DE2747576B2

DE2747576B2 - Verfahren zur Herstellung von Jodwasserstoff

Info

Publication number: DE2747576B2
Application number: DE2747576A
Authority: DE
Inventors: William Worth Portland Tex. Carlin (V.St.A.)
Original assignee: PPG Industries Inc
Current assignee: PPG Industries Inc
Priority date: 1976-10-27
Filing date: 1977-10-24
Publication date: 1980-11-27
Also published as: JPS5354197A; NL7710520A; JPS558594B2; FR2369354A1; DE2747576C3; NL168010C; NL168010B; FR2369354B1; GB1573238A; US4053376A; DE2747576A1

Description

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Wäßrige Lösungen von Jodwasserstoff werden als Antiseptika zur Desinfektion von Wasser und auf ähnlichen Anwendungsgebieten benutzt Besonders bevorzugt sind für diese Zwecke wäßrige Lösungen von Jodwasserstoff, die etwa 40 bis etwa 50 oder mehr Gew.-% Jodwasserstoff und kleine Mengen an Jod enthalten.

Aus der US-FS 37 61 579 ist die Herstellung von Jodwasserstoff durch Umsetzune von Wasser und Kohlenmonoxid in saurem Medium durch Berühren des Reaktionsmediums mit einem Katalysator, der Rhenium oder Iridium enthält, bekannt bas Arbeiten mit Kohlenmonoxid erfordert aber besondere Sicherheitsmaßnahmen. Außerdem sind die genannten Katalysatoren teuer.

Es wurde nun gefunden, daß man Jodwasserstoff durch Reduktion von Jod in einer wäßrigen HJ-Lösung dadurch herstellen kann, daß die Reduktion in einer Elektrolysezelle mit einer wäßrigen Katholytflüssigkeit die eine solubilisierende Menge an Jodwasserstoff enthalt, erfolgt

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Anolytflüssigkeit eine wäßrige Säure. Eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Katholytflüssigkeit mindestens 1,0 Gramm pro Liter Jodwasserstoff enthält. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Anolytflüssigkeit und der Katholytflüssigkeit eine permionische Membran angeordnet. Ferner sieht eine andere bevorzugte Ausführungsform vor, daß das Jod der Katholytflüssigkeit in fester Form zugeführt wird.

Bei der Erfindung wird der Jodwasserstoff in dem Katholyten entwickelt Bei der Inbetriebnahme der Anlage kann Jodwasserstoff in der Katholytflüssigkeit vorhanden sein, um eine gewisse Löslichkeit für das Jod zu gewährleisten. Durch Verwendung einer wäßrigen βο Lösung einer Säure als Anolyt geht bei der Hydrolyse das Wassersloffion durch die Membran aus dem Anolyten in den Katholyten und es entwickeil sich ein anodisches Nebenprodukt, wie Chlor oder Sauerstoff.

In der Figur ist eine elektrolytische Zelle, die in eine Anolytkammer und eine Katholytkammcr durch eine permionische Membran unterteilt ist, schematisch dargestellt. Die elektrolytische Zelle besitzt außerdem Zuführungseinrichtungen für den Anolyten, Abscheidungseinrichtungen für das Anolytgas, Zuführungseinrichtungen für den Katholyten und Abscheidungseinrichtungen für die Katholytflüssigkeit

Bei der Erfindung wird Jodwasserstoff durch ein elektrolytisches Verfahren hergestellt, bei dem eine wäßrige Lösung von Jodwasserstoffsäure entsteht Die wäßrige Lösung der Jodwasserstoffsäure kann zusätzlich kleine Mengen an Jod, zum Beispiel Jodrdionen, J3", enthalten. Bevorzugt enthält die Lösung der Jodwasserstoffsäure mehr als 40 Gew.-% Jodwasserstoff, zum Beispiel 46 bis 50 oder sogar 55 Gew.-% Jodwasserstoff.

Das elektrolytische Verfahren wird in einer elektrolytischen Zelle 1 durchgeführt, die eine Anolytkammer mit siner Anode 7 besitzt, die von der Katholytkammer mit der Kathode 9 durch eine permionische Membran 5 getrennt ist Die permionische Membran wird nachher noch genauer beschrieben werden.

Bei der Erfindung wird eine wäßrige Katholytflüssigkeit bereitgestellt Bei der kontinuierlichen Durchführung des Verfahrens ist eine solubilisierende Menge Jodwasserstoff in der Kathoiyiffüssigkeit vorhanden. Auch bei der diskontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Ausführungsform des Verfahrens kann die Zugabe einer gewissen Menge an Jodwasserstoff als Solubilisierungsmittel erforderlich sein. Die Konzentration an Jodwasserstoff in der Katholytflüssigkeit ist nach Ausführung des Verfahrens für eine gewisse Zeit eine Funktion der Verweilzeit in der Katholytkammer. Häufig ist die Konzentration an Jodwasserstoff höher als 40%, zum Beispiel so hoch wie 46 bis 50, oder sogar 55Gew.-%.

Die Konzentration des Jods in der Katholytflüssigkeit liegt im allgemeinen unterhalb seiner Löslichkeitsgrenze. Während der Inbetriebnahme eines diskontinuierlichen Verfahrens kann die Konzentration des Jods aber bei der Löslichkeitsgrenze liegen. Die Löslichkeitsgrenze des Jods ist von der Jodwasserstoffkonzentration abhängig, wie dies später noch genauer angegeben werden wird. Außerdem kanr. Jod ;,is Feststoff in der Katholytkammer vorhanden sein, zum Beispiel bei der Inbetriebnahme eines diskontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Verfahrens.

Die Sättigungskonzentration von Jod in Gramm pro Liter entspricht etwa der tatsächlichen Konzentration an Jodwasserstoff in Her wäßrigen Lösung in Gramm pro Liter. Die in der folgenden Tabelle I angegebenen Werte sind für die Sättigungskonzentration von Jod in Jodwasserstofflösungen bei 25°C in Gramm-Mol pro Liter aus der Literatur bekannt.

Tabelle I

Löslichkeit von Jod in wäßriger Jodwasserstoffsäure Gramm-Mol pro Liter

0,0000 0,0604

0,0922
0,1209
0,2110
0,3120
0,1230
0,5OfX)
0,6350

0,0029 0,0295

0,0459
0,0619
0,1117
0,1633
0,2358
0,3000
0,3950

Unter einer »solubilisierenden Menge« Jodwasserstoff wird eine Menge verstanden, die ausreichend ist, um die gewünschte Jodkonzentration in der Lösung zu ergeben.

In der Auolytkammer wird eine wäßrige elektrisch leitende Anolytflüssigkeit bereitgestellt Die Anolytflüssigkeit sollte eine elektrische Leitfähigkeit von größer als etwa 0,03 (Ohm-cm)-' und bevorzugt größer als etwa 1,0 (Ohm-cm)-' bei einer Temperatur von etwa 25^CC haben. Dir elektrische Leitfähigkeit kann höher oder niedriger als diese Werte in Abhängigkeit von der Temperatur und der Anwesenheit oder Abwesenheit von verschiedenen Verunreinigungen mit störenden Effekten sein.

Die Anolytflüssigkeit kann von einer sauren wäßrigen Lösung gebildet werden, zum Beispiel von Schwefelsäu re, Salzsäure oder Phosphorsäure. Wenn die Anolytflüssigkeit eine wäßrige Lösung einer Säure ist, sollte die Säure bevorzugt ein verwendbares anodisches Nebenprodukt liefern. Typische Säuren, die ein nützliches Nebenprodukt liefern, sind Schwefelsäure und Phosphorsäure bei denen Sauerstoff als Nebenprodukt entsteht, oder Salzsäure, bei der Chlor als Nebenprodukt entsteht Die Konzentration der Säure sollte derartig sein, daß sie eine wirtschaftlich verwertbare elektrische Leitfähigkeit der Anolytflüssigkeit ergibt Außerdem kann es vorteilhaft sein, den Transport von Wasser aus dem Anolyten zu dem Katholyten niedrig zu halten, zum Beispiel durch Verwendung einer konzentrierten Anolytflüssigkeit Die optimale Konzentration des Anolyten wird im Einzelfall durch Routineversuche ermittelt, wobei sie von der Konstruktion der Zelle, der Temperatur des Elektrolyten, der Menge und der Natur der Verunreinigungen in dem Anolyten und der gewünschten Stärke der Jodwasserstofflösiing abhängt

Wenn die Anolytflüssigkeit Schwefelsäure ist Hegt die Konzentration in der Regel bei etwa 5 bis etwa 40 Gew.-%, bevorzugt etwa IO bis etwa 35 Gew.-%, wobei die optimale Konzentration durch Routineversuche leicht zu ermitteln ist Wenn der Elektrolyt Salzsäure ist liegt die Konzentration in der Regel bei etwa 2 Gew.-% bis zu einer gesättigten Lösung, das heißt etwa 38 Gew.-%, wobei eine Konzentration von 5 b.^;s etwa 38 Gew.-% bevorzugt ist

Die Anolytilüssigkeit ist bevorzugt eine Säure, so daß sie die Wanderung von Wasserstoffionen durch die permionische Membran ermöglicht doch kann sie auch eine Sahlösung sein, wobei das Salz derartig ausgewählt werden sollte, daß ein verwendbares anodirches Nebenprodukt entsteht und das kathodische Produkt ein Jodidsalz ist

Bei der Erfindung wird elektrischer Strom durch die Zelle geleitet, die Jod in der Katholytflüssigkeit enthän. Wenn das Verfahren diskontinuierlich durchgeführt wird, wird Jod entweder in Lösung oder als Feststoff und in Lösung zu der Katholytflüssigkeit zugegeben. Eine solubilisierende Menge von Jodwasserstoff ist bevorzugt in der Kathoiytflüssigkeit vorhanden. Beispielsweise ergeben etwa 7 Gramm Jodwosserstoff pro Liter einen Jodgehalt der Lösung von etwa 7 Gramm pro Liter. Je mehr Jodwasserstoff gebildet wird, desto mehr festes Jod wird solubilisiert.

Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das Verfahren halbkontinuierlich durchgeführt werden. Nach einer halbkontinuierlichen Arbeitsweise wird festes Jod der Katholytflüssigkeit zu Beginn des Verfahrens zugegeben und Jodwasserstoff wird aus der Katholytkammer ko; iinuierlich entfernt, um den Gehalt an Jodwasserstoff und an Jod in der Katholytflüssigkeit auf dem gewünschten Niveau zu halten. Bei hohen Jodwasserstoffgehalten, beispielsweise oberhalb von etwa 40 Gew.-%, sollte die Jodkonzentration bevorzugt unterhalb der Sättigungsgrenze liegen.

Bei einem anderen halbkontinuierlichen Verfahren wird Jod langsam in die Katholytflüssigkeit eingebracht, wobei die Jodwasserstoffkonzentration aufgebaut wird. Es wird beispielsweise mit 03 Gramm pro Liter oder

ι ο weniger Jod angefangen und es wird mehr Jod zugeführt in dem Ausmaß, wie die Jodwasserstoffkonzentration in der Katholytflüssigkeit ansteigt Danach kann entweder ausreichend Jod zugegeben werden oder die Jedkonzentration kann auf dem gewünschten Niveau gehalten

is werden, bis die gewünschte Jodwasserstoffkonzentration erreicht ist oder man kann das Jod in dem Katholyten in dem Ausmaß absinken lassen, indem die Konzentration an Jodwasserstoff zunirnmt Bei einer kontinuierlichen Betriebsweise kann eine stöchiometrische Menge an Jod der Katholytflüssigkeit zugegeben werden und die Konzentration an Jodwasserstoff kann bei der gewünschten Höhe gehalten werden, zum Beispiel bei etwa 40 bis 55 Gew.-% Jodwasserstoff, wobei kein festes Jod in dem Katholyten vorhanden ist Wenn das Verfahren kontinuierlich betrieben ward, liegt die Konzentration an Jodwasserstoff nach der Inbetriebnahme häufig höher als 40 Gew.-%, zum Beispiel 46 oder 50 oder sogar 55 Gew.-% Jodwasserstoff und die Konzentration an Jod kann viel

jo niedriger sein, zum Beispiel so niedrig wie 2, 3, 5 oder 10%. Die Konzentration an Jod sollte aber hoch genug sein, um die Bildung von Wasserstoff zu vermeiden.

Das Jod kann als Feststoff oder Lösung zugegeben werden. Wenn es als Feststoff zugegeben wird, kann es in Form von Rocken oder als Aufschlämmung von festen Flocken in einer gesättigten Jodlösung oder als Aufschlämmung von festen Rocken in einer gesättigten Jod-Jodwasserstofflösung oder als eine Aufschlämmung von festen Rocken in einer im Kreislauf geführten Katholytflüssigkeit eingebracht werden. Wenn das Jod in Lösung zugegeben wird, kann diese Lösung eine gesä '.igte Jodlösung sein, eine gesättigte Lösung von Jodwasserstoff und Jod oder eine an Jod ungesättigte Lösung von Jodwasserstoff.

Von der Anode der Zelle wird ein elektrischer Strom durch die Anolytflüssigkeit die permionische Membran und die Katholytflüssigkeit zu einer Kathode der Zelle geleitet, wobei Jodwasserstoff in dem Katholyten entwickelt wird. In der Regel wird eine Stromdichte von etwa 0,1 Ampere/cm² bis etwa 1,0 Ampere/cm² verwendete, doch kann die Stromdichte auch höher sein, wenn es die elektrolytischen Komponenten erlauben, das heißt, daß die Stromdichte an ihrer oberen Grenze durch die, begrenzenden Stromdichten der permioni sehen Membran, der Anode und der Kathode definiert ist. An der begrenzenden Stromdichte b/ingt eine weitere Erhöhung der Spannung keine Erhöhung der Stromdichte. An der unteren Grenze ist die Stromdichte durch wirtschaftliche Überlegungen, die von der

t>o Zellkonstruktion abhängen, bedingt.

Die Elektrolyttfc.nperaturen liegen in der Regel bei einer Temperatur zwischen etwa 15°C un<"! der Siedetemperatur der Katholytflüssigkeit oder der Anolytflüssigkeit.

<r> In der Zeichnung wird schematisch eine clektrolytische Zelle dargestellt. Die tlektrolytische Zelle 1 hat einen Behälter 3, der im Inneren durch eine permionische Membran 5 in eine Anolytkammer mit der Anode 7

und in eine Katholytkammer mit der Kathode 9 unterteilt ist. Die Kalholytkammer besitzt Einrichtungen 11 zur Zuführung von Jod, mit deren Hilfe festes Jod direkt in die Katholytkammer der Zelle 1 über die Leitung 13 eingeführt werden kann. Alternativ kann das Jod durch die Leitung 15 einem Behälter 17 zugeführt werden, wo Jod durch abgezogene wäßrige Jodwasserstofflösung solubilisierl wird und danach durch die Leitung 25 in die Zelle eingeführt wird.

Die Zelle besitzt ferner eine Leitung 19 für die Abführung der lodwasserstoffsäure, die in Verbindung mit der Leitung 21 steht und über die Leitung 23 die Jodwasserstoffsäure zum Behälter 17 im Kreislauf führen kann, um sie dort mit dem festen Jod zu mischen und diese Mischung über die Leitung 25 in die Katholytkammer der Zelle einzuführen.

Der Anolyt kann über die Leitung 27 zugeführt werden. Die Abführung des Anolyten kann ebenfalls über die Leitung 27 oder über die Leitung 29 erfolgen.

Die Anode 7 und die Anodenkammer bestehen bevorzugt aus Titan oder Titanlegierungen, wie Legierungen von Titan mit Molybdän. Palladium und Yttrium. Der Behälter der Zelle und die Anode können auch aus Blei oder Bleilegierungen bestehen. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Zellbehälter aus Glas und die Anoden aus den angegebenen Metallen bestehen.

Die Kathode und die Katholytkammer können aus Edelstahl oder aus Blei bestehen. Die Katholytkammer kann außerdem aus Glas bestehen, wobei die Kathode aus einem der angegebenen Metalle besteht.

Alternativ kann der Zellkörper einschließlich der Anodenkammer und der Kathodenkammer aus einem chlorierten Polyvinylchlorid oder aus mit Glasfasern verstärkten Kunststoffen oder aus mit Glasfasern verstärkten Polymeren auf Basis von Hexachlorheptendicarbonsäuren und Glykolen bestehen.

Die bei der Durchführung der Erfindung verwendeten elektrolytischen Zellen besitzen eine Membran, die für den Elektrolyten undurchlässig, aber für ein lon durchlässig ist, das heißt eine permionische Membran, die zwischen der Anolytkammer und der Katholytkamme; angeordnet ist. Die permionische Membran kann aus Fluorkohlenwasserstoffen bestehen.

Wenn das lonenaustauscherharz polymer ist. kann der Fluorkohlenstoffanteil aus einem fluorierten Olefin stammen, wie zum Beispiel aus Tetrafluoräthylen, Hexafluorpropylen. Octafluorbutylen oder höheren Homologen dieser Verbindungen. Bevorzugt ist Tetrafluoräthylen.

In einem entsprechenden Copolymeren können auch Fluorkohlenstortdnteile vorhanden sein, die als Vorläufer fluorierte Acetylene, wie Difluoracetylen oder fluorierte Diolefine, wie Hexafluorbutadiene, enthalten. Solche Fluoracetylene und Fhjordiolefine können als Vernetzungsmittel für die Fluorolefinpolymeren dienen, wodurch die Festigkeit der Diaphragmen erhöht werden kann.

Besonders geeignete Membranmaterialien sind die Copolymeren von fluorierten Olefinen und Trifluorvinylsulfonsäure. Unter diesen Copolymeren ist besonders eines aus Tetrafluoräthylen und Trifluorvinylsulfonsäure von Interesse, dessen Herstellung in der US-PS 36 24 053 beschrieben ist

Außer den vorhin erläuterten fluorierten Polyolefinen kommen auch andere polymere Fluorkohlenstoffe für die Membran in Betracht Eine besonders geeignete Gruppe von derartigen Materialien sind Fluorkohlen stoff-Fluorkohlenstoffsäure-Vinylätherpolymere (vgl. US-PS 32 82 875. GB-PS 10 34 197 und DE-OS 18 06 097).

Das permionische Material kann ein handelsübliches mehrschichtiges Laminat sein. Die der Anode gegenüberliegende Schicht ist 0,102 mm dick und hat ein Äquivalentgewicht des Fluorkohlenstoff-Fluorkohlenstoffsulfonsäure-Copolymeren von 1100, die Zwischenschicht ist ein Gewebe aus Multifilamentfasern aus

ίο Polytetrafluoräthylen in einem Abstand von 0,159 cm, wobei in gleichem Abstand Reyonfasern zwischen den Polytetrafluoräthylenfasern angeordnet sind und die Schicht gegenüber der Kathode ist eine 0.038 mm dicke Schicht mit einem Äquivalentgewicht von 1500 eines

ι > Fluorkohlenstoff-Fluorkohlenstoffvinylsulfonsäurecopolymeren.

Auch kann die permionische Membran Sulfonylgruppen an ihrer Oberfläche und Sulfonamid- oder Sulfonamidsalzgruppen an der entgegengesetzten Seite

.'η besitzen. Die Seite mit den Sulfonylgruppen grenzt an den Anolyten an und die Seite mit den Sulfonamid- oder Sulfonamidsalzgruppen grenzt an den sauren Katholyten an. Eine derartige Membran ist in der US-PS 37 84 399 beschrieben.

r> Alternativ kann die Membran ein permionisches Material sein, das durch Einwirkung von Chlor abgebaut ist, wie zum Beispiel ein mit Chlor abgebautes Copolymeres aus Styrol, Divinylbenzol und Maleinsäureanhydrid.

jo Das beanspruchte Verfahren kann in einer elektrolytischen Zelle mit einer Bleianode und einer Anolytkammer aus Glas und einer Bleikathode und einer Katholytkammer aus Glas durchgeführt werden. Die Anode und die Kathode können voneinander durch eine

j) handelsübliche Membran getrennt sein. Diese Membran hat auf der einen Seite eine 0,038 mm Schicht eines Polymeren mit einem Äquivalenzgewicht von 1500 und auf der entgegengesetzten Seite eine 0,102 mm dicke Schicht eines Polymeren mit einem Äquivalenzgewicht

■to von etwa 1100.

Die elektrolytische Zelle kann mit einer Anolytflüssigkeit betrieben werden, die eine 15gew.-%ige Lösung von Schwefelsäure und eine wäßrige Katholytflüssigkeit mit etwa 13 Gramm pro Liter Jodwasserstoff, etwa 13

4> Gramm pro Liter solubilisiertes Jod und überschüssiges festes Jod in dem Katholyten enthält. Die Zelle kann mit einer Stromdichte von etwa 200 Ampere/929 cm² und einer Spannung von etwa 33 Volt betrieben werden, um ein Katholytprodukt zu erzeugen, das 55 Gew.-% einer

so wäßrigen Jodwasserstofflösung und etwa OS Gew.-% Jod enthält. Es ist im wesentlichen kein feste= Jod vorhanden und das Anolytprodukt ist Sauerstoff.

Beispiel 1

In der Kathodenkammer einer eiektrolytischen Zelle wurde Jod zur Herstellung einer wäßrigen Lösung von Jodwasserstoff elektrolysiert

Die Zelle bestand aus zwei Kniestücken aus Glas. Jedes Kniestück hatte ein Basisteil mit den Dimensionen 3,81 cm χ 10,16 cm und einen aufragenden Teil mit den Dimensionen 5,08 cm χ 7,62 cm. Die beiden Kniestücke waren mit einer dazwischen angeordneten Membran zusammengeklemmt Die Membran war als handelsübliches

Perfluoräthylen-

[CF₂=CF(OCF₂-CF(CF₃)XCF₂CF₂SO₂Ho-

Copolymeres.

[lie Membran wiir ein 0,127 mm dicker IiIm. und das Copolymere hatte ein Äqirvalcn/gcwichi von 1200.

Die Anode halte die Dimensionen 1.27 cm χ 1.59 cm χ 0.32 cm und bestand aus Blei. Die Kathode hatte die Dimensionen 1.27 cm χ 1.59 cm χ 0.1b cm und bestand aus einer Legierung von Titan, die 0.02 Gcw.-% Yttrium enthielt. Die Anode war im Abstand von 1.27 cm von der Membran angeordnet und die Kathode im Abstand von 1.9cm.

Das Verfahren wurde diskontinuierlich durchgeführt. Der Ansatz für die Katholytkammer wurde hergestellt, indem 14.2 ml einer bOgew.-"/»igen wäl.irigen |od\vasscrstoffsäure von Analvsenicinhcit. 50.8 Gramm festes Jod und ausreichend destilliertes Wasser verwendet wurden, um 500 ml Flüssigkeit zu erhalten. 120 ml dieser Zusammensetzung wurden dann in die Katholytkammer der Zelle gegeben. Es wurde festgestellt, daß festes )od in der Katholvtkammer vorhanden war.

Die Anolytflüssigkeit bestand aus 500 ml einer I5gcw."/oigen wäßrigen Schwefelsäure.

Die Elektrolyse wurde mit einer Stromdichte von 0,495 Ampere/cm·' und einer Zellspannung von 4.08 Volt aufgenommen. Nach einer Elektrolysendaiier von einer Stunde und 53 Minuten enthielt die Katholytflüssigkeil 55Gew.-% Iodwasserstoff und 1.5 Gew.■% gelöstes |od.

Beispiel 2

Es wurde Iod in der Kathodenkammer einer clektrolytischen Zelle unter Bildung von einer wäBrigen Jodwasserstoff lösung elektrolysicrt.

Die elektrolytisch^ Zelle bestand, wie in Beispiel I. aus zwei Kniestücken aus Glas von den gleichen Dimensionen. Die beiden Glasstücke waren mit einer Membran zwischen ihnen verklemmt. Die Membran war ein handelsübliches

Die Membran war 0.127 mm dick und das Copolymere hatte ein Äciuivalenzgcwicht von 1200.

Die Anode war eine Bleiplatte mit den Dimensionen 1,27 χ 1.59x0,32 cm. Die Kathode war eine Bleiplatte mit den Dimensionen 1,27 χ 1.59 χ 0.32 cm. Die Anode war in einem Absland von 1.9 cm von der Membran angeordnet und die Kathode war in einem Abstand von 1,27 cm von der Membran angeordnet.

Das Verfahren wurde diskontinuierlich durchgeführt. Der Ansatz für den Katholyten bestand aus 120 ml der wäßrigen Lösung von Jod-|odwasserstoff gemäß Heispiel 1. Diese Lösung wurde in die Katholytkammer gegeben und es wurde festes |od in der Katholytkam mcr beobachtet.

Die Anolytkammer bestand aus 120 ml einer I5ge\v.-%igen wäßrigen Schwefelsäure.

Die Elektrolyse wurde dann bei einer Stromdichte von 0.495 Ampere/cm-' und einer Zellspanniing von 4.25 Volt aufgenommen. Nach einer Elektrolysendauer von zwei Stunden enthielt die Katholytliüssigkeit 5") Gew.-% Iodwasserstoff und 0.8 Gew.·% gelöstes |od.

Beispiel 3

Unter Verwendung der gleichen elektrolvtischen Zelle, wie in Beispiel I, wurde |od unter Bildung von wäßrigem Jodwasserstoff elektrolysicrt.

Die Membran war die gleiche wie in Beispiel 1.

Die Anode war eine Bleiplatte mit den Dimensionen 1,27 χ 1.59 χ 0.32 cm. Die Kathode war eine Bleiplattc mit den Dimensionen 1.27 χ 1.59 χ 0.32 cm. Der Abstand zwischen der Anode und der Kathode betrug 3.18 cm.

Das Verfahren wurde halbkontinuierlich durchgeführt. Der Anfangsansatz in der Katholytkammer bestand aus 120 ml der Jodwasserstoff-Jod-Zusammen-

Perfluoräthylen-	10	Spannung	Stromdichte	Setzung von Beispiel 1.	30 ml Lösung	4.61 g festes J,
	16			Es wurden die folgenden Ergebnisse im \	4.74 g festes J,
;CF_:_CF(OCF:-CF(CF,)XCF_;CF_;SO,H)]-	28	Volt	Ληιρ/cnr	langer währenden Elektrolyse erhalten:	5.03 g festes J,
Copolymeres.	03	5.61"	0.495	Kalholyl- Anolyt-Zugiibc	4.72 g festes J₂
Zeit ιΐίκΐι	33	4.97^:/	0,49:5	Zugabe	4,89 g festes J,
Beginn	23	4.16'"	0.495		8,04 g festes J,
Ii : min	33	-	0.480-"	120 ml Lösung 120 ml Lösung	-
00:00	03	2.48^i;	0,049^4/	4.26 g festes J_:	-
02	09	4.03	0,495	1.98 g festes J_:	8,85 g festes J₂
04	25	-	0.495	5,30 g festes J₂	ii,29g Testes J₂
05	53	3,71	0.495	10,93 g festes J,
06	27	3.89-3,56"'	0,495
21		3.79 -3,40"'	0.495
23	3ö	3,69-3,34·'·'	0,495
25	56	3,39-2,5 Γ'	0,495-0.049^7/
27		2,91-3.92^8/	0,059-0,495^s/
28	3,92-3,55^6/	0,495
29	3,62-3,29^	0,495
29	3.54-3,24^'	0,495
45

47
49

	9	27 47	576	J,	10
				J,
hOl"t>Ct/ΊΙΙ1 LI	Spannung	Stromdichte	Katholyt- Zugabc		Anolyt-Zugabe
/oil nach Beginn	Volt	Amp/cnr
h : ι	3,50-3.24"'	0.495	15,83 g rcstes
52	3,37-3,34"'	0,495	10,49 g festes
54:	3,34-2,59''	0,495-0,049"	-
54:	2.65 -3.27^s'	0.048-0,495^x'
69 :
nin
:23
: (5
: 18
49

I ullnoten:

" Spannung hei einem Ahsland /wischen Anode und Katode von .1.17 cm.

^v Spannung hei einem Abstand /wischen Anode und Kathode von .1.17 cm. Die Spannung wurde auf 4.(15 Volt reduziert, indem die I lcktroden aiii einen Ahsland von etwa 2.54 cm

gebracht wurden.
' Spannung bei 2.54 cm; die Spannung fiel aul' 4.K)VoIt kur/ nach der Zugabe von Jod /u

dem Katholyten.
" Die Stromdichte wurde von 0.480 Amp/cnr' aul' O.()4⁽) Amp/cnr nach einer Betriebsdauer von

5 Stunden und 28 Minuten reduziert.

Die Zellspannung HeI aul'2.48 Volt nach Zugabe von Schwefelsäure /um Anolyten und slieg

dann auf 3,02 Voll an.
"' Die Zellspannung tlel nach der Zugabe von festem Jod /ur Kalholylllüssigkeil.

^II Die Stromdichte wurde auf 0,044 Amp/cnr' reduziert.
*' Die Stromdichte wurde auf 0.495 Amp/cm² erhöhl.

Die gesamte Menge an |od, die dem Katholylcn zugegeben wurde, be trug 91.1876 G ramm. Der Anfangsansatz der Katholytflüjsigkeit enthielt 11.1 Gramm Jodwasserstoff. Das endgültige Katholytprodukt enthielt 463,3 Gramm Jodwasserstoff und 0,3 Gew.-% |od pro Liter. Die Menge des gebildeten Katholyten betrug 189,5 ml. Die Jodausbeute betrug etwa 94%.

Der gesamte Strom, der der Zelle zugeführt wurde, betrug 26,9 Ampere-Stunden. Die Ausbeute des Kathodenstroms lag bei etwa 68%.

Beispiel 4

Unter Verwendung der gleichen Zelle wie in Beispiel 1 wurde durch Elektrolyse von Jod eine wäßrige Jodwasserstofflösung hergestellt. Die Membran war ein

Perfluoräthylen-

[CF₂ = CF(OCF₂-CF(CF₃)XCF₂Cf₂SO₂H)]-

Copolymeres.

Diese Membran hatte eine Schicht mit einer Dicke von 1,02 mm aus einem Copolymeren mit einem Äquivalenzgewicht von 1100 gegenüber dem Anolyten und einer Schicht von einer Dicke von 0,038 mm aus einem Copolymeren mit einem Äquivalenzgewicht von 1500 gegenüber dem Katholyten.

Die Anode war eine Bleiplatte mit den Dimensionen 1,27 χ 1,59 x 0,15 cm. Die Kathode war eine Edelstahlplatte (Grade 316) mit den Dimensionen 1,27 χ 1,59 χ 0,15 cm. Die Anode war in einem Abstand von 1,27 cm von der Kathode angeordnet

Das Verfahren wurde diskontinuierlich ausgeführt Der Ansatz für die Katholytkammer wurde hergestellt, indem 1000 ml einer 39gew.-%igen wäßrigen Jodwasserstoffsäure von Analysenreinheit und 20,0 g festes Jod gemischt wurden. Diese Zusammensetzung wurde dann in die Katholytkammer der Zelle gegeben. In der Katholytkammer wurde festes Jod beobachtet

Die Anolytflüssigkeit betrug 100 ml einer 15gew.-Ki %igen wäßrigen Schwefelsäure.

Die Elektrolyse wurde dann bei einer Stromdichte von 144 Ampere/929 cm² und einer Zellspannung von

3.77 Volt aufgenommen. Nach einer Elektrolyscndaucr von 3 Stunden und 5 Minuten unter Transport von

Γ) Wasser durch die Membran vom Anolyten /u dem Katholyten enthielt die Katholytflüssigkeil 40,4 Gew.-% Iodwasserstoff und 0,03 Gew.-% gelöstes |od.

₄„ Beispiel 5

Wie in Beispiel I wurde |od in der gleichen elektrolytischen Zelle zu einer wäßrigen Joriwasserstofflösung elektrolysiert. Die Membran bestand aus dem gleichen fluorhaltigen Copolymeren wie in Beispiel

Die Anode war eine Bleiplatte mit den Dimensionen

1,27 χ 1,59XO₁ISCm. Die Kathode war eine perforierte Stahlscheibe mit einem Durchmesser von 3,18 cm und einer Dicke von 0,15 cm. Die Anode war im Abstand von 1,27 cm von der Kathode angeordnet.

Das Verfahren wurde diskontinuierlich durchgeführt. Der Ansatz für die Katholytkammer wurde hergestellt, indem 100 ml einer 40gew.-%igen wäßrigen Jodwasserstoffsäure von Analysenreinheit und 20 g festes Jod gemischt wurden. Diese Zusammensetzung wurde dann in die Katholytkammer der Zelle eingebracht. Es konnte festes Jod in der Katholytkammer beobachtet werden.

Als Anolytflüssigkeit wurden 100 ml einer 30gew.-%igen wäßrigen Schwefelsäure verwendet
Die Elektrolyse wurde dann bei einer Stromdichte von 206 Ampere/929 cm² und einer Zellspannung von

3.78 Volt aufgenommen. Nach 3 Stunden Elektrolysendauer enthielt die Katholytflüssigkeit 42,2 Gew.-% Jodwasserstoff und 0,02 Gew.-% gelöstes Jod. Es wurde beobachtet, daß weniger Wasser durch die Membran ans dem Anolyten in den Katholyten transportiert -wurde ais in Beispiel 4.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Jodwasserstoff durch Reduktion von Jod in einer wä&rigen HJ-Lösung, dadurch gekennzeichnet, daß dia Reduktion in einer Elektrolysezelle mit einer permionischen Membran und mit einer wäßrigen Katholytflüssigkeit, die eine solubilisierende Menge an Jodwasserstoff enthält, erfolgt

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Anolytflüssigkeit eine wäßrige Säure ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Katholytflüssigkeit mindestens 1,0 Gramm pro Liter Jodwasserstoff enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine kationselektive permionische Membran zwischen der Anolytflüssigkeit und der Katholytflüssigkeit angeordnet ist

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da j festes Jod in die Katholytflüssigkeit eingeführt wird.

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