DE2704213A1 - Chloralkali-elektrolyseverfahren - Google Patents

Chloralkali-elektrolyseverfahren

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DE2704213A1
DE2704213A1 DE19772704213 DE2704213A DE2704213A1 DE 2704213 A1 DE2704213 A1 DE 2704213A1 DE 19772704213 DE19772704213 DE 19772704213 DE 2704213 A DE2704213 A DE 2704213A DE 2704213 A1 DE2704213 A1 DE 2704213A1
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anode
solution
alkali
membrane
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DE19772704213
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Robert Burns Macmullin
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Goodrich Corp
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BF Goodrich 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

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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Description

  • Chloralkali-Elektrolyseverfahren
  • Die Erfindung betrifft die Herstellung von Chlor und Ätzalkali von hoher Reinheit durch elektrolytische Zersetzung von Natriumchlorid.
  • Der Weltbedarf für elementares Chlor ist gron und steigt mit sehr hoher Rate. Von den bekannten Verfahren der Chloralkali-Elektrolyse wird nur durch die Verfahren, bei denen Quecksilberkathoden verwendet werden, unmittelbar Ätzalkali, das verhältnismäßig frei von Chloridionen ist, in den im Handel erwünschten Konzentrationen erzeugt. Leider zwingen die ökologischen Gefahren des Verlustes von Quecksilber an die Umgebung zu einer schnellen Verminderung der Zahl der in Betrieb befindlichen Quecksilber-Zellen. Ferner treten auch bei der Chloralkali-Elektrolyse in Quecksilber-Zellen große Probleme im Zusammenhang mit der Reinigung der Sole auf.
  • In der Chloralkali-Elektrolyse sind die Diaphragmen Zellen in Begriff, die Quecksilberzellen zu verdrängen.
  • Bei einem solchen Verfahren wird ein Diaphragma aus Asbest oder aus einem anderen Gewebe zwischen der Anode und der Kathode angeordnet, um die Trennung zwischen Chlor und Wasserstoffgas aufrecht zu erhalten. Das erzeugte Ätzalkali ist jedoch auf Grund der hohen Durchlässigkeit des Diaphragmas aus Asbest oder einem anderen Gewebe normalerweise ziemlich stark mit Chloridionen verunreinigt.
  • Es sind Bemühungen im Gang, Kationenaustauschermembranen an Stelle der Membranen aus Asbest oder anderen Geweben zu verwenden, um den Übergang von Chloridionen bei der Chloralkali-Elektrolyse zu verringern. Ein solches Verfahren wird in der US-PS 3 773 634 beschrieben. Weitere Verwendungen von Membranen bei Verfahren der Chloralkali Elektrolyse werden in den US-PSen 2 447 540, 2 409 193, 2 260 771 und 3 853 720 beschrieben. Die Produktreinheit allein ist jedoch nicht die wesentliche Bedingung eines wirksamen und wirtschaftlichen Chloralkali-Verfahrens.
  • Angesichts der heutigen hohen Energiekosten sind Verfahren, die mit niedrigem Stromverbrauch arbeiten, besonders erwünscht.
  • Es besteht ein besonderes Bedürfnis für eine verbesserte Chloralkali-Elektrolyse, die nicht nur die Umwelt nicht verunreinigt und Chlor und Ätzkali von hoher Reinheit liefert, sondern auch über lange Zeiträume bei niedriger ! Spannung zu arbeiten vermag.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein mit Kationenaustauschermembranen arbeitendes Verfahren der Chloralkali-Elektro-! lyse, bei dem eine Verunreinigung des Arbeitsplatzes mit Quecksilber ausgeschlossen ist und das Chlor und Ätzalkali von hoher Reinheit bei niedrigem Energieverbrauch über lange Zeiträume zu erzeugen vermag. Der niedrige Energiebedarf wird ohne nachteilige Auswirkungen auf die Stromdichte durch Verwendung einer Kombination einer Kationenaustauschermembran und einer dicht an der Membran und der Anode angeordneten porösen Elek- trode mit niedriger Wasserstoffüberspannung in der Katholytlösung erreicht.
  • Beim Verfahren gemäß der Erfindung ist die als Anolyt dienende Alkalichloridlösung in direkter Berührung mit einer Seite einer Kationenaustauschermembran. Mit der anderen Seite der Membran ist eine stark basische Alkalihydroxydlösung als Katholyt in direkter Berührung.
  • Das Verfahren arbeitet beim stationären Zustand mit hoher Alkalichloridkonzentration der Anolytlösung, um hohe Chloridionenkonzentration an der Anode sicherzustellen. Die Katholytlösung enthält Alkalihydroxyd in jeder gewünschten Konzentration bis etwa 50 Gew.-%, vor-: zugsweise zwischen etwa 20 und 45 Gew.-%. Die Lösungen werden bei Temperaturen von Raumtemperatur (etwa 250C) bis zum Siedepunkt der Lösungen gehalten. Im allgemeinen; wird bei Temperaturen zwischen etwa 600C und 900C gearbeitet. Hohe Temperaturen tragen dazu bei, die Zellenspannung und den Energieverbrauch zu senken.
  • Eine kritische Begrenzung der heutigen Chloralkali-Elektrolyseverfahren unter Verwendung von Diaphragmen ist die Tatsache, dan die wirksameren Kathoden mit niedriger' Wasserstoffüberspannung, z.B. Raney-Nickel, nicht verwendet werden können, da diese Elektroden durch Nichtalkali-Verunreinigungen, die aus der Anolytlösung übertragen werden, vergiftet werden. Es wurde nun gefunden, daß poröse Kathoden mit niedriger Wasserstoffüberspannung in Kombination mit Kationenaustauschermembranen verwendet werden können und mit niedriger Spannung arbeitende Chloralkali-Elektrolyseverfahren ermöglichen. Eingesetzt werden Kationenaustauschermembranen, die eine hohe Natriumionen-Übertragungsgeschwindigkeit aufweisen und den Transport der Nichtalkali-Ionen aus der Anolytlösung und den Rücktransport von Hydroxylionen aus der Katholytlösung verzögern. Ferner muß die Membran in der Zelle 1 unter den Arbeitsbedingungen, d.h. unter der Einwirkung der chlorierten Sole von hoher Temperatur auf der Anolytseite und des starken Ätzalkalis auf der Katholytseite beständig sein.
  • Ein Beispiel des Typs des Kationenaustauschermaterials, das die notwendigen Transporteigenschaften aufweist und sich als fähig erwies, den zerstörerischen Bedingungen in der Chloralkalizelle zu widerstehen, sind die fluorierten Membranen, die Kationenaustauschstellen enthalten, z.B. die Perfluorsulfonsäure-Polyfluorkohlenstoff Polymermembranen (im Handel unter der Bezeichnung §'Nafion", Hersteller DuPont). Andere Membranen, deren Herstellung und Eigenschaften in den folgenden Patentschriften beschrieben werden, können ebenfalls für das Verfahren gemäß der Erfindung verwendet werden: US-PSen 3 882 093 und 3 853 720 und JA-PSen 75/35078, 74/86298 und 73/20781.
  • Die Perfluorsulfonsäure-PerfluorkohlenwasserstoffPoly mermembranen, die bei den in den Beispielen beschriebenen Versuchen verwendet wurden, haben die Struktur Hierin kann die Konzentration der Austauschstellen als etwa 1100 bis 1500 g trockene Membran pro Äquivalent der S03 -Austausahstellen ausgedrückt werden.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung erfordert zwei Ausgangsmaterialien, ein Alkalichlorid und Wasser. Beliebige Alkalichloride einschließlich Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Lithiumchlorid und Rubidiumchlorid können verwendet werden. Auf Grund geringerer Vorräte an Lithium- und Rubidiumchlorid werden Natriumchlorid und Kaliumchlorid bevorzugt, wobei vom Gesichtspunkt der Kosten Natriumchlorid bevorzugt wird. Natriumchlorid und die anderen Alkalichloride können in beliebigen handelsüblichen, mehr oder weniger gereinigten Formen und sogar in Form roher Solen verwendet werden. Technische Formen von NaCl und KCl enthalten als Nichtalkali-Verunreinigungen Eisensalze, Magnesiumsalze, Kupfersalze, Calciumsalze, Strontiumsalze und andere Nichtalkalisalze. Die Anwesenheit großer Mengen dieser Metallsalze ist unerwünscht. Die üblichen Verfahren in der Herstellung und Reinigung von Sole können vorteilhaft angewendet werden, um den Gehalt an unerwünschten Metallsalzen in der Sole auf niedrige Werte zu senken, jedoch bleibt bei nicht vollständiger Entfernung aller Metallionen, die unwirtschaftlich ist, eine beträchtliche Menge der Nichtalkalimetallionen in der Anolytlösung zurück.
  • Das andere Material, das bei dem Verfahren verwendet wird, ist Wasser, das den Anolyt- und Katholytlösungen zugesetzt wird, um die Alkalimetallösung und die Ätzalkalilösung bei den gewünschten Konzentrationen zu halten. Das Wasser wird dem Anolyt als Ersatz für das Wassers das abgedampft wird, und das durch die Membran in die Katholytlösung transportierte Wasser (wenigstens etwa 4 bis 5 Mol Wasser pro Mol Alkalimetall) zugesetzt.
  • Das Wasser wird der Katholytlösung als Ersatz für das abgedampfte Wasser, das an der Kathode zersetzte Wasser und das aus dem Kathodenraum mit der gebildeten Ätzalkalilösung abgezogene Wasser zugesetzt. Da große Wassermengen verwendet werden, muß ziemlich reines Wasser verwendet werden, da sonst eine übermäßig große Menge an Nichtalkali-Verunreinigungen in die Zelle gelangt. Entmineralisiertes und entsalztes Wasser, das praktisch nur Alkalimetall, z.B. Natrium, enthält, ist für das Verfahren ideal.
  • Das Verfahren wird bei einer Temperatur von ungefähr Raumtemperatur (etwa 250C) bis zum Siedepunkt der Lösungen durchgeführt. Bevorzugt wird eine Temperatur im Bereich zwischen etwa 600 und 900C. Die höheren Temperaturen begünstigen niedrigere Spannungen und größere Dünnflüssigkeit in den in der Zelle enthaltenen Lösungen, insbesondere in der als Katholyt dienenden Ätzalkalilösung.
  • Die Anolytlösung wird vorzugsweise bei einer so hohen Konzentration des Alkalichlorids gehalten, wie sie ohne Feststoffbildung noch möglich ist. Natriumchlorid bildet gesättigte Lösungen bei einer Konzentration von etwa 27 Gew.-% bei 1000C. Durch Verdampfung aus der Zelle bei den hohen Betriebstemperaturen ist es zweckmäßiger, die Natriumchloridkonzentration im Anolyt über etwa 20 Gew.-% zu halten. Die Konzentration des Ätzalkalis im Katholyt kann irgendwo zwischen etwa 5 und 50 Gew.-% liegen. Das Verfahren arbeitet wirksam bei Ätzalkalikonzentrationen zwischen etwa 20 und 45 Gew.-X.
  • Vorzugsweise werden die Lösungen in beiden Elektrodenrãumen umgewälzt.
  • Der Gesamtaufbau der Chloralkali-Elektrolysezelle und die Form der Elektroden und Membran sind im Rahmen der Erfindung nicht entscheidend wichtig. Beliebige bekannte Konstruktionen und Formen können verwendet werden. Es wurde jedoch gefunden, daß die Kathode gemäß der Erfindung dicht an der Membran und der Anode angeordnet werden muß, um Betrieb der Zelle mit niedrigem Energieverbrauch zu ermöglichen. Bei der bevorzugten Ausfüh- rungform der Erfindung bedeutet "dicht, daß der Abstand zwischen Anode und Kathode etwa die 1- bis 3-fache Dicke der verwendeten Membran beträgt. Natürlich liegen bei einem Elektrodenabstand, der der 1-fachen Dicke der Membran entspricht, die Oberflächen sowohl der Anode als auch der Kathode unmittelbar an der Oberfläche der Membran an. Bei einem Abstand, der etwa der 2- bis 3-fachen Dicke der Membran entspricht, kann die Oberfläche der Anode oder der Kathode unmittelbar an der Oberfläche der Membran anliegen, oder sowohl die Anode als auch die Kathode können mit Abstand zur Oberfläche der Membran angeordnet sein.
  • Es ist bekannt, daß durch Anordnung der Anode und der Kathode dicht an der Membran der IR-Abfall in der Anolyt- und Katholytlösung verringert wird, jedoch waren die bisher gemachten Versuche, die Anode und Kathode angrenzend an die Membran anzuordnen, auf Grund der durch Chlorgas- und Wasserstoffgasentwicklung verursacht Blasenbildung zwischen diesen Materialien erfolg-; los. Die Blasen bilden sich im Zwischenraum zwischen den Elektroden und erhöhen wirksam die Spannung im Zwischenraum. Durch die Erfindung wird die Blasenbildung im Zwischenraum zwischen den Elektroden verringert und eine enge Sandwichkonstruktion von Anode, Membran und Kathode ermöglicht. Dies wird durch Verwendung sowohl einer perforierten Anode, in der die hauptsächliche Chlorgasbildung in den Löchern und an der Rückseite stattfindet, als auch der porösen Kathode mit niedriger Wasserstoffüberspannung, in der die hauptsächliche Entwicklung von Wasserstoffgas an der Rückseite der Kathode stattfindet, erreicht. Ferner wird es durch die Porosität der Kathode möglich, daß das aus der Anolytlösung durch die Membran zur Katholytlösung transportierte Wasser auch durch die Kathode strömt. Wenn die poröse Kathode unmittelbar an der Membran anliegt, strömt das Wasser durch die Kathode und trägt das Wasserstoffgas mit sich in die Katholytlösung. Bevorzugt wird somit eine Ausbildung der Zelle, bei der wenigstens die Kathode und auch die Anode sandwichartig mit der Membran angeordnet sind, wobei die Anode unmittelbar an der Membran und die Kathode gegenüber der Anode unmittelbar an der Membran anliegt, so daß die Membran durch die beiden an ihr anliegenden Oberflächen der Anode und ! Kathode gestützt und in Planlage gehalten wird.
  • Die Verwendung von perforierten Anoden mit Löchern, die etwa 2/5 bis etwa 2/3 der Oberfläche ausmachen, stellt einen guten Kompromiss zwischen Gasentwicklung, Umwälzung des Elektrolyten und Stromdichte dar. Die Kathode kann in Form einer porösen Platte des Materials mit niedriger Wasserstoffüberspannung, das zur leichten Umwälzung der Katholytlösung ebenfalls perforiert sein kann, verwendet werden. Die Kathode kann auch die Form eines Überzuges des Materials mit niedriger Wasserstoffüberspannung auf einer geeigneten Unterlage, z.B. einem perforierten qlatten Nickelblech, haben.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung unterliegt hinsichtlich der Stromdichte keinen stärkeren Begrenzungen als andere bekannte Membranverfahren. Es wird mit Stromdichten zwischen etwa 0,54 und 5,4 kA/m2, vorzugsweise zwischen etwa 1,07 und 4,28 kA/m² gearbeitet. Falls nicht anders angegeben, gelten die hier genannten Werte für den Betrieb bei einer Stromdichte von etwa 3,23 A/m² Das Verfahren kann in Zellen, die aus beliebigem geeigneten Werkstoff, der in der Technik bekannt ist, hergestellt sind, durchgeführt werden. Da jedoch der Anolyt beim Verfahren gemäß der Erfindung bei einem pH-Wert arbeitet, der etwas niedriger ist als bei der Chloralkali-Elektrolyse üblich, besteht der Anodenraum der Zelle vorzugsweise aus Titan oder einem nicht-metalli- schen Werkstoff oder einem mit Titan ausgekleideten Metall oder einem nicht-metallischen Werkstoff, der gegen Säuren von mäßiger Stärke beständig ist. Der Körper der Zelle kann aus mit Graphit verstärktem Phenol-Formaldehydharz, z.B. aus dem Produkt der Handelsbezeichnung 'Haveg 46", bestehen. Ein handelsübliches Material dieser Art wird von der Firma Haveg Industries, Inc., hergestellt. Hartes Polyvinylchlorid 1 kann ebenfalls verwendet werden. Dieses Material wird für Rohrleitungen zum Anodenraum bevorzugt, wo die Verwendung von Metallrohr zu Verunreinigung der Anolytlösung mit Metallen führen kann. Rohre aus Metall oder anderen Werkstoffen können zur Förderung der als Katholyt verwendeten Ätzalkalilösung und zur Zuführung der Materialien zum Kathodenraum verwendet werden.
  • Elektroden Die beim Verfahren gemäß der Erfindung verwendete Kathode besteht aus einem porösen Metall mit niedriger Wasserstoffüberspannung. Als Beispiele von Metallen mit niedriger Wasserstoffüberspannung sind Eisen, Nickel, Kobalt, Ruthenium, Rhodium, Palladium und Platin zu nennen. Eisen und Nickel werden auf Grund ihrer Verfüg- 1 barkeit und Kosten bevorzugt. Besonders bevorzugt wird Nickel, da Eisen die Ätzalkalilösung mit Eisenionen etwas verunreinigen kann. Die geJünschte PorositSt der Elektrode mit niedriger Wasserstoffüberspannung kann durch Befolgen der Raney-Methode bei der Vorbereitung des für die Elektrode verwendeten Metalls erzielt werden. Eine Veröffentlichung von Vielstich in 1,Chemie-Ing.-Techn. Nr.2 (1961) S. 75-79, beschreibt die Herstellung von Raney-Nickelkathoden und ihre Verwendung bei der Chloralkali-Elektrolyse. Die Kathode aus Raney-Nickel kann in Form einer Platte des Materials mit einer Porenfläche bis 70% der Oberfläche der Platte verwendet werden. Die Kathode kann auch in Form eines porösen Materials, das auf ein perforiertes Nickelblech aufgebracht ist, verwendet werden. Die Verwendung einer Raney-Nickelkathode beim Verfahren hat eine extrem niedrige Wasserstoffüberspannung im Kathodenraum zur Folge.
  • Beliebige bekannte Elektrodenmaterialien, die als Anode bei der Chloralkali-Elektrolyse geeignet sind, können für die perforierte Anode gemäß der Erfindung verwendet werden. Da jedoch die beim Verfahren gemäß der Erfindung verwendete Anolytlösung eine etwas stärkere Acidität hat, als sie normalerweise auftritt, und die Verfahrensbedingungen der Temperatur und der Konzentration streng sind, werden vorzugsweise dimensionell stabile Anoden (DSA) verwendet. DSA-Anoden sind bekannt und bestehen beispielsweise aus einem perforierten Blech eines Metalls wie Titan, Tantal oder Niob, das mit einem katalytischen Metall wie Platin oder einem Gemisch von Metalloxyden von Ruthenium und Titan beschichtet ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die perforierte Anode so hergestellt daß sie Aktivität auf der Rückseite der Anodenoberfläche, d.h. an der der Membran abgewandten Seite aufweist. Dies wird erreicht, indem nur diese Seite mit dem katalytischen Metall beschichtet wird. Die Aktivität an der Rückseite der Anode ermöglicht die Entwicklung von Chlorgas an dieser Stelle in der Zelle.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung ist durch zahlreiche Merkmale, die in Wechselbeziehung zueinander stehen, gekennzeichnet. Das wichtigste Merkmal der Erfindung ist jedoch die Verwendung einer dicht an der Kationenaustauschermembran angeordneten porösen Metallkathode mit niedriger Wasserstoffüberspannung. Die Kombination ist wechselseitig förderlich: Die Membran hat eine hohe Natriumionen-Überführungsgeschwindigkeit, verhindert jedoch wirksam den Transport von Nichtalkalimetallionen, wodurch wiederum die Kathode geschützt und der Betrieb der Zelle bei niedriger Wasserstoffüberspannung aufrecht erhalten wird. Wenn die letztgenannte Kombination! mit einer dicht an der Membran angeordneten DSA-Anode angewendet wird und die Elektrolytlösungen, insbesondere die nahezu gesättigte Anolytlösung hohe Konzentrationen aufweisen, stellt sich das Verfahren als ein mit niedriger Spannung und niedrigem Energieverbrauch arbeitender Prozess dar, für den ein Bedürfnis in einer an Energiemangel leidenden Welt besteht. Die Gesamtzellenspannungen des Verfahrens liegen im Bereich von etwa 2,5 bis 4 V.
  • Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel weiter erläutert.
  • Beispiel Eine aus flachen Platten aus Polymethylmethacrylat oder Polypropylen bestehende kleine Laboratoriumszelle wird verwendet. Die Zelle ist mit einer Kathode versehen, die aus einer 6,35 mm dicken quadratischen Platte aus Raney-Nickel mit einer Kantenlänge von 12,7 mm besteht, die an einem Blech aus nichtrostendem Stahl befestigt ist, das dann senkrecht in den Kathodenraum unmittelbar angrenzend an die Membran eingesetzt ist, einer einzelnen senkrechten Graphitanode, die in den Anodenraum eingesetzt ist, und einer zwischen Anodenraum und Kathodenraum gehaltenen senkrechten Kationenaustauschermembran. Jeder Elektrodenraum ist mit einem kleinen Rührer für die Umwälzung sowie mit einem Thermometer versehen.
  • Die verwendete Membran besteht aus einem Polymerisat von Perfluorsulfonsäure-Polyfluorkohlenwasserstoff, das etwa eine S03 -Gruppe auf etwa 1200 Molekulargewichtseinheiten enthält (Handelsbezeichnung "Nafion 425", Hersteller DuPont; Die Raney-Nickelelektrode wurde wie folgt hergestellt: 400 g technisch reines Nickel und 400 9 technisch reines Aluminium wurden 24 Stunden bei 1?000C gehalten. Aus der erhaltenen Legierung wurde eine Platte gegossen, die 4 Stunden der Abkühlung überlassen wurde. Die Legierung wurde dann 6 Tage in 12%iger Natriumhydroxydlösung geätzt. Die 12,7 x 12,7 mm große Platte wurde dann aus dem erhaltenen Raney-Nickel hergestellt.
  • Eine etwa 25Die Natriumchloridlösung wird in den Anodenraum gegeben. In den Kathodenraum wird ein gleiches Volumen einer wässrigen Ätzalkalilösung gegeben, die etwa 25 Gew.-% NaOH enthält. Die Zelle wird auf 720C erhitzt, und die Elektrolytlösungen werden gerührt.
  • Nach einer Betriebsdauer von etwa 0,5 Std. wurden Messungen der Kathodenspannung bei verschiedenen Stromdichten unter Verwendung entweder einer Graphitkathode oder der in der beschriebenen Weise hergestellten Raney-Nickelkathode vorgenommen. Die folgenden Ergebnisse wurden erhalten: StroWdichte Kathodenspannung-A/m' Unter Verwendung einer Graphitkathode o 1,028 3,23 1,454 Unter Verwendung der Raney-Nickelkathode O 1,030 0,65 1,084 3,23 1,104 6,5 1,120 Gemessen unter Verwendung einer Luggin-Sonde in der Kathode an der Grenzfläche gegen eine Ag/AgCl-Besugszelle.
  • Das Beispiel zeigt, daß die Verwendung der Raney-Nickel kathode eine niedrige Wasserstoffüberspannung bei der Chloralkali-Elektrolyse zur Folge hat. Bei einer Strom-2 dichte von 3,23 kA/m liegt die Gesamtpolarisation an der Kathode um 0,350 V niedriger, wenn die Raney-Nickelkathode an Stelle der Graphitkathode verwendet wird.
  • Der niedrigere Energieverbrauch des Verfahrens bleibt durch Verwendung der Kationenaustauschermembran über lange Betriebszeiträume erhalten. Durch die Anordnung der porösen Kathode in unmittelbarer Nähe der Membran und der Anode wird der IR-Abfall in der Zelle minimal gehalten.

Claims (9)

  1. Patentansprüche Chloralkali-Elektrolyseverfahren, bei dem man eine Alkalichloridlösung elektrolysiert und hierdurch Chlorgas an der Anode, Wasserstoffgas an der Kathode und eine Ätzalkalilösung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Verfahren eine Kombination von (a) einer Kationenaustauschermembran und (b) einer porösen Metallkathode mit niedriger Wasserstoffüberspannung, die dicht an der Membran und der Anode angeordnet ist, verwendet.
  2. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkalichlorid Natriumchlorid verwendet und die Temperatur der Alkalichloridlösung und der Ätzalkalilösung zwischen etwa 250C und dem Siedepunkt der Lösungen hält.
  3. 3) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Natriumchloridlösung bei einer Konzentration von etwa 20 bis 27 Gew.-% NaCl und die Ätzalkalilösung bei einer Konzentration von etwa 20 bis 45 Gew.-% NaOH hält.
  4. 4) Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man bei einer Stromdichte von etwa 0,54 bis 5,4 kA/m2 arbeitet.
  5. 5) Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur der Natriumchloridlösung und der Ätzalkalilösung bei etwa 600 bis 900C hält.
  6. 6) Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man eine dimensionsstabile Anode in der Anolytlösung verwendet.
  7. 7) Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die dimensionsstabile Anode unmittelbar angrenzend an die Membran und eine Raney-Nickelkathode unmittelbar angrenzend an die Membran auf der der Anode gegenüberliegenden Seite so verwendet, daß die Membran durch die beiden einander zugewandten Oberflächen der Anode und der Kathode gestützt und in Planlage gehalten wird.
  8. 8) Chloralkali-Elektrolyseverfahren, bei dem man eine Lösung eines Alkalichlorids elektrolysiert und hierdurch Chlorgas an der Anode, Wasserstoffgas an der Kathode und eine Ätzalkalilösung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Elektrolyse-Zone mit getrennten Anoden- und Kathodenräumen jeweils auf einer Seite einer Kationenaustauschermembran ausbildet, im Anodenraum eine wässrige Alkalichloridlösung, deren Konzentration an Alkalichlorid durch Zusatz von Alkalichlorid und Wasser bei einem Wert bis zur Sättigungskonzentration bei der Arbeitstemperatur gehalten wird, bei einer Temperatur von etwa 250C bis zum Siedepunkt der Anolytlösung hält, im Kathodenraum eine wässrige Alkalihydroxydlösung, deren Konzentration an Alkalihydroxyd man durch Abziehen von Lösung aus dem Kathodenraum zwischen etwa 5 und etwa 50 Gew.-% hält, bei einer Temperatur von etwa 250C bis zum Siedepunkt der Katholytlösung hält, eine poröse Metallelektrode mit niedriger Wasserstoffüberspannung im Kathodenraum verwendet und einen Gleichstrom durch die Elektrodenräume und Membran leitet.
  9. 9) Chloralkali-Elektrolyseverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Elektrolysenzone mit Anoden- und Kathodenräumen ausbildet, die voneinander isoliert und durch eine Kationenaustauschermembran getrennt sind, im Anodenraum eine wässrige Lösung, die etwa 20 bis 27 Gew.-% Natriumchlorid enthält, bei einer Temperatur zwischen etwa 600 und 900C hält, im Kathoden raum eine wässrige Natriumhydroxydlösung, deren Konzentration durch Abziehen von Ätzalkalilösung und Ersatz der abgezogenen Lösung durch Wasser bei etwa 20 bis 45 Gew.-% Natriumhydroxyd gehalten wird, bei einer Temperatur zwischen etwa 600 und 900C hält und einen Gleichstrom zwischen einer dimensionsstabilen Anode im Anodenraum und einer Raney-Nickelelektrode im Kathodenraum durch die Lösungen und durch die Membran leitet, die aus einem Polymerisat von Perfluorsulfonsäure-Polyfluorkohlenwasserstoff besteht.
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IT (1) IT1075262B (de)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2411249A1 (fr) * 1977-12-09 1979-07-06 Gen Electric Procede de production d'halogene par electrolyse d'un halogenure de metal alcalin
US4240895A (en) * 1979-03-29 1980-12-23 Olin Corporation Raney alloy coated cathode for chlor-alkali cells
EP0021625A1 (de) * 1979-06-01 1981-01-07 Asahi Glass Company Ltd. Elektrolytische Membranzelle
EP0031660A1 (de) * 1979-12-27 1981-07-08 Permelec Electrode Ltd Ein Diaphragma aus einem festen polymeren Elektrolyten verwendende Elektrolysevorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
EP0039171A2 (de) * 1980-04-15 1981-11-04 Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha Elektrolyse einer wässrigen Alkalichloridlösung und electrolytische Zelle dafür
JPS5729591A (en) * 1980-07-31 1982-02-17 Asahi Glass Co Ltd Electrolytic tank for ion exchange membrane
USRE31410E (en) * 1979-03-29 1983-10-11 Olin Corporation Raney alloy coated cathode for chlor-alkali cells
EP0110033A2 (de) * 1982-09-13 1984-06-13 Texas Brine Corporation Behandlung von Natriumchloridlösungen für Chlor-Alkali-Membranzellen

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6015712B2 (ja) * 1977-11-11 1985-04-20 昭和電工株式会社 苛性ソ−ダ製造用陰極及びその製造法
JPS55158283A (en) * 1979-05-24 1980-12-09 Asahi Glass Co Ltd Manufacture of alkali hydroxide
JPS5723076A (en) * 1980-07-18 1982-02-06 Asahi Glass Co Ltd Preparation of alkali hydroxide and chlorine
JPS5940231B2 (ja) * 1979-11-27 1984-09-28 旭硝子株式会社 水酸化アルカリの製造方法
JPS605056Y2 (ja) * 1981-04-27 1985-02-15 株式会社新潟鐵工所 タイン装置
US4402809A (en) * 1981-09-03 1983-09-06 Ppg Industries, Inc. Bipolar electrolyzer
JP4582784B2 (ja) * 2004-06-22 2010-11-17 クロリンエンジニアズ株式会社 イオン交換膜電解方法

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2411249A1 (fr) * 1977-12-09 1979-07-06 Gen Electric Procede de production d'halogene par electrolyse d'un halogenure de metal alcalin
US4240895A (en) * 1979-03-29 1980-12-23 Olin Corporation Raney alloy coated cathode for chlor-alkali cells
USRE31410E (en) * 1979-03-29 1983-10-11 Olin Corporation Raney alloy coated cathode for chlor-alkali cells
EP0021625A1 (de) * 1979-06-01 1981-01-07 Asahi Glass Company Ltd. Elektrolytische Membranzelle
US4341612A (en) 1979-06-01 1982-07-27 Asahi Glass Company, Limited Electrolytic cell
EP0031660A1 (de) * 1979-12-27 1981-07-08 Permelec Electrode Ltd Ein Diaphragma aus einem festen polymeren Elektrolyten verwendende Elektrolysevorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
EP0039171A2 (de) * 1980-04-15 1981-11-04 Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha Elektrolyse einer wässrigen Alkalichloridlösung und electrolytische Zelle dafür
EP0039171B1 (de) * 1980-04-15 1984-11-21 Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha Elektrolyse einer wässrigen Alkalichloridlösung und electrolytische Zelle dafür
JPS5729591A (en) * 1980-07-31 1982-02-17 Asahi Glass Co Ltd Electrolytic tank for ion exchange membrane
JPS6016518B2 (ja) * 1980-07-31 1985-04-25 旭硝子株式会社 イオン交換膜電解槽
EP0110033A2 (de) * 1982-09-13 1984-06-13 Texas Brine Corporation Behandlung von Natriumchloridlösungen für Chlor-Alkali-Membranzellen
EP0110033A3 (en) * 1982-09-13 1986-03-26 Texas Brine Corporation Processing of sodium chloride brines for chlor-alkali membrane cells

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JPS52113398A (en) 1977-09-22
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