtenfalls durch solche Massnahmen wie Hydrolyse eingeführt werden.
  • (d) Es kann auch ein Verfahren angewandt werden, wobei eine Form verwendet wird. Das Verfahren umfasst den Zusatz eines Vernetzungsmittels, wie Divinylbenzol zu Acrylsäure, Methacrylsäure, Styrolsulfonsäureester oder Vinylsulfonsäureester und dgl., den weiteren Zusatz eines radikalischen Polymerisationsinitiators, gewünschtenfalls einheitliches Vermischen derselben mit weiteren Zusätzen, wie Lösungsmitteln als Verdünnungsmittel, linearen Polymeren, oder feinverteilten vernetzten Polymeren und Singiessen der erhaltenen Lösung des Honomergemisches in eine Form, worin eine Elektrode als Kern eingesetzt ist, und Wärmepolymerisation der Monomeren.
  • Einige Beispiele zur Herstellung der Elektrodenstruktur gemäss der Erfindung wurden vorstehend geschildert, jedoch ist selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung in einer Weise auf die vorstehenden Beispiele beschränkt ist.
  • Grundsätzlich liegen sämtliche Strukturen, die sich auf Grund der Beschichtung einer Kationenaustauschmembrane auf einer Elektrode nacht irgendeinem Verfahren ergeben, innerhalb des Bereiches der yorliegenden Erfindung. Beispielsweise ist es möglich, eine Membrane, die -S02F oder -S02C1 enthält, wie NAFION (Bezeichnung eines Produktes der E. 1.
  • du Pont de Nemours & Co.) an einer Elektrode zur Schmelzhaftung zu bringen und dann diese zu hydrolysieren, um die Gruppe kationenaustauschbar zu machen, beispielsweise -SOX Falls das Monomere auf einer Elektrode zu polymerisieren oder zu copolymerisieren ist, ist es bisweilen günstig, eine oder beide Seiten der Elektrode rr-it einem Bogen aus flexiblen Polymeren, beispielsweise Cellophan, Vinylon oder fluorhaltigen Polymeren und dgl., abzudecken, um dadurch eine Verflüchtigung des Monomeren ZU verhindern oder dessen nicht einheitliches Vorhandensein zu verhindern und gleichzeitig das Auftreten von Nadellöchern und Löchern und dgl. zu verhindern. Ferner kann die Polymerisation unter Drehung der Elektrode in einem Autoklaven ausgeführt werden, so dass eine unausgeglichene Verteilung der Harzkomponenten verhindert wird.
  • Ein weiteres wesentliches Bestandteilselement der Erfindung liegt darin, dass das eine Ionenaustauschgruppe enthaltende Polymere in Form eines Filmes auf eine Oberfläche der Elektrode aufgeschichtet wird. Anders ausgedrückt, wird eine Oberfläche der Elektrode mit dem Polymerfilm mit einer Kationenaustauschgruppe abgedeckt und die andere Oberfläche ist stets ausgesetzt. Dies dient ausgezeichnet zur Entfernung der bei der Elektrolyse erzeugten Gase. Um eine gute Elektrolyse auszuführen, darf diejenige Oberfläche der Elektrode, welche mit dem eine Katione::iaustauschgruppe enthaltenden Polymerfilm überzogen ist, keinerlei feine Risse oder Nadellöcher enthalten. Ganz wesentlich muss der angehaftete Polymerfilm etwa die gleiche Wasser undurchlässigkeit besitzen, wie eine gewöhnliche lonenaustauschharzmembrane. Um eine Oberfläche der Elektrode freizusetzen, wird das eine Eationenaustauschgruppe enthaltende Polymere in Form eines Filmes lediglich auf eine Oberfläche der Elektrode aufgeschichtet. Beispielsweise ist es wirksam, eine Oberfläche der Elektrode mit einem für die Monomeren nicht durchlässigen Material, das nach der Filmbildung leicht abstreifbar ist, abzudecken, beispielsweise einem Bogen aus Polytetrafluoräthylen (Teflon), Ceilulose (Cellophan) oder Polyvinylidenchlorid (Saran). Jedoch kann bei einigen dem vorstehend geschilderten Beschichtungsverfahren die Aufbringung des Polymerfilmes auf lediglich eine Oberfläche der Elektrode nicht sichergestellt werden. In einem derartigen Fall wird der Film auf der anderen Oberfläche mechanisch entfernt oder, falls ein zur Auflösung des Polymerfilmes geeignetes Lösungsmittel zur Verfügung steht, kann der Film auf der anderen Oberfläche der Elektrode durch Auflösung mit dem Lösungsmittel entfernt werden.
  • Falls die Elektrodenstruktur gemäss der Erfindung für die Elektrolyse von Alkalisalzen verwendet wird, kann eine dünne anionenaustausonbare-Schicht oder eine dünne neutrale Schicht auf mindestens einer Oberfläche oder dem Inneren der Kationenaustauschmembrane vorliegen, um die Stromausnützung des gebildeten Alkalihydroxids zu erhöhen. Es ist besonders bevorzugt in diesem Fall, dass die dünne Schicht vernetzt und kompakt ist. Die Anwesenheit der anionenaustauschbaren oder neutralen dünnen Schicht kann durch physikalische oder chemische Haftung oder Adsorption oder durch eine-ionische Bindung, kovalente Bindung oder Koordinationsbindung- erreicht werden. Alternativ können wer Kationenharzteil und die dünne Schicht miteinander an ihrer Grenzfläche durch- Verwicklung zwischen der Polymermatrix der Membrane und dem behandelten polymeren Mittel, welches auf aer dünnen Schicht gebildet wird, verbunden werden. Oder die dünne Schi-cht kann in Form einer Schicht auf dem Kationenaustauschharzteil vorhanden sein oder sie kann auch im Oberflächenteil des Kationenaustauschharzes~in Richtung auf dessen Inneres infolge einer geeigneten chemischen Umsetzung ~vorhanden sein.
  • Sämtliche bekannten funktionellen Gruppen, die eine negative Ladung in den gemäss der Erfindung eingesetzten wässrigen Lösungen/können als Ionenaustauschgruppen des kationenaustauschbaren Harzteiles verwendet werden. Hierzu gehören beispislsweise Sulfonsäuregruppen, Carbonsäuregruppen, Phosphorsäuregruppen, Phosphorigsäuregruppen, Sulfatestergruppen, Phosphatestergruppen, Phosphitestergruppen, phenolische Hydroxylgruppen, Thiolgruppen, Borsäuregruppen, Kieselsäuregruppen, Säureamidbindungen mit dissozierbarem Wasserstoff und Zinnsäuregruppen. Diese ionenaustauschbaren Gruppen können in einem derartigen Ausmass vorhanden sein, dass das auf die Kathode aufzuschichtende Polymere in Form eines Filmes als Ionenaustauschmembrane wirkt.
  • Wenn die Elektrodenstruktur gemäss der Erfindung zur Elektrolyse von Alkalisalzen verwendet wird, kann die Kathodenstruktur weiterhin nach verschiedenen Verfahren behandelt werden, um die Stromausnützung des gebildeten Alkalihydroxids zu erhöhen. Ein derartiges Verfahren umfasst die Ausbildung einer anionenaustauschbaren dünnen Schicht in einheitlicher Schicht oder in Schichten auf der Oberfläche der Membrane oder im Inneren der l«Iembrane. Beispielsweise wird eine eine primäre oder sekundäre Aminogruppe enthaltende Aminoverbindung chemisch an eine Membrane aus sulfonylhalogenid oder einem Carbonsäurehalogenid gebunden.
  • Spezifisch umfasst dieses Verfahren die Verbindung eines sekundären Amins, wie Dipropylamin oder Diäthylamin, eines Monoalkylamins, wie Methylamin oder Laurylamin, oder eines Xthylenpolyamids, wie Äthylendiamin oder Diäthylentriamin, an eine der vorstehend aufgeführten Halogenidmembranen, so dass die Anzahl der Eation enaustauschgrupp en , wie Sulfonsäure- oder Carbonsäuregruppen, in der Oberflächenschicht der Membrane und ihrem Inneren gesenkt wird, oder dass eine vernetzte Struktur durch eine Säureamidbindung gebildet wird. Falls die erhaltene dünne Schicht gegenüber oxidierten PEtteln unstabil ist, ist es günstig, die dünne Schicht nach irgendeinem geeigneten Verfahren zu fluorieren oder zu chlorieren, beispielsweise mittels Fluor- oder Chlorgas, einem Fluorierungsmittel, wit: Kobaltfluorid oder durch elektrolytische Fluorierung. Am stärksten bevorzugt wird die Aminbehandlung in diesem Fall auf der Oberfläche der Kathodenseite der Membrane in solchem Ausmass durchgeführt, dass der elektrische Widerstand der Membrane nicht markant erhöht wird. Jedoch kann sie im Hinblick auf die Dauerhaftigkeit der Membrane in dem Teil von der Oberfläche zum Inneren der Membrane oder im Inneren der llembrane in Schichtform oder auf der rückseitigen Oberfläche der Membrane einheitlich oder mit einem Gradienten ausgeführt werden.
  • Bei diesen Alternativfällen muss ebenfalls die Erhöhung des. elektrischen Widerstands der Membrane soweit als möglich vermieden werden.
  • Die Ausbildung einer Vernetzung oder die teilweise Inaktivierung der Kationenaustauschgruppen durch Ausbildung einer Esterbindung unter Anwendung eines einwertigen oder mehrwertigen Alkohols ist gleichfalls wirksam. Es ist auch wirksam, eine Sulfonbindung mit einer aromatischen Yerbindung auszubilden oder teilweise die Kationenaustauschgruppen zu inaktivieren. Weiterhin sind mit Polyäthylenoxid, Polypropylenoxid, Copolymeren aus Äthylenoxid und Propylenoxid oder nicnt-ionischen oberflächenaktiven Mitteln, die diese Verbindungen gebunden enthalten, kationischen oberflächenaktiven Mitteln ode: anionischen oberflächenaktiven Mitteln imprägnierte llembranen oder Membranen, die dadurch erhalten wurden, dass die imprägnierten Verbindungen der erhaltenen Membranen zur Herauslösung aus den Membranen unfähig gemacht wurden, gleichfalls wirksam, um Alkalihydroxide mit äusserst hohen Stromausnützungen zu erhalten.
  • Wie vorstehend geschildert, können, falls Alkalihydroxide unter Anwendung der Kathodenstruktur gemäss der Erfindung zu erhalten sind, verschiedene zur Anwendung zwecks Erhöhung der Stromausnatæung bei der Elektrolyse mit üblichen Kationenaustauschmembranen bekannte Massnahmen auch auf die Kathodenstruktur gemäss der Erfindung angewandt werden, um ihr Verhalten noch zu verbessern.
  • Um die Festigkeit der auf der Elektrode auszubildenden Polymerfilmschicht zu erhöhen, können ein gewebtes Tuch, ein nicht gewebtes Tuch, Stapelfasern oder kontinuierliche Fasern vorhanden sein. Günstigerweise sind die Fasermaterialien beispielsweise aus Polypropylen, Polyäthylen, Polyvinylchlorid, Polyvinylalkohol, Eolyvinylidenchlorid, Glasfasern, Polyestern, Polyacrylnitril oder fluorhaltigen Polymeren, beispielsweise Polytetrafluoräthylen, aufgebaut.
  • Die Kathodenstruktur der Elektrolyse gemäss der Erfindung, welche durch Aufschichtung des eine Kationenaustauschgruppe enthaltenden Polymerfilmes auf eine Oberfläche der Kathode erhalten wurde, kann bei sämtlichen gewünschten Ausführungsformen der Elektrolyse zusammen mit einer Anode als Paar in einem System verwendet werden, worin sich die Anolytlösung nicht mit der Katholytlösung vermischt und ein selektives Eindringen der Kationen erforderlich ist.
  • Beispielsweise ist sie wirksam für organische, elektrolytische Reaktionen oder für elektrolytische Dimerisationsreaktionen von Acrylnitril. Sie kann auch zur Elektrolyse von Lösungen eines weiten Bereiches anorganischer Elektrolyte zusätzlich zu der Elektrolyse von Alkalisalzen eingesetzt werden. Die Kathodenstruktur gemäss der Erfindung ist besonders wirksam in dem Elektrolysierverfahren anwendbar, welches in der US-Patentschrift 3 773 634 beschrieben ist.
  • Die Kathodenstruktur der Erfindung ist trotzdem am wirksamsten zur Elektrolyse von Alkalisalzen, beispielsweise Halogeniden, Sulfaten, Nitraten und Phosphaten von Lithium.
  • Natrium, Kalium, Rubidium und Cäsium. Sie kann auch zur Elektrolyse von Säuren, wie Salzsäure Schwefelsäure, Salpetersäure oder Phosphorsäure verwendet werden.
  • Im allgemeinen wird es bevorzugt, fluorhaltige Polymere mit Oxidationsbeständigkeit als auf die Kathode aufzuschichtende Polymere einzusetzen. Falls die Elektrodenstruktur gemäss der Erfindung einen Kationenaustauschharzanteil enthält, der aus einem Material mit Beständigkeit gegenüber oxidierenden Mitteln gefertigt ist, wie fluorhaltigen Materialien und anorganischen Materialien, können sie als Paar mit einer Anode verwendet werden. Wenn der Kationenaustauschharzteil aus einem Material vom Kohlenwasserstofftyp ohne Oxidationsbeständigkeit gefertigt. ist und eine oxidierende Substanz an der Anode zum Zeitpunkt der Elekrolyse erzeugt wird, kann ein neutrales elktrisch leitendes Diaphragma angebracht werden, um den oxidativen Abbau des Harzteiles zu verhindern Oder eine Kationenaustauschmembrane mit Oxidationsbeständigkeit kann für diesen Zweck angewandt werden. Falls ein Alkalisalz elektrolysiert werden soll, kann das Alkalisalz in den Raum zwischen Diaphragma und Elektroden struktur gemäss der Erfindung eingefüllt werden oder eine Alkalihydroxidlösung kann in diesen Raum eingefüllt werden.
  • Gemäss der Erfindung ergibt sich eine Kathodenstruktur, wobei. der'Polymerfilm innig auf der Kathode mit einer frei gekrümmten Struktur aufgeschichtet ist. Beim Aufbau einer elektrolytischen Zelle unter Anwendung der Kathoden struktur gemäss der Erfindung kann die Membrane stabil gehalten werden und die elektrolytische Zelle kann mit niedrigen Zellspannungen betrieben werden. Es ist auch möglich, die Lebensdauer der Membrane und der Anode zu verlängern. Weit erhin kann bei Anwendung der Elektrodenstruktur auf eine Elektrode vom Fingertyp eine elektrolytische Zelle aufgebaut -werden, die eine höhere Abgabe hat und reineres Natriumhydroxid liefert als bei elektrolytischen Zellen mit dem gleichen Volumen.
  • Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung im einzelnen. Selbstverständlich ist die Erfindung in keiner Weise auf diese Beispiele beschränkt.
  • Beispiel 1 Ein Gewebe in Grundbindung aus Polytetrafluoräthylen wurde zwischen zwei etwa 125 Mikron (5 Mil) dicke Folien aus einem Gopolymeren von Tetrafluoräthylen und Perfluor-(3,6-dioxa-4-methyl-7-octensulfonylfluorid), welches eine Ionenaustauschkapazität entsprechend 0,91 mäq/g der trockenen Membrane (H+-Typ, Äquivalentgewicht 1100) im hydrolysierten Zustand hatte, gelegt und durch Schmelzhaftung unter Erhitzung zu einer einzigen Film struktur verarbeitet. Weiterhin wurde ein etwa 38 Mikron (1,5 mil) dicker Film aus den gleichen Copolymeren mit einer Ionenaustauschkapazität entsprechend 0,67 mäq/g Trockengewicht (h+-Typ, Äquivalentgewicht 1500) im hydrolysierten Zustand auf die erhaltene Struktur aufgelegt und zur Bildung eines aus einem Stück bestehenden polymeren Membraneprodukt zur Schmelzhaftung gebracht.
  • Eine Oberfläche eines Weichstahl-Stabmaterials wurde mechanisch aufgerauht und eine Dispersion aus Polytetrafluoräthylen wurde auf die aufgerauhte Oberfläche aufgezogen, worauf an Luft getrocknet wurde und auf 3500 C erhitzt wurde. Das überzogene Weichstahlmaterial wurde in eine wässrige Lösung, die Nickelrhodanid [Ni (SCN)2] enthielt, eingetaucht, um die unüberzogene Oberfläche durch Elektrolyse :nit Nickel zu überziehen.
  • diejenige Seite des erhaltenen polymeren Meabranproduktes, die eine niedrigere Austauschkapazität hatte, wurde in die Kathode durch Erhitzen gepresst, worauf die Weichstahl-Stabelektrode in das polymere Membranprodukt eintrat.
  • Die Anordnung wurde in eine 8%ige Kaliumhydroxidlösung in ethanol bei Raumtemperatur während 48 Stunden zur Uberführung der Sulfonylfluoridgruppe in eine Kaliumsulfonatgruppe zwecks Bildung der EationenaustauschmeBhrarle eingetaucht und dadurch die erfindungsgemässe Kathodenstruktur erhalten.
  • Eine elektrolytische Zelle aus zwei Abteilen wurde durch Vereinigung dieser Struktur mit einer aus einem Titanstabmaterial, das mit Rutheniumdioxid und Titandioxid überzogen war, aufgebauten Anode aufgebaut. In diesem Fall wurde diejenige Seite der Kathodenstruktur, die mit dem Polymerfilm überzogen war, der Anode gegenüberstehend angebracht und der Abstand zwischen der Kathode und der Anode wurde auf 3 mm eingeregelt. Eine gesättigte wässrige Natriuachloridlösung wurde in das Anodenabteil eingeführt und bei einer Zersetzungsgeschwindigkeit von 35 % elektrolysiert. Reines Wasser wurde in das Kathodenabteil eingeführt, so dass eine 6,0n-NaOE stetig aus dem Kathodenabteil erhalten wurde.
  • Die Elektrolysiertemperatur wurde bei 850 C gehalten und die Stromdichte betrug 30 A/dm2.
  • Getrennt wurde ein gewebtes Tuch aus Polytetrafluoräthylen zwischen zwei Polymerfolien von einer Dicke von 125 Mikron (5 mil), wie sie vorstehend verwendet wurden, mit einer Ionenaustauschkapazität von 0,91 mäq/g trockener Membrane (H+-Typ) z.sischengelegt und unter Erwärmen zur Schmelzhaftung gebracht. Ein 38 Mikron (1,5 mil) dicker Polymerfilm mit einer Ionenaustauschkapazität von 0,67 mäq/g trockner Membrane (H+-Typ) wurde unter Erwärmen auf die erhaltene Anordnung zur Schmelzhaftung gebracht, so dass ein aus einem Stück bestehendes polymeres Membraneprodukt erhalten wurde. Das erhaltene Produkt wurde in eine 8geige Ealiumhydroxidlösung in Methanol zur Hydrolyse eingetaucht und eine Kationenaustauschme:nbrane vom Ealiumsulfonatsäuretyp erhalten. Die erhaltene Kationenaustauschmembrane wurde zwischen dem gleichen Weichst-ahl-Stabmaterial, wie es bei der Herstellung der Kathodenstruktur verwendet wurde, die über die gesamte Oberfläche in diesem Fall nickelplattiert war, und der gleichen Anode, wie vorstehend verwendet, so angebracht, dass die Seite mit der niedrigeren Autauschkapazität der Kathode gegenüberstand und Kontakt mit ihr hatte. Unter Anwendung der erhaltenen Zelle wurde eine gesättigte wässrige Natriumchloridlösung eingeführt und bei einer Zersetzungsgeschwindigkeit von 35 % elektrolysiert. Der Abstand zwischen Anode und Kathode wurde auf 3 mm eingestellt und die Stromdichte und die ElektrolysierteIpperatur wurden auf die gleichen Werte wie bei der Elektrolyse unter Anwendung der vorstehend aufgeführten Film-Kathodenstruktur eingestellt. Diese Elektrolyse wurde während 3 Monaten fortgesetzt, während die Bedingungen so identisch wie möglich gehalten wurden.
  • In sämtlichen Fällen betrug der wirksame Bereich der elektrischen Stromströmung 1 dm2.
  • Zell spannung, Stromausnatzung und Natriumchloridkonzentration im erhaltenen Natriumhydroxid wurden bestimmt; die Ergebnisse sind in Tabelle I enthalten.
  • Tabelle 1 Stromaus- Menge Zellnützung (ppm) an spannung (%) NaCl in (V) NaOH (Berechnet auf 48% NaOH) Bei Verwendung der Bei Kathodenstruktur Beginn 85 38 3,65 gemäss der Er- @ @@@@@@ findung später 84 40 3,?O Bei Verwendung der Bei Zelle von Filter- Beginn @@ @@ @,@@ press-Typ 3 Monate 80 110 4,15 -später Beispiel 2 Eine 0,3 mm dicke Polymerfolie der folgenden Strukturformel worin n und m positive ganze Zahlen (ein Gemisch von 1 = 1, 2 und 3) sind, wurde auf eine Kathode zum Aufbau einer beschichteten Kathodenstruktur gemäss der Erfindung aufgeschichtet. Die Membrane wurde zur Überführung von -COF in -CO0H hydrolysiert. Das hydrolysierte Produkt hatte eine Ionenaustauschkapazität von 0,833 mäq/g der trockenen Membrane (H+-Typ, Äquivalentgewicht 1200). Die verwendete Kathode wurde durch Plattieren einer Oberfläche eines Weichstahl-Stabmaterials mit Nickel unter Anwendung eines Nickelrhodanid enthaltenden Bades, Überziehen der anderen Seite mit einer Dispersion eines Copolymeren von Tetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen (Neoflon Dispersion ND-1, Produkt der Daikin Kogyo K.K.), Lufttrocknung des Überzuges und anschliessende Wärmebehandlung desselben bei 3000 G aufgebaut. Der Polymerfilm vom Carbonsäurehalogenidtyp wurde unter .Erwärmen an der mit dem Copolymeren überzogenen Oberfläche der Kathode zur Schmelzhaftung gebracht, so dass die erfindungsgemässe Kathodenstruktur erhalten wurde. In diesem Fall zeigte der Polymerfilm keine Schmelzhaftung an der nickelplattierten Oberfläche der Kathode, sondern zeigte eine Schmelzhaftung an derjenigen Oberfläche, die mit dem Copolymeren aus Tetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen überzogen war. Weiterhin verblieb ein Teil der mit dem Copolymeren aus Tetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen überzogenen Elektrodenoberfläche unabgedeckt mit dem Film vom C>rbonsäurehalogenidtyp nach dessen Schmelzhaftung.
  • Unter Anwendung der erhaltenen Kathodenstruktur und einer aus einem Titanstabmaterial, das mit Rutheniumdioxid und Titandioxid überzogen ist, aufgebauten Anode wurde eine gesättigte wässrige Natriumchloridlasung elektrolysiert Der Abstand zwischen Anode und Kathode wurde auf 3 mm eingestellt und die Stromdichte betrug 30 A/dm2. Die Zersetzungsgeschwindigkeit der Natriumchloridlösung an der Anode betrug 60 %. Reines Wasser wurde in das Kathodenabteil sc eingeführt, dass 812n-Natriumhydroxid stetig erhalten werden konnte.
  • Während der Elektrolyse wurde die Temperatur im Kathodenabteilg bei 90° C gehalten.
  • Getrennt wurde zum Vergleich eine gesättigte wässrige Natriumchloridlösung unter Anwendung einer elektrolytischen Zelle vom Filterpresstyp unter Einschluss einer 0,3 mm dicken Kationenaustauschmembrane aus einem Tetrafluoräthylen/Perfluorcarbonsäure-Copolymeren vom Carbonsäuretyp mit der vorstehend angegebenen chemischen Struktur elektrolysiert. In diesem Fall war die Anode gleich wie vorstehend und durch Überziehen eines Titanstabmaterials mit Rutheniumdioxid und Titandioxid hergestellt. Die verwendete Kathode war die gleiche wie sie zur Herstellung der Kathodenstruktur verwendet wurde, die durch Ifickelplattieren der gesamten Oberfläche eines Weichstahl-Stabmaterials hergestellt worden war. Die Kationenaustauschmembrane wurde in Kontakt mit der Kathode durch Anlegung eines Druckes von 200 mm (Wasserdruck) an die Anodenseite gebracht. Die Elektrolysiertemperatur, das Ausnützungsverhältnis einer wässrigen Natriumchloridlösung und die Stromdiche waren praktisch gleich wie im Fall der erfindungsgemässen Kathodenstruktur. In jedem Fall war der wirksame Bereich der Stromströmung auf 3 dm2 eingestellt (50 x 600 mm). Die elektrolytische Zelle wurde in senkrecht verlängerter Form aufgebaut und der Effekt der an den Elektroden erzeugten Blasen auf die Zellspannung wurde untersucht. Die Elektrolyse wurde während etwa 3 Monaten unter den gleichen Bedingungen ausgeführt.
  • Zellspannung, Stromausnützung und Natriumchloridkonzentration im erhaltenen Natriumhydroxid wurden bestimmt; die Ergebnisse sind in Tabelle II enthalten.
  • Tabelle II Stromaus- Menge Zellnützung (ppm) an spannung (%) NaCl in (V) NaOH (Berechnet für 48 % NaOH) Bei Verwendung der Bei 92 20 3,48 erfindungsgemässen Beginn Kathodenstruktur 3 iitnate 92 - 20 3,52 später Bei Verwendung der Bei elektrolytischen Beginn Zelle vom Filter- 3 i'nate 90 50 88 presstyp später Beispiel 3 Zwei etwa 50 Mikron (2 mil) dicke Folien aus einem Copolymeren von Tetrafluoräthylen und Perfluor-(3,6-dioxa-4-methyl-7-octensulfonylfluorid) mit einer lonenaustauschkapazität entsprechend 0,91 mäq/g der trockenen Membrane (H+-Typ, Äquivalentgewicht 1100) im hydrolysierten Zustand wurden unter Erwärmen zur Schmelzhaftung zwecks Bildung einer aus einem Stück bestehenden Polymerfilmstruktur gebracht. Ein 50 Mikron (2 mil) dicker Film aus dem gleichen Copolymeren mit einer Ionenaustauschkapazität entsprechend 0,67 mäq/g der trockenen Membrane (H+-Typ, Äquivalentgewicht 1500) im hydrolysierten Zustand wurde hierauf aufgelegt und zur Schmelzhaftung daran zur Bildung eines aus einem Stück bestehenden polymeren Membranproduktes gebracht.
  • Die äussere Oberfläche einer Maschenkathode vom Fingertyp aus Weichstahl wurde aufgerauht und die aufgerauhte Oberfläche mit einer Emulsion aus Polyvinylidenfluorid überzogen, an Luft getrocknet und bei 250° C zum Aufziehen des Polyvinylidenfluorids lediglich auf eine Oberfläche erhitzt.
  • Die entgegengesetzte rückseitige Oberfläche wurde durch Elektrolyse- unter Anwendung eines Nickelrhodanidbades nickelplattiert. Diejenige Oberfläche des vorstehend erhaltenen polymeren membranartigen Produktes, die eine niedrigere Austauschkapazität hatte, wurde durch Erhitzen auf die mit dem Polyvinylidenfluorid überzogene Oberfläche zur Schmeizhaftung gebracht, so dass die Kathodenstruktur gemäss der Erfindung erhalten wurde. -Die Struktur wurde dann in eine Mischlösung aus 10 Teilen Äthylendiamin und 10 Teilen Wasser bei 50° C während 1,0 Stunden eingetaucht und dann bei 180° C während 1 Stunde erhitzt, um das Äthylendiamin mit dem membranartigen Produkt durch eine Säureamidbindung zu verbinden. Gleichzeitig. wurde eine Vernetzung teilweise in dem Membranprodukt gebildet. Das Produkt wurde in eine 8%ige Kaliumhydroxidlösung in Methanol von Raumtemperatur während 24 Stunden eingetaucht, um die verbliebenen Sulfonylfluoridgruppen in Kaliumsulfonatgruppen umzuwandeln. Unter Anwendung der erhaltenen Kathodenstruktur als Paat mit einer Anode vom Fingertyp, die durch Überziehen eines Gitanstabmaterials mit Rutheniumdioxid und Titandioxid erhalten worden war, wobei der Abstand zwischen denselben auf 3 mm eingeregelt wurde, wurde =eine wässrige gesättigte Natriumchioridlösung in das Anodenabteil eingeführt und bei einem Zersetzungsverhältnis von 45 % elektrolysiert Reines Wasser wurde in das Kathodenabteil so eingeführt, dass ?,On-Natriumhydroxid stetig erhalten wurde.
  • Zum Vergleich wurde eine durch Auftragung eines Überzuges aus dem gleichen Edelmetalloxidgemisch-wie vorstehend auf die gesamte Oberfläche eines Titan-Gittermaterials der gleichen Form- hergestellte Anode und eine durch Nickelplattierung der gesamten Oberfläche des gleichen Weichstahlnetzes, wie vorstehend verwendet, hergestellte Kathode verwendet. Der Abstand zwischen denselben wurde auf 3 mm eingestellt und eine Kationenaustauschmembran vom Perfluorsulfonsäuretyp, die durch Äthylendiamin unter den gleichen Bedingungen behandelt worden war, wurde zwischen denselben angebracht, so dass sie gegen die Kathodenoberfläche durch Anwendung des Wasserdruckes gepresst wurde. Die Elektrolyse wurde unter den gleichen Bedingungen wie im Fall der Anwendung der vorstehend aufgeführten Kathoden struktur aufgeführt Die in diesem Fall ein e etzte Kationenaustauschmembran war die gleiche wie in dem mittelbar vorhergehenden Absatz gegebenen erfindungsgemässen Beispiel.Dieenige Seite der Kationenaustauschmembrane, die der Kathode gegenüberstand, hatte eine niedrigere Austauschkapazität.
  • Die Stromdichte betrug etwa 30 A/dm2 und der tatsächlich wirksame Bereich der Membrane betrug 5 tem2 in jedem Fall.
  • Die Temperatur innerhalb der elektrolytischen Zelle betrug etwa 900 C.
  • Beim Vergleichsversuch, wo Kathode und Membrane keine einheitliche Struktur bildeten, berührte die Membrane die Kathode und einen Teil hiervon, hatte auch Kontakt mit der Anode während der Elektrolyse. Weiterhin quoll sie während der Elektrolyse und die erzeugten Gase standen zwischen den Elektroden und der Membrane.
  • Zellspannung, Stromausnützung und Natriumchloridkonzentration wurden bestimmt, die Ergebnisse sind in Tabelle III enthalten.
  • Tabelle III Stromaus- Menge Zellnützung (ppm) an spannung (%) NaCl in (V) NaOH (Berechnet mit 48% NaOH) Bei Verwendung der Bei 94 35 3,60 Schi chtkatho den struk- Beginn tur gemäss der Er- 3 Monate 94 35 3,68 findung später Falls Kathode und Bei Membrane im getrenn- Beginn 94 80 4,21 ten Zustand verwen- 3 monate 93 85 5,01 det wurden später Beispiel 4 Unter Anwendung der gleichen Kathodenstruktur vom Fingertyp wie in Beispiel 3 hergestellt im Paar mit der gleichen Anode vom Fingertyp, die beim Überziehen eines Titan-Gittermaterials mit RuO2 und TiO2 erhalten wurde, wie in Beispiel 3 verwendet, wurde die Elektrolyse bei einer Stromdichte von 30 A/dm2 so durchgeführt, dass die durchschnittliche Eonzentration der Natriumchloridlösung innerhalb des Anodenabteils 1,On betrug. Reines Wasser wurde nicht in das Kathodenabteil eingeführt.
  • Als Ergebnis konnte eine 34%ige Natriumhydroxidlösung aus dem Kathoden abteil bei einer Stromwirksamkeit von 92 % gewonnen werden. Die Zellspannung betrug 3,75 V.
  • Zum Vergleich wurde die Elektrolyse unter den gleichen Bedingungen unter Anwendung einer Rationenaustauschmembrane durchgeführt vom Perfluorsulfonsäuretyp@ die mit Äthylendiamin behandelt worden war, und zwischen der Anode vom Fingertyp und der gleichen Kathode vom Fingertyp, wie vorstehend angegeben, angebracht war. Dabei wurde eine 34°/Oige Natriumhydroxidlösung bei einer Stromausnützung von 90 °% erhalten. Die Zellspannung betrug 4,82 V. Die Zellspannung nahm im Verlauf der Zeit zu.
  • Beispiel 5 Ein Styrol/Butadien-Kautschuk wurde einheitlich in 20 Teilen Methylmethacrylat, 20 Teilen Styrol, 10 Teilen Divinylbenzol (Reinheit 55 %) und 20 Teilen Stearylmethacrylat gelöst und 1 %, bezogen auf die gesamten Monomeren, an Benzyolperoxid wurde zur Bildung eines viskosen Pastengemisches zugesetzt. Das Gemisch wurde einheitlich auf ein gewebtes Tuch aus Vinylon (Polyvinylalkohol) aufgezogen, wovon eine Oberfläche mit Cellophan abgedeckt war.
  • Dann wurde das gewebte Tuch auf eine Maschenkathode vom Fingertyp mit der cellophanfreien Oberfläche nach einwärts gesteckt, so dass es mit der Form der Kathode übereinstimmte. Die Anordnung wurde auf 800 C während 24 Stunden zur Ausbildung eines fest an der gekrümmten Oberfläche der Kathode anhaftenden Polymerfilmes erhitzt. Die Anordnung wurde dann in eine wässrige 4n-Natriumhydroxidlösung während 24 Stunden zur Bildung einer Kathodenstruktur eingetaucht, bei der die Kationenaustauschmembrane aufgeschichtet war.
  • Die vorstehend erhaltene Ionenaustauschmembrane hatte einen elektrischen Widerstand von 12 Ohm-cm2 in einer wässrigen O,5n-Natriumhydroxidlösung von 250 C.
  • Unter Anwendung dieser Kathoden struktur wurde Natriumchlorid in einer elektrolytischen Zelle mit drei Abteilen elektrolysiert. Die Stromausnützung, um ein 6,On-Natriumhydroxid zu erhalten, betrug 94 %. Die Natriumchloridkonzentration, berechnet mit 48 % NaOH, in der erhaltenen lauge betrug nur- 70- ppm.
  • Beispiel 6 Ein aus 28 Teilen Methylvinylketon, 14 Teilen Styrol und 3 Teilen Divinylbenzol (Reinheit 50 %) bestehendes Monomergemisch wurde -unter Rühren bei 659 C während 1 Stunde in Gegenwart von Azoisobutyronitril als Polymerisationskatalysator zur Bildung eines viskosen Polymeren erhitzt.
  • Das Polymere wurde einheitlich auf eine Kathode mit einer kompliziert gekrümmten Oberfläche aufgezogen. Die Form des aufgezogenen Polymeren wurde durch Abdeckung eines Netzwerkes aus Polypropylen, das in einer zur Kathode sgmmetrischen Form in etwas grösserCr Grösse hergestellt worden war, eingestellt.
  • Die Anordnung wurde auf 70° C während 6 Stunden zum Ablauf der Polymerisationsreaktion und Bildung einer mit der Kathode zusammenhängenden polymeren Membrane erhitzt.
  • Die erhaltene Struktur wurde in ein Gemisch (1:2) aus Phosphortrichlorid und Dioxan im --feuchtigkeitsfreien Zustand bei Raumtemperatur während etwa 40 Stunden eingetaucht.
  • Weiterhin wurde die Struktur-in Eisessig von Raustemperatur während 20 Stunden eingetaucht und dann grundlich,mit-Wasser gewaschen.
  • Die erhaltene Ionenaustauschmembrane hatte einen elektrischen Widerstand-von 5 Ohm-cm2-in einer wässrigen 0,5n-Natriumchloridlösung und eine überlegene Alkalibeständigkeit.
  • Beispiel 7 20 Teile-Natrium-m-phenolsulfonat, 18 Teile Phenol und O Teile Formaldehyd wurden auf 1000 G während 50 Minuten in Gegenwart von Natriumhydroxid als Katalysator zur Bil dung eines rot-braunen viskosen Vorkondensats erhitzt. Das erhaltene Produkt wurde auf ein gewebtes Tuch aus Vinylon aufgezogen und dann mit einer Kathode vom Fingertyp verbunden. Die Anordnung wurde auf 750 C während 30 Minuten zur Kondensation des Vorkondensats erhitzt.
  • Die erhaltene Polymermetabrane hatte einen elektrischen Widerstand von 4 Ohm-ca2 und eine Austauschkapazität von 1,6 mäq/g der trockenen Membrane Beispiel 8 Ein Teflon-Bogen wurde mit einer äusseren Oberfläche eines Nickelnetzes vom Fingertyp, we es für die üblichen Natriumchloridelektrolyse verwendet wird, verbunden und ein 0,3 mm dicker Bogen aus einem thermoplastischen Polymeren der folgenden Strukturformel wurde an die andere Oberfläche zur Schmelzhaftung gebracht: Der Teflon-Bogen wurde entfernt und die Anordnung in eine wässrige 5,0n-Kaliumhydroxidlösung bei 800 C während 24 Stunden gebracht, um die Sulfonylfluoridgruppe in die Ealiumsulfonatgruppe zu überführen. Das Material wurde dann in Salpetersäure zur Überführung des Polymeren in den Wasserstoffionentyp eingetaucht und weiterhin in Natriumhydroxid zur Überführung desselben in den Natriumtyp eingetaucht. Wenn dieser Bogen zur Schmelzhaftung an einer Oberfläche des Kathodennetzes gebracht wurde, trat er in die Zwischenräume des Netzes ein. Derjenige Teil des Bogens, welcher sich zu der anderen Oberfläche des Netzes erstreckte, wurde abgeschabt, um die Elektrode freizulegen.
  • Das Freisein von Wassersickerung wurde durch Anwendung eines Wasserdruckes von 10 m (Wassersäule) von ausserhalb des Netzes sichergestellt. Unter Anwendung dieser Kathode struktur als Paar mit einer unlöslichen Elektrode, welche durch überziehen eines Titannetzes mit Titanoxid und Rutheniumoxid hergestellt worden war, wurde eine wässrige Natriumchloridlösung bei einer Stromdichte von 20 A/dm2 elektrolysiert. Eine wässrige 6,On-Natriumhydroxidlösung wurde stetig von der Kathode erhalten. Zu diesem Zeitpunkt betrug die Interelektrodenspannung 3,85 V bei 600 C. Die Stromausnützung zur Bildung des Natriumhydroxids betrug 65 %. Die Menge an Natriumchlorid in 50%igem Natriumhydroxid betrug 660 ppm.
  • Beispiel 9 Die nach Beispiel 8 hergestellte Kathodenstruktur, worin das Perfluorpolymere vom Sulfonylfluoridtyp war, wurde in jedes der in Tabelle IV aufgeführten Bäder während der dort angezeigten Zeiträume eingetaucht und das restliche Sulfonylfluorid wurde nach üblichen Verfahren hydrolysiert.
  • Unter Anwendung jedes der erhaltenen Strukturen wurde die gleiche Natriumchloridelektrolyse wie ir. Beispiel 8 bei einer Temperatur von 600 C ausgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle IV aufgeführt.
  • Tabelle IV Reaktions- Eintauch- Konzen- Stromaus- NaCl isi Spannung bad zeiträume tration an nützung NaOH (ppm, zwischen (Stunden) erhaltenem (%) berechnet den Elek-NaOH mit 50 % troden (n) NaOH) (V) Diisopropylamin 2,0 6,0 94 250 4,02 Diäthylamin 1,0 5,9 94 260 4,10 etraäthylenpentamin Wasser = 10:1 (Gewicht sverhältnis) 24,0 6,2 95 230 4,12 Piperazin 1,5 5,8 93 300 4,00 Propylamin : Wasser = 5 : 1 (Gewichtsverhältnis) 3,0 5,7 88 420 3,98 Beispiel 10 Ein lineares Polymeres mit einem Molekulargewicht von etwa 300 000 wurde durch Lösungspolymerisation von p-Hydroxystyrol in üblicher Weise erhalten. Das Polymere wurde in einer wässrigen Lösung von Natriumhydroxid gelöst und Paraformaldehyd und Iminodiessigsäure wurden zugesetzt.
  • Das Gemisch wurde zur Bindung der Iminodiessigsäure an dem Poly-(p-hydroxystyrol) erhitzt und dadurch ein amphoterer Polyelektrolyt gebildet,der eine Carbonsäure und ein tertiäres Amin enthielt. Der Polyelektrolyt und Polyvinylalkohol in einem Gewichtsverhältnis von 2 :1 wurden in einer wässrigen Alkalilösung zur Bildung einer viskosen wässrigen Lösung der Polymeren gelöst. Eine durch Verbindung einer Teflon-Bahn mit der inneren Oberfläche einer zylindrischen Drahtgaze aus rostfreiem Stahl (Maschenzahl 6400/cm2; 200 mesh) mit einem Durchmesser von 10 cm wurde in die Polymerlösung eingetaucht. Es wurde herausgenommen, an Luft getrocknet und dann in ein Bad aus einer Mischlösung vom Glaubersalz, Schwefelsäure und Formaldehyd bei 600 C während 1 Stunde eingetaucht und der Teflon-Bogen wurde entfernt. Unter Anwendung dieser Kathodenstruktur und eines zylindrischen Graphits als Anode, die konzentrisch angebracht-waren, wurde eine wässrige Kaliumchloridlösung im kleinen Masstab elektrolysiert. Kaliumhydroxid wurde in einer Konzentration von 6,0n an der Kathodenseite erhalten und die Stromausnützung betrug 96 Xo. Die Menge des Kali um chlorids im Kaliumhydroxid betrug etwa 250 ppm, berechnet für 50 ffi KOH.
  • Beispiel 11 Die erfindungsgemässe in Beispiel 1 hergestellte Eathodenstruktur wurde bei 700 C während 2 Stunden in eine 1%ige, wässrige Polyäthylenoxidlösung mit einem Molekulargewicht von etwa 1500 eingetaucht und mit Wasser gewaschen.
  • Unter Anwendung der behandelten Kathodenstruktur als Paar mit der gleichen Anode wie in Beispiel 1 wurde eine wässrige Natriumchloridlösung unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 -elektrolysiert. 6,0n-Natriumhydroxid wurde stetig aus der Kathode erhalten. Die Stromausnützung betrug 95 %~ und die Zellsp@nnung betrug 3,75 V.
  • Getrennt, jedoch ohne Anwendung der Kathodenstruktur gemäss der Erfindung wurde die gleiche Elektrolyse in-einer gewöhnlichen elektrolytischen Zelle vom geklammerten Typ unter Anwendung der gleichen mit Polyäthylenoxid behandelten Membrane vom Perfluorsulfonsäuretyp durchgeführt. 6,On-Natriumhydroxid wurde erhalten. Die Stromausnützung betrug 93 % und die Zellspannung betrug 3,90 V.

Claims (9)

  1. Patentansprüche 1. Kathodenstruktur für die Elektrolyse in flüssiger Phase, bestehend aus einer Kathode und einem Polymeren, das eine Kationenaustauschgruppe enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymere in Form eines Filmes auf eine Oberfläche der Kathode aufgeschichtet ist.
  2. 2. Kathodenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymere aus einem fluorhaltigen Ionenaustauschharz besteht.
  3. 3. Kathoden struktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Kathode gekrümmt ist.
  4. 4. Kathodenstruktur nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode aus einer Elektrode vom Fingertyp besteht.
  5. 5.. Kathoden struktur nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche der Kathode elektrochemisch inaktiv ist und das Polymere in Form eines Filmes auf die inaktive Oberfläche der Kathode aufgeschichtet ist.
  6. 6. Kathodenstruktur nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymere auf die Kathode durch Schmelzhaftung des Polymeren aufgeschichtet ist.
  7. .7. Kathodenstruktur nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymere durch direkte Ausbildung eines Filmes des Polymeren auf einer Oberfläche der Kathode ausgebildet ist..
  8. 8 Elektrolytische Zelle, ausgerüstet mit einer Kathodenstruktur gemäss Anspruch 1 bis 7.
  9. 9. Verfahren zur Elektrolyse, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kathodenstruktur gemäss Anspruch 1 bis 7 angewandt wird.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3021454A1 (de) * 1979-06-07 1980-12-11 Asahi Chemical Ind Verfahren zur elektrolyse einer waessrigen alkalichloridloesung
DE3226347A1 (de) * 1981-07-21 1983-02-10 Permelec Electrode Ltd., Fujisawa, Kanagawa Elektrolysevorrichtung und verfahren zu deren herstellung
CN117964522A (zh) * 2024-03-29 2024-05-03 山东东岳未来氢能材料股份有限公司 一种聚合物中全氟3,6-二氧杂-4-甲基-7-辛烯磺酰氟单体的回收方法及装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3021454A1 (de) * 1979-06-07 1980-12-11 Asahi Chemical Ind Verfahren zur elektrolyse einer waessrigen alkalichloridloesung
DE3021454C2 (de) * 1979-06-07 1988-04-21 Asahi Kasei Kogyo K.K., Osaka, Jp
DE3226347A1 (de) * 1981-07-21 1983-02-10 Permelec Electrode Ltd., Fujisawa, Kanagawa Elektrolysevorrichtung und verfahren zu deren herstellung
CN117964522A (zh) * 2024-03-29 2024-05-03 山东东岳未来氢能材料股份有限公司 一种聚合物中全氟3,6-二氧杂-4-甲基-7-辛烯磺酰氟单体的回收方法及装置
CN117964522B (zh) * 2024-03-29 2024-06-07 山东东岳未来氢能材料股份有限公司 一种聚合物中全氟3,6-二氧杂-4-甲基-7-辛烯磺酰氟单体的回收方法及装置

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