DE3006120A1 - ELECTROLYSIS PROCESS AND CHLORINE CALICELL WITH SOLID POLYMERIC ELECTROLYTE - Google Patents
ELECTROLYSIS PROCESS AND CHLORINE CALICELL WITH SOLID POLYMERIC ELECTROLYTEInfo
- Publication number
- DE3006120A1 DE3006120A1 DE19803006120 DE3006120A DE3006120A1 DE 3006120 A1 DE3006120 A1 DE 3006120A1 DE 19803006120 DE19803006120 DE 19803006120 DE 3006120 A DE3006120 A DE 3006120A DE 3006120 A1 DE3006120 A1 DE 3006120A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- cathodic
- anodic
- electrocatalyst
- brine
- catholyte
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/34—Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis
- C25B1/46—Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis in diaphragm cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
- C25B11/091—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds
- C25B11/095—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds at least one of the compounds being organic
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
- C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
- C25B9/23—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms comprising ion-exchange membranes in or on which electrode material is embedded
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
- C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
- C25B9/77—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having diaphragms
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Description
3Q0612Q3Q0612Q
Elektrolyseverfahren und Chloralkalizelle mit festem polymeren Elektrolyten Electrolysis process and chlor-alkali cell with solid polymer electrolyte n
nie Srfinduna richtet sich auf eine Elektrolysezelle zum Elektrolysieren von Alkalichloridsole mit einem festen polymeren Elektrolyten, der eine permionische Membrane enthält, die einen anodischen Elektrokatalvsator eingebettet in oder auf ihrer anodischen Oberfläche aufweist und einen kationischen Hydroxyl entwickelnden Katalysator, auch kationischer Flektrokatalysator bezeichnet, eingebettet in oder auf der kathodischen Oberfläche aufweist.Srfinduna is never directed towards an electrolytic cell Electrolyzing of alkali chloride brines with a solid polymeric electrolyte that has a permionic membrane which has an anodic electrocatalyst embedded in or on its anodic surface and a cationic hydroxyl-developing catalyst, also called cationic flexocatalyst, embedded in or on the cathodic surface.
Die Erfindung schließt auch ein Verfahren zur Herstellung der permionischen Membrane als Teil des festen polymeren Elektrolyten, ebenso wie ein Verfahren zum Elektrolysieren von Alkalichloridsole mit den entsprechenden Elektrolysezellen ein.The invention also includes a method of making the permionic membrane as part of the solid polymer Electrolytes, as well as a method for electrolyzing alkali chloride brines with the appropriate electrolysis cells a.
Verfahren und vorrichtunaen zum Elektrolysieren von Mkalichloridsolen sind seit langem bekannt und werden in großem Hmfana in technischem Zumäße betrieben.Methods and devices for electrolyzing calcium chloride sols have long been known and will be operated in great Hmfana in technical proportion.
nie bekannten Vorrichtungen und Verfahren haben jedoch, obwohl sie ständia verbessert wurden, noch eine Reihe von Nachteilen.however, never-before-known devices and methods have although constantly improved, they still have a number of disadvantages.
Aufgabe der vorlieaenden Erfindung ist es, eine verbesserte Elektrolyseeinrichtung und ein Verfahren zum Betreiben dieser Einrichtungen aufzuzeigen.The object of the present invention is to provide an improved To show electrolysis equipment and a method for operating these equipment.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die in den Ansprüchen beschriebenen Elektrolysezellen, Verfahren ihrer Herstellung und Verfahren zum Elektrolysieren von Chloralkalisolen.This object is achieved by what is described in the claims Electrolytic cells, processes for their manufacture and processes for electrolyzing chloralkali salts.
Die erfindungsgemäße Elektrolysezelle zum Elektrolysieren von Alkalichloridsolen weist als Teil einen festen polymeren Elektrolyten auf, der eine kationenselektive permio-The electrolytic cell according to the invention for electrolyzing of alkali chloride sols has as part of a solid polymeric electrolyte, which is a cation-selective permio-
030036/0690030036/0690
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
nische Membran enthält. Die dem Katholytraum zugewandte freite der permionischen Membrane wird als kathodische Oberfläche der Membrane und die dem Anolyträum zugewandte Seite der permionischen Membrane wird als anionische Oberfläche ^er Membrane bezeichnet. Beide Oberflächen tragen eingebettet in oder angeordnet darauf kationische bzw. anionische Elektrokatalysatoren. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält die kathodische Oberfläche der permionischen Membrane einen kathodischen Depolarisierer, auch bekannt als ein H02~-Disproportionierungskatalysator. Dieser H02~-Disproportionierungskatalysator dient, zur Depolarisierung der Kathode und vermeidet die Bildung von gasförmigem Wasserstoff.niche membrane contains. The free space of the permionic membrane facing the catholyte is called the cathodic surface of the membrane and the side of the permionic membrane facing the anolyte is called the anionic surface of the membrane. Both surfaces have cationic or anionic electrocatalysts embedded in or arranged on them. In a further embodiment of the invention, the cathodic surface of the permionic membrane contains a cathodic depolarizer, also known as an H0 2 ~ disproportionation catalyst. This H02 ~ disproportionation catalyst is used to depolarize the cathode and avoid the formation of gaseous hydrogen.
Die erfindungsgeitiäßen bipolaren Chloralkali-Elektrolyseeinrichtungen mit einem festen polymeren Elektrolyten ha^en den besonderen Vorteil, daß sie eine besonders hohe Produktionsleistung pro Volumeneinheit Elektrolysezelle ermöglichen, eine sehr hohe Stromausbeute ergeben, eine hohe Stromdichte zulassen und in besonderen Ausführungsformen das Auftreten gasförmiger Produkte vermeiden und die sonst dafür erforderlichen Hilfsmittel üt^erflüssia sind.The bipolar chlor-alkali electrolysis devices according to the invention with a solid polymer electrolyte have the particular advantage that they have a particularly high Production output per unit volume of electrolysis cell enable a very high current yield to result, a allow high current density and in special embodiments avoid the occurrence of gaseous products and the aids otherwise required for this are superfluous are.
lei der Chloralkalielektrolyse mit einem festen polymeren Elektrolyten wird wässriges Alkalichlorid, beispielsweise Natriumchlorid oder Kaliumchlorid in Berührung mit der anodischen Oberfläche des festen polymeren Elektrolyten crebracht. Eine elektrische Spannung wird an die Zelle angelegt und es entwickelt sich Chlor an der anodischen Oberfläche des festen polymeren Elektrolyten.lei the chlor-alkali electrolysis with a solid polymer Aqueous alkali chloride, for example sodium chloride or potassium chloride, is in contact with the electrolyte anodic surface of the solid polymer electrolyte. An electrical voltage is applied to the cell and chlorine develops on the anodic surface of the solid polymer electrolyte.
Das Alkaliion, das ist üblicherweise ein Kalium~oder ein Watriumion wird durch die permionische Membran des festen polymeren Elektrolyten hindurchtransportiert zum kathodischen Hydroxy1-entwickelnden Katalysator auf der entgegengesetzten Seite der permionischen Membran. Das Alkaliion, d.h. das Natrium- oder Kaliumion wandert zusarv^on nit seinem Hydrationswasser, ohne daß dabei einThe alkali ion, which is usually a potassium or a Sodium ion is transported through the permionic membrane of the solid polymer electrolyte to the cathodic hydroxy1-evolving catalyst on the opposite side of the permionic membrane. That Alkali ion, i.e. the sodium or potassium ion migrates to one another with its water of hydration, without any
G30036/0690G30036 / 0690
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
sammen mit seinem Hydrationswasser, ohne daß dabei ein wesentlicher Transport der Gesamtmenge des Elektrolyten stattfindet.together with its hydration water without any substantial transport of the total amount of electrolyte takes place.
Das Hydroxylion wird am kat^odischen Hydroxylionen entwickelnden Katalysator ir TJ3=!sergtopf umgewandelt. Wenn bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ein kathodischer Depolarisierungskatalysator, beispielsweise ein HO- -Disproportionierungskatalysator in der Nachbarschaft der kathodischen Oberfläche der Dermionisehen Membran anwesend ist und ein Oxidationsmittel dem Katholytraum zugeführt wird, wird die Entwicklung eines gasförmigen Kathodenproduktes vermieden.The hydroxyl ion is converted to the catalytic hydroxyl ion-developing catalyst ir TJ 3 =! Sergto p f. If, in an alternative embodiment of the invention, a cathodic depolarization catalyst, for example an HO- disproportionation catalyst, is present in the vicinity of the cathodic surface of the dermionic membrane and an oxidizing agent is supplied to the catholyte space, the development of a gaseous cathode product is avoided.
3un besseren Verständnis wird der Gegenstand der Erfindung anhand der Abbildungen n?her beschrieben.The subject of the invention becomes for a better understanding described in more detail using the illustrations.
Figur 1 ist eine Darstellung in auseinandergezogener Anordnung der Elektrolyseeinrichtung.Figure 1 is an exploded view the electrolysis device.
Abb. 2 zeigt in perspektivischer Sicht ein Teil der Elektrolyseeinrichtuna von Abb. 1.Fig. 2 shows a perspective view of part of the electrolysis device from Fig. 1.
Abb. 3 zeigt das in Abb. 2 wiedergegebene Teil im Schnitt.Fig. 3 shows the part shown in Fig. 2 in section.
Abb. 4 ist eine vergrößerte Teildarstellung der festen polymeren Elektrolytfolie, wie sie in den Abb. 2 und 3 wiedergegeben ist.FIG. 4 is an enlarged fragmentary view of the solid polymeric electrolyte sheet as shown in FIGS. 2 and 3 is reproduced.
Abb. 5 gibt in perspektivischer Sicht ein weiteres Teil der in Abb. 1 wiedergegebenen Elektrolyseeinrichtung wieder und zeigt einen Verteiler zur Zu- und Abfuhr des Elektrolyten.Fig. 5 shows a perspective view of another part of the electrolysis device shown in Fig. 1 and shows a distributor for supplying and removing the electrolyte.
Abb. 6 zeigt den in Abb. 5 wiedergegebenen Verteiler im Schnitt.Fig. 6 shows the distributor shown in Fig. 5 in section.
Abb. 7 ist in perspektivischer Sicht eine Ausführung des in Abb. 1 gezeiaten bipolaren Elementes.FIG. 7 is a perspective view of an embodiment of the bipolar element shown in FIG.
090036/0690090036/0690
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
Abb. 8 zeigt das bipolare Element von Abb. 7 im Schnitt.Fig. 8 shows the bipolar element from Fig. 7 in section.
Abb. 9 zeigt in perspektivischer Sicht eine alternative Ausführungsform eines bipolaren Elementes mit Einrichttungen zum Wärmetausch.Fig. 9 shows a perspective view of an alternative embodiment of a bipolar element with devices for heat exchange.
Abb. 10 zeigt das in Abb. 9 wiedergegebene Teil im Schnitt.Fig. 10 shows the part shown in Fig. 9 in section.
Abb. 11 zeigt in perspektivischer Sicht eine weitere alternative Ausführungsform eines bipolaren Elementes bei dem der Verteiler mit dem bipolaren Element kombiniert ist.Fig. 11 shows another alternative in perspective Embodiment of a bipolar element in the the distributor is combined with the bipolar element.
Abb. 12 zeigt einen Schnitt durch das bipolare Element der Abb. 11.Fig. 12 shows a section through the bipolar element of Fig. 11.
Abb. 13 zeigt schematisch einen seitlichen Schnitt der Elektrolysezelle mit festem polymeren Elektrolyten.Fig. 13 shows schematically a side section of the Electrolytic cell with solid polymer electrolyte.
Abb. 14 gibt schenatisch die bei der Chloralkalielektrolyse mit festem polymeren Elektrolyten ablaufende Reaktion wieder.Fig. 14 gives the schematic for chlor-alkali electrolysis Reaction taking place again with solid polymer electrolyte.
Die Chloralkalizelle, die schematisch in Abb. 14 wiedergegeben ist, zeigt den festen polymeren Elektrolyten (31) mit der darin angeordneten permionisehen Membran. Die permionische Membran (33) hat eine anodische Oberfläche (35) mit dem darauf angeordneten Chlorkatalysator (37) und eine kathodische Oberfläche (41) mit dem darauf angeordneten kathodisch Hydroxy1-entwickelnden Katalysator (43). In der Abbildung ist außerdem wiedergegeben eine äußere Stromquelle, die nit dem anodischen Katalysator (37) durch den Verteiler (57) verbunden ist und mit dem kathodischen Katalysator (43) durch den Verteiler (55) verbunden ist. Sole wird der anodischen Seite des festen polymeren Elektrolyten (31) zugeführt und gelangt in Kontakt mit dem anodischen Chlorentwicklungskatalysator (37) auf der anodischen Oberfläche (35) der permionischen Membran (31). Das in der Lösung in FormThe chlor-alkali cell, shown schematically in Fig. 14 shows the solid polymeric electrolyte (31) with the permionic membrane arranged therein. the permionic membrane (33) has an anodic surface (35) with the chlorine catalyst (37) and a cathodic surface (41) with the cathodic hydroxy1-developing catalyst (43) arranged thereon. In the The figure also shows an external power source connected to the anodic catalyst (37) through the manifold (57) and connected to the cathodic catalyst (43) through the manifold (55). Sole becomes the anodic Side of the solid polymer electrolyte (31) supplied and comes into contact with the anodic chlorine evolution catalyst (37) on the anodic surface (35) of the permionic membrane (31). That in the solution in form
0S0O36/06900S0O36 / 0690
3Ö061203Ö06120
eines Chloridions vorliegende Chlor bildet dabei Chlor nach folgender Gleichung:Any chlorine present in the presence of a chloride ion forms chlorine according to the following equation:
2 Cl" > Cl9 + 2e~2 Cl "> Cl 9 + 2e ~
Das Alkaliion, das ein Natrium- oder Kaliumion ist, ist in Abb. 14 als Natriumion wiedergeaeben und das durch Hydration gebildete Wasser treten durch die permionische Membran 33 auf die kathodische Seite (41) der permionischen Membran (33). Dem Katholytraum wird Wasser von außen zugeführt und außerdem das Hydrationswasser, das durch die permionische Membran (31) in den Katholytraum eintritt. Die stöichiorietrische Reaktion des kathodischen Eiydroxyl entwickelnden Katalysators läuft wie folgend:The alkali ion, which is a sodium or potassium ion, is in Fig. 14 as sodium ion and that by Water formed hydration pass through the permionic membrane 33 to the cathodic side (41) of the permionic Membrane (33). The catholyte space is supplied with water from the outside and also the water of hydration that flows through the permionic membrane (31) enters the catholyte space. The stoichiometric reaction of the cathodic egg hydroxyl developing catalyst runs as follows:
H2O + e~ 4 0H~ + HH 2 O + e ~ 40 H ~ + H
Bei einer alternativen Ausführung sind ein kathodischer Depolarisierungskatalysator und ein Oxidationsmittel anwesend, um so die Entwicklung aasförmigen Wasserstoffes zu vermeiden.In an alternative embodiment, a cathodic Depolarization catalyst and an oxidizing agent are present, so that the development of aasiform hydrogen to avoid.
nie »nordnupn· und der Aufbau für diese Reaktion ist in allaerieiner Form in V->b. 13 wiedergegeben, ™it einer elektrolvtisahen ?r>lle (11), deren Wände mit 21 bezeichnet sind iind der zwischen den Wänden angeordneten permionischen Membran (33). Die permionische Membran (33) hat eine anodische Oberfläche mit den darauf befindlichen anodischen Katalysator (37) und eine kathodische Oberfläche mit dem kathodischen Katalysator (4 3) . Bei der alternativen Ausffihrungsform ist ein kathodischer Depolarisierungskatalysator, das ist ein HO0 -Disproportionierungskatalysator (nicht wiedergegeben) in der ?Jähe der kathodischen Oberfläche (41) der Membran (33) angeordnet, um so die Entwicklung gasförmigen Wasserstoffes zu vermeiden.never »nordnupn · and the structure for this reaction is in general in V-> b. 13 reproduced, it is an electrolvtisahear> lle (11), the walls of which are denoted by 21 and the permionic membrane (33) arranged between the walls. The permionic membrane (33) has an anodic surface with the anodic catalyst (37) located thereon and a cathodic surface with the cathodic catalyst (4 3). In the alternative embodiment, a cathodic depolarization catalyst, that is, a HO 0 disproportionation catalyst (not shown) is in the ? Arranged near the cathodic surface (41) of the membrane (33) in order to avoid the development of gaseous hydrogen.
080036/0690080036/0690
Einrichtungen zur Leitung elektrischen Stromes von den Wänden (21) zum festen polymeren Elektrolyten (31) sind in Form des Verteilers (57) im Anolytraum (39) vorhanden, um Strom von der Wand (21) zum anodischen Chlorentwicklung^- katalysator (37) zu leiten. Im Kathodenbereich leitet der Verteiler (55) im Katholytraum den Strom von der Wand (21) zum kathodischen Hydroxyl entwickelnden Katalysator (43).Means for conducting electrical current from the walls (21) to the solid polymeric electrolyte (31) are present in the form of the distributor (57) in the anolyte space (39) to flow from the wall (21) to the anodic chlorine development ^ - to conduct catalyst (37). In the cathode area, the distributor (55) in the catholyte space conducts the current from the wall (21) to the cathodic hydroxyl developing catalyst (43).
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Verteiler (55) und (57) so ausgebildet, daß sie Turbulenz und Mischen des Elektrolyten hervorrufen. Dadurch werden Konzentrationspolarisation, Gasblaseneffekte, Verstopfungen und Totraum vermieden.In a preferred embodiment, the manifolds are (55) and (57) designed to cause turbulence and mixing of the electrolyte. This causes concentration polarization, gas bubble effects, clogging and dead space avoided.
Zum Betreiben der Zelle wird Sole dem Anolytraum (39) durch den Soleeinlaß (K1a) zugeführt und erschöpfte Sole abgezogen aus dem Anolytraum (39) durch den Soleauslaß (81b). Die Anolvtflüssigkeit kann abgezogen werden als chlorgashaltigerTo operate the cell, brine is passed through the anolyte space (39) the brine inlet (K1a) is supplied and exhausted brine is drawn off from the anolyte space (39) through the brine outlet (81b). The solvent can be drawn off as containing chlorine gas
Schaum oder gemeinsam als gelöstes Chlor und flüssige Sole, oder als flüssiges Chlor und Sole.Foam or together as dissolved chlorine and liquid brine, or as liquid chlorine and brine.
Dem Katholytraum (45) wird Wasser zugeführt durch die Zuführeinrichtung (1O1a), um das Alkalihydroxyd in Lösung zu halten und das Absetzen von festem Alkalihydroxyd auf der Membran (33) zu vermeiden. Zusätzlich kann ein Oxidationsmittel dem Katholytraum (45) zugeführt werden, beispielsweise wenn ein H02~-Disproportionierungskatalysator anwesend ist und dadurch die Bildung von" t-Tasserstof fgas vermieden wird und es auf diese tlTeise möglich wird, ein vollständig flüssiges Produkt aus dem Katholytraum über den Auslaß (101b) abzuziehen. The catholyte space (45) is supplied with water through the supply device (101a) in order to keep the alkali hydroxide in solution and to avoid the deposition of solid alkali hydroxide on the membrane (33). In addition, an oxidizing agent can be supplied to the catholyte compartment (45), such as when a H02 ~ -Disproportionierungskatalysator is present and thus the formation of "t- T asserstof FGAS is avoided and it is else possible in this TLT, a completely liquid product from the catholyte compartment to be withdrawn via the outlet (101b).
besonders erwünschte Zellenbauweise ist eine bipolare Elektrolysezelle unter Verwendung eines festen polymeren Elektrolyten. Abb. 1 zeigt in auseinandergezogener Anordnung eine solche bipolare Elektrolysezelle mit einem festen polymeren Elektrolyten.A particularly desirable cell design is a bipolar electrolytic cell using a solid polymer Electrolytes. Fig. 1 shows in an exploded arrangement such a bipolar electrolysis cell with a solid polymer Electrolytes.
080036/0690080036/0690
Die Abb. zeigt eine Elektrolyseeinrichtung mit zwei Zellen (11) und (13) mit festem polymeren Elektrolyten. Eine Elektrolyseeinrichtung (1) kann aber viel mehr derartiger Zellen aufweisen. Die Zahl der Elektrolysezellen (11, 13) innerhalb einer Elektrolyseeinrichtung (1) wird begrenzt durch Gleichrichter und Umwandlungsfähigkeit ebenso wie durch die Möglichkeiten von Stromverlust. Bei dem heute bekannten Stand der Technik aufgrund der Gleichrichter und Umwandlungstechniken weisen Elektrolyseeinheiten mit 150 bis 2OO oder mehr Zellen auf.The figure shows an electrolysis device with two cells (11) and (13) with solid polymer electrolytes. One However, the electrolysis device (1) can have many more such cells. The number of electrolytic cells (11, 13) within an electrolysis device (1) is limited by rectifiers and convertibility as well as through the possibility of power loss. With the prior art known today due to the rectifier and Conversion techniques have electrolysis units with 150 up to 2OO or more cells.
Die einzelne Elektrolysezelle (11) v/eist ein Element (31) mit dem festen polymeren Elektrolyten auf, wie es als Teil der Elektrolyseeinrichtung in Abb. 1 wiedergegeben ist und einzeln in Abb. 2 und in Schnitt in Abb. 3 gezeigt wird. Abb. 4 ist eine «starke Vergrößerung eines Teils mit den darauf angeordneten Katalysatorteilchen (37) und (43). Oie Abbildungen 13 un^ 14 zeigen schematised das Teil (31) r-'it r5»7*1 festen poly^erpn niektrolyten.The individual electrolysis cell (11) has an element (31) with the solid polymeric electrolyte, as shown as part of the electrolysis device in Fig. 1 and shown individually in Fig. 2 and in section in Fig. 3. Fig. 4 is a large enlargement of a part with the catalyst particles (37) and (43) arranged on it. The figures 13 and 14 show schematically the part (31) r-'it r 5 » 7 * 1 solid poly ^ erpn niektrolyten.
Toil (31) nit den festen nolymeren Elektrolyten schließt die permionische Membran (33) ein,mit dem anodischen Chlorentxtficklungskatalysator (37) auf der anodischen Oberfläche (35) und dem kathodischen Hydroxyl-Rntwicklungskatalysator (43) auf der kathodischen Oberfläche (41).Toil (31) closes with the solid polymer electrolyte the permionic membrane (33) with the anodic chlorine decomposition catalyst (37) on the anodic surface (35) and the cathodic hydroxyl development catalyst (43) on the cathodic surface (41).
Die Zellgrenzen können im F^lIe von dazwischen angeordneten Zellen innerhalb ein°r Elektrolyseeinrichtung (1) durch ein Paar von bipolaren Elementen (21) gebildet werden, die auch als binolare ^.rckplatten bezeichnet werden. Bei der in Abb. 1 wiedergegebenen Elektrolyseeinrichtung mit den ersten und letzten Zellen, beispielsweise Zellen (11) und (13),stellt ' die bipolare Einheit (21) eine Begrenzung der elektrolytischen Einzelzelle dar und die Randplatte (71) das gegenüberliegende Ende der Elektrolysezelle dar. Die Endplatte (71) hat Einlaßeinrichtungen zur Solezuführung (81a) und Soleauslaßeinrichtungen (81b), Wasserzuführungseinrichtungen (101a)The cell boundaries may be arranged in between Cells within an electrolysis device (1) are formed by a pair of bipolar elements (21), which also are referred to as binolar back plates. In the case of the one shown in Fig. 1 reproduced electrolysis device with the first and last cells, for example cells (11) and (13), represents' the bipolar unit (21) constitutes a boundary of the electrolytic single cell and the edge plate (71) the opposite one The end plate (71) has inlet devices for supplying brine (81a) and brine outlet devices (81b), water supply devices (101a)
930036/0690930036/0690
„BAD ORIGINAL"BAD ORIGINAL
und einen Hydroxyd-Lösungsabzug (101b). Für den Fall, daß die Kathode depolarisiert werden soll, ist ein zusätzlicher, hier nicht gezeigter Einlaß für das Oxidationsmittel vorgesehen. Die Endplatte (71) weist außerdem die Stromzuführungen (79) auf.and a hydroxide solution vent (101b). In the event that the cathode is to be depolarized, an additional, Inlet, not shown here, is provided for the oxidizing agent. The end plate (71) also has the Power supply lines (79).
Im Falle einer monopolaren Zelle werden die Endglieder durch ein Paar der Endplatten (71), wie sie vorstehend beschrieben sind, gebildet.In the case of a monopolar cell, the end members are defined by a pair of the end plates (71) as described above are formed.
Die Endplatte (71) und die bipolaren Einheiten (21) ergeben ^ie Gasdichtigkeit und Elektrolytdichtigkeit der jeweiligen Einzelzellen. Zusätzlich ergeben die Endplatte (71) und die bipolaren Einheiten (21) den elektrischen Kontakt und ermöglichen bei verschiedenen Ausführungsformen die Elektrolytzufuhr und den Gasabzug.The end plate (71) and the bipolar units (21) result ^ ie gas tightness and electrolyte tightness of the respective Single cells. In addition, the end plate (71) and the bipolar units (21) provide electrical contact and enable in various embodiments, the electrolyte supply and the gas vent.
Oie in Abbildungen 7 und 8 wiedergegebene bipolare Einheit (21) weist eine anolytbeständige Oberfläche (23) auf, die sie ι gegenüber der anodischen Oberfläche (35) mit dem anodischen Katalysator (37) in der Elektrolysezelle (12) befindet. Die anolytbeständige Oberfläche (35) steht in Kontakt mit der Anolytflüssigkeit und bildet die Begrenzung des Anolytraumes (39) der Zelle. Die bipolare Einheit (21) weist außerdem eine katholytbeständige Oberfläche (25) auf, die sich innerhalb der Zelle gegenüber der kathodischen Oberfläche (41) mit dem Kathodenkatalysator (43) des festen polymeren Elektrolyten (31) der nächsten benachbarten Seile (13) der Elektrolyseeinrichtung (1) befindet.The bipolar unit shown in Figures 7 and 8 (21) has an anolyte-resistant surface (23) which it ι opposite the anodic surface (35) with the anodic Catalyst (37) is located in the electrolytic cell (12). The anolyte-resistant surface (35) is in contact with the anolyte liquid and forms the boundary of the anolyte space (39) of the cell. The bipolar unit (21) also has a cathode-resistant surface (25), which is within the cell opposite the cathodic Surface (41) with the cathode catalyst (43) of the solid polymer electrolyte (31) of the next adjacent ropes (13) of the electrolysis device (1) is located.
Die anolytbeständige Oberfläche (23) wird durch ein Gleichrichtermetall hergestellt, das ist ein Metall, das einen säurebeständigen Oxydfilm bildet, wenn es in Kontakt mit wässrigen sauren Lösungen kommt. Geeignete Gleichrichtermetalle sind Titan, Tantal, Wolfram, Columbium, Hafnium, Zircon, ebenso wie Legierungen von Titan, beispielsweiseThe anolyte-resistant surface (23) is made of a rectifier metal made, which is a metal that forms an acid-resistant oxide film when in contact with aqueous acidic solutions. Suitable rectifier metals are titanium, tantalum, tungsten, columbium, hafnium, Zircon, as well as alloys of titanium, for example
©30036/0690© 30036/0690
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
Titanyttrium-Legierungen, Titanpalladium-Legierungen, Titanmolybdän-Legierungen, Titannickel-Legierungen. Alternativ kann die Anolytbeständigkeit der Oberfläche aber auch durch Silikone oder Silicide herbeigeführt werden.Titanyttrium alloys, titanium palladium alloys, Titanium-molybdenum alloys, titanium-nickel alloys. Alternatively, the anolyte resistance of the surface but can also be brought about by silicones or silicides.
Die binolare Einheit (21) kann aus zwei Folienplatten oder Laminaten (23, 25) hergestellt werden. Die Oberfläche (23), die in Kontakt mit dem Anolyten kommt, kann dabei aus einem Gleichrichtermetall wie vorstehend beschrieben, hergestellt v/erden. Bei einer bevorzugten Ausff'hrungsform wird die mit dem Anolyten in Kontakt stehende Oberfläche (23) der bipolaren Einheit (21) hergestellt aus einer Gleichrichtermetall-Legierung, die sich durch besondere Widerstandsfähigkeit gegenüber Hydridbildung und Rißkorrosion auszeichnet.The binolar unit (21) can consist of two foil plates or Laminates (23, 25) are produced. The surface (23) that comes into contact with the anolyte can consist of a Rectifier metal prepared as described above. In a preferred embodiment, the with the surface (23) of the bipolar unit (21) in contact with the anolyte made of a rectifier metal alloy, which is characterized by its particular resistance to hydride formation and crack corrosion.
Eine besonders bevorzugte Gruppe derartiger Legierungen sin-3 Legierungen von 171Itan rit seltenen Erden. Die besonder <-ree irrtet en seltenen Erden sind Scandium, Yttrium und die Lnnthr'.niden. Die Lanthani^en umfassen Lanthan Cer, Praseodym, "eodyn, '"romethiur, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysnrosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium. r7enn die Bezeichnung seltene Erden hier verwendet wird, schließt diese Bezeichnung Scandium, Yttrium und die Lanthaniden ein.A particularly preferred group of such alloys are 3 alloys of 171 Itanite rare earths. The special ones erred in the rare earths are scandium, yttrium and the lnthr'.nides. The lanthanides include lanthanum cerium, praseodymium, "eodyn, '" romethiur, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysnrosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium and lutetium. r 7enn the term rare earth is used herein, this term includes scandium, yttrium, and the lanthanides.
Die Leaierungen mit seltenen Erden können ein oder mehrere seltene Erdmetalle enthalten. Beispielsweise eine Kombination von Scandium mit Yttrium oder Cer, oder Lanthan mit Yttrium oder mit Lanthan mit Cer. Besonders bevorzugt für Legierungen mit seltenen Erden ist Yttrium.The rare earth leagues can be one or more contain rare earth metals. For example a combination of scandium with yttrium or cerium, or lanthanum with yttrium or with lanthanum with cerium. Yttrium is particularly preferred for alloys with rare earths.
Der Gehalt an seltenem Erdmetall in der Legierung sollte mindestens ein Schwellenanteil sein, der ausreichend ist, um das Auftreten von Wasserstoff durch Titan zu vermindern oder sogar zu vermeiden. Dazu ist im allgemeinen mindestens ein Gehalt von 0,01 Gew.% notwendig, aber auch niedrigere Anteile haben schon eine positive Wirkung.The rare earth content in the alloy should be be at least a threshold proportion which is sufficient to reduce the occurrence of hydrogen by titanium or even avoid it. This generally requires a content of at least 0.01% by weight, but also lower proportions already have a positive effect.
ü'30036/0690ü'30036 / 0690
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
Der maximale Anteil an seltenen Erden in den Legierungen sollte niedrig genug sein, um im. wesentlichen die Bildung eines Zweiphasensystems zu vermeiden. Im allgemeinen ist dies niedriger als etwa 2 Gew.% seltenes Erdmetall für Yttrium, Lanthan, Cer, Gadolinium, und Erbium, obwohl Mengen bis zu etwa 4 oder sogar 5 Gew.% dieser Metalle tolerierbar sind,ohne gegenteilige Effekte. Anteile bis zu 7 Gew.% sind in der Pegel möglich für Scandium und Europium, obwohl in diesem Falle Anteile bis zu 10 Gew. % ohne nachteilige Wirkungen möglich sind. Ganz allgemein beträgt der Anteil von seltenen Erden von etwa 0,01 Gew.% bis etwa 1 Gew.%, vorzugsweise von etwa 0,015 Gew.% bis etwa 0,05 Gew.%.The maximum rare earth content in the alloys should be low enough to be used in the. essential education to avoid a two-phase system. Generally this is less than about 2 wt% rare earth metal for Yttrium, lanthanum, cerium, gadolinium, and erbium, although amounts up to about 4 or even 5 weight percent of these metals are tolerable are without adverse effects. Shares of up to 7% by weight are possible in the level for scandium and europium, although in this case proportions of up to 10% by weight are possible without adverse effects. In general, amounts to the proportion of rare earths from about 0.01% by weight to about 1% by weight, preferably from about 0.015% by weight to about 0.05 Weight%.
Die Titanlegierung kann aber auch verschiedene weitere Verunreinigungen enthalten, ohne daß dies eine nachteilige Wirkung hat. Bei diesen Verunreinigungen handelt es sich um Eisen in Mengen von normalerweise oberhalb etwa 0,01 % oder sogar 0,1 % und häufig bis 1 %, und um Vanadium und Tantal in Mengen bis zu etwa 0,1 % oder sogar 1 %, um Sauerstoff in Mengen bis zu etwa 0,1 Gew.% und Kohlenstoff in Mengen bis zu etwa 0,1 Gew. %.However, the titanium alloy can also contain various other impurities without this being disadvantageous Has an effect. These impurities are iron in amounts normally above about 0.01% or even 0.1%, and often up to 1%, and around vanadium and tantalum in amounts up to about 0.1% or even 1% Oxygen in amounts up to about 0.1% by weight and carbon in amounts up to about 0.1% by weight.
Alternativ kann die anolytbeständicre Oberfläche (23) der bipolaren Einheit (21) auch aus einer isomorphen Betaphase einer Titan-Molybdän-Legierung oder einer isomorphen Legierung von Titan mit anderen übergangsmetallen, wie Palladium, Nickel und Eisen bestehen. Tn diesem Falle liegt der Eisengehalt niedriger als O,O5 GeX"/.% Eisen. Isomorphe Titanlegierungen und der vorstehend genannten Übergangsmetalle eraeben eine stark, verbesserte Widerstandsfähigkeit gegenüber Rißkorrosion und Masserstoffaufnähme. Der Anteil an 'Jbergangsmetallen, beispielsweise Eisen, Nickel, Palladium oder Molybdän sollte hoch genug sein, um die Widerstandsfähigkeit gegenüber Rißkorrosion und Wasserstoff auf nähme zu steigern, aber niedrig genug sein, um die Bilduna einer zweiten Phase zu vermeiden.Alternatively, the anolyte-resistant surface (23) of the bipolar unit (21) also made of an isomorphic beta phase of a titanium-molybdenum alloy or an isomorphic alloy consist of titanium with other transition metals such as palladium, nickel and iron. In this case the Iron content lower than 0.05 GeX "/.% Iron. Isomorphs Titanium alloys and the aforementioned transition metals also have greatly improved resistance against crack corrosion and mass absorption. Of the Proportion of transition metals, e.g. iron, nickel, Palladium or molybdenum should be high enough to be resistant to crack corrosion and hydrogen to increase, but be low enough to avoid the formation of a second phase.
030036/0690030036/0690
RAÖ ORIßlMAIRAÖ ORIßlMAI
nie katholytbeständige Oberfläche (25) kann hergestellt werden aus jeden Material, das rregenfiber konzentrierten alkalischen Lösungen, die entweder Sauerntoff oder Wasserstoff oder beides enthalten, beständig ist. Derartige Materialien sind Eisen, Stahl, nichtrostender Stahl und dergleichen. never katholytbeständige surface (25) can be made from any material that rregen f iber concentrated alkaline solutions containing either Sauerntoff or hydrogen or both, is stable. Such materials are iron, steel, stainless steel and the like.
Die sv/ei Teile (23) und (25) der bipolaten Einheit (25) können Titan und Eisenfolien sein, Folien aus anderen vorstehend spezifizierten Materialien und zusätzlich kann zwischen der anodischen Oberfläche (23) und der kathodischen Oberfläche (25) eine Wasserstoffsperre angeordnet sein, um damit den Durchgang von Wasserstoff von der kathodischen Oberfläche (25) zur anodischen Oberfläche (23) der bipolaren Einheit zu verhindern.The sv / ei parts (23) and (25) of the bipolar unit (25) can be titanium and iron foils, foils from others above specified materials and in addition, between the anodic surface (23) and the cathodic Surface (25) a hydrogen barrier can be arranged to thus the passage of hydrogen from the cathodic surface (25) to the anodic surface (23) of the bipolar To prevent unity.
Die zwischen der anodischen Oberfläche (23) und der kathodischen Oberfläche (25) der bipolaren Einheit (21) angeordnete Wasserstoffsperre besteht aus einen Material, das den Wasserstoffstrom verhindert, beispielsweise einem Material mit niedriqer Wasserstofflöslichkeit oder Durchlässigkeit. Die Wasserstoffsperre kann ein nichtleitendes Material sein, beispielsweise Silikate, Glas, organische Harze und Lacke. Es können aber auch Wasserstoffscerren aus dafür geeigneten Metallen vorgesehen werden. Brauchbare Ergebnisse erhält man mit Vanadium, Chrom, Mangan, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Niob, Molybdän, Silber, Cadmium, Rhodium, Tantal, Wolfram, Iridium und Gold. Die besten Ergebnisse erhält man, wenn die Wasserstoffsperre eine Beschichtung aus Molybdän, Rhodium, Iridium, Silber, Gold, Mangan, Zink, Cadmium, Blei, Kupfer oder Wolfram aufweist. Ganz besonders bevorzugt ist Kupfer.The hydrogen barrier arranged between the anodic surface (23) and the cathodic surface (25) of the bipolar unit (21) consists of a material that prevents the flow of hydrogen, for example a material with low hydrogen solubility or permeability. The hydrogen barrier can be a non-conductive material, such as silicates, glass, organic resins and paints. But it can be provided etallen also Wasserstoffscerren out for suitable M. Useful results are obtained with vanadium, chromium, manganese, cobalt, nickel, copper, zinc, niobium, molybdenum, silver, cadmium, rhodium, tantalum, tungsten, iridium, and gold. The best results are obtained when the hydrogen barrier has a coating of molybdenum, rhodium, iridium, silver, gold, manganese, zinc, cadmium, lead, copper or tungsten. Copper is very particularly preferred.
Die Wasserstoffsperre kann eine Folie oder eine Platte sein. Sie kann aber auch als Film oder Beschichtung aufgebracht sein. Nach einer anderen weiteren Ausführungsform kann die Wasserstoffsperre auch als Explosionsschutzfolie bei einem oder beiden Teilen der bipolaren Einheit (21) dienen.The hydrogen barrier can be a foil or a plate. However, it can also be applied as a film or coating. According to another further embodiment, the hydrogen barrier also serve as an explosion protection film for one or both parts of the bipolar unit (21).
©30Ö36/0690 BAD ORIGINAL © 30Ö36 / 0690 BAD ORIGINAL
Bei der in den Abbildungen 9 und 10 wiedergegebenen Ausführungsform der binolaren Einheit (21) wird diese von Leitungen (121) durchzogen, die einen Wärmeaustausch in durchgeführtes Medium ermöglichen. Die Wärmeaustauschleitungen (121) dienen zum Durchleiten kalter Flüssigkeiten oder kalter Gase, um Wärme aus der Elektrolysezelle abzuführen, beispielsweise durch Stromfluß (I~R) entwickelte Wärme ebenso wie die durch Reaktion entstehende Wärme. Das erlaubt es, bei Betrieb einen niedrigeren Druck in der Elektrolysezelle aufrechtzuerhalten, wenn die Elektrolyse unter Druck ausgeführt wird, um Chlor in flüssiger Form zu gewinnen, oder Sauerstoff unter Druck zugeführt wird, oder in beiden Fällen.In the embodiment shown in Figures 9 and 10 the binolar unit (21) is traversed by lines (121) which allow heat to be exchanged in enable the medium carried out. The heat exchange lines (121) serve to pass cold liquids through or cold gases to dissipate heat from the electrolytic cell, for example developed by current flow (I ~ R) Heat as well as the heat generated by reaction. This allows a lower pressure in The electrolytic cell will maintain when the electrolysis is carried out under pressure to produce chlorine in liquid form to win, or oxygen is supplied under pressure, or in both cases.
Eine weitere Ausführungsform der bipolaren Elektrolysezelle mit festem polymeren Elektrolyt ist in Abbildungen 11 und 12 wiedergegeben. Die Elektrolytzufuhr und Verteilung erfolgt hier durch die bipolare Einheit (21) selbst. Dies geschieht zusätzlich oder anstelle des Verteilers (51), wobei die Leitung (133) von der Zufuhrleitung (115a) in das Innere der bipolaren Einheit (21) führt und dann zu einem oorösen oder offenen Teil (131), das den Elektrolyten verteilt. In analoger v<Teise wird der entgegengesetzte Elektrolvt durch das Rohr (143) der oorösen oder offenen Oberfläche (141) auf der entgegengesetzten Seite der bipolaren Einheit zugeführt.Another embodiment of the bipolar electrolysis cell with solid polymer electrolyte is shown in FIGS. 11 and 12. The electrolyte is supplied and distributed by the bipolar unit (21) itself. This is done in addition to or instead of the distributor (51), the line (133) leading from the supply line (115a) into the interior of the bipolar unit (21) and then to an oorous or open part (131) that distributes the electrolyte. In an analogous v <T else the opposite Elektrolvt is supplied through the pipe (143) of oorösen or open surface (141) on the opposite side of the bipolar unit.
r»ie einzelnen elektrolytischen Zellen (11) und (13) der bipolaren Elektrolvseeinrichtung (1) schließen auch Vertfiilungseinrichtungen (51) ein, die zwischen den Enden der Zelle angeordnet sind, beispielsweise zwischen der bipolaren Einheit (21) und der Endplatte (71) und dem festen polymeren Elektrolyten (31). Die Verteilereinrichtungen sind in Abb. wiedergegeben und in Detail in den Abbildungen 5 und 6 wieriergngeben. Die Katholytflüssigkeitsleitungen (105a) und (ir>5b) und die Katholytzufnhröffnung (111a) und die Katholyt-r »he individual electrolytic cells (11) and (13) of the bipolar electrolv device (1) also include distribution devices (51) placed between the ends of the cell, for example between the bipolar one Unit (21) and the end plate (71) and the solid polymer electrolyte (31). The distribution facilities are shown in Fig. and reproduced in detail in Figures 5 and 6. The catholyte liquid lines (105a) and (ir> 5b) and the catholyte supply opening (111a) and the catholyte
03003-6/069003003-6 / 0690
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
abzugsöffnung(111b) kennzeichnen diese Aus ffihrungs form. Der Außenrand (53) des Verteilers (51) ist als kreisförmiger Ring ausgebildet. Dadurch wird Elektrolytdichtigkeit und Gasdichtigkeit der Elektrolyseeinrichtung (1) ebenso erreicht, wie der Zellen (11) und (13).The exhaust opening (111b) characterizes this version. The outer edge (53) of the distributor (51) is designed as a circular ring. This makes electrolyte impermeability and gas-tightness of the electrolysis device (1) is achieved as well as the cells (11) and (13).
Die Dichtung, die eine alkalibeständige Dichtung (55) oder eine gegenüber sauren chlorenthaltenden Solen und chlorbeständige Packung (57) sein können, sind vorzugsweise elastisch, leitfähig und im wesentlichen nicht katalytisch. Das gilt für die Dichtung (55) der Katholyteinheit im Katholytraum (45), die eine höhere Wasserstoffentwicklungs- oder Hydroxylionenentwicklungsüberspannung aufweist, als der kathodische Katalysator, um dadurch die elektrolytische Abscheidung von Kathodenprodukten an dieser Fläche zu vermeiden. In gleicher Weise hat die Dichtung (57) in Anolytraum (39) eine höhere Chlorentwicklungsüberspannung und höhere Sauerstoffentwicklungsüberspannung als der anodische Katalysator, um die Entwicklung von Chlor oder Sauerstoff an dieser Fläche zu vermeiden.The seal, which is an alkali-resistant seal (55) or a packing (57) that is resistant to acidic chlorine-containing brines and chlorine-resistant, are preferably elastic, conductive and essentially non-catalytic. This applies to the seal (55) of the catholyte unit in the catholyte space (45), which has a higher hydrogen evolution or hydroxyl ion evolution overvoltage than that cathodic catalyst in order to avoid the electrolytic deposition of cathode products on this surface. In the same way, the seal (57) in the anolyte space (39) has a higher and higher chlorine evolution overvoltage Oxygen evolution overvoltage as the anodic catalyst, to avoid the development of chlorine or oxygen on this surface.
Die Dichtungen (55) und (57) dienen zur Leitung elektrischen Stromes vom Ende der Zelle, beispielsweise der bipolaren Einheit (21) oder der Endplatte (71), zum festen polymeren Elektrolyten (31). Dazu wird eine gute elektrische Leitfähigkeit benötigt. Die Leitung erfolgt während gleichzeititf die Produktabscheidung darauf,wie vorstehend beschrieben, vermieden wird. Das Material muß einen minimalen fibergangswiderstand zum festen polymeren Elektrolyten (31) haben und zu den Enden der Einzelzellen (11) beispielsweise der Endwand (71) oder einer bipolaren Einheit (21).The seals (55) and (57) are used to conduct electrical current from the end of the cell, for example the bipolar one Unit (21) or the end plate (71), to the solid polymer electrolyte (31). It also has good electrical conductivity needed. The conduction takes place while the product is deposited on it, as described above, is avoided. The material must have a minimal contact resistance to the solid polymer electrolyte (31) and to the ends of the individual cells (11), for example the end wall (71) or a bipolar unit (21).
Zusätzlich dient die Verteilerdichtung (55), (57), zur Verteilung des Elektrolyten in dem Anolytraum (39) oder dem Katholyträum (45), um dadurch Konzentrationspolarisation, das Bilden von verstopfenden Gas- und Flüssigkeitstaschen und das Ablagern fester Stoffe, wie Kaliumhydroxyd oder Natriumhydroxyd zu vermeiden.In addition, the distributor seal (55), (57) serves to distribute the electrolyte in the anolyte compartment (39) or in the Catholyte space (45) to thereby polarize concentration, the formation of clogging gas and liquid pockets and the deposition of solid substances such as potassium hydroxide or Avoid sodium hydroxide.
Ü3OO38/O-680Ü3OO38 / O-680
Die Packungen (55, 57) können aus Kohlenstoff bestehen, beispielsweise in Form von Graphit, Kohlenstoffilz, Kohlenstoffasern, porösem Graphit, Aktivkohle oder dgl. Alternativ kann die Dichtung aber auch aus einem Metallfilz, Metallfasern, Metallschwaran, "letallgitter, Graphitgitter, Metallsieb, Graphitsieb oder Bändern oder Federn oder dgl. bestehen, wobei Bänder oder Federn sich bis zum festen polymeren Elektrolyten und zur bipolaren Einheit (21) und zur Endplatte(71) erstrecken.The packings (55, 57) can be made of carbon, for example in the form of graphite, carbon felt, carbon fibers, porous graphite, activated carbon or the like. Alternatively, the seal can also consist of a metal felt, metal fibers, metal black, "letallgitter, graphitegitter, Metal screen, graphite screen or ribbons or springs or the like. Exist, with ribbons or springs extending up to solid polymeric electrolyte and extend to the bipolar unit (21) and to the end plate (71).
einer anderen Ausführungsform der Erfindung dienen die Stromsammei- und Stromverteilungseinrichtungen (51) dazu,elektrischen Kontakt zwischen den Zellwänden (21, 71) und dem festen polymeren Elektrolyten (31) herzustellen. Die Einrichtungen (51) können eine Folie aus feinmaschigem Sieb oder Gitter sein, einwirkend auf den Katalysator (37, 43) und die elektrisch und mechanisch in Reihe geschalteten Endwände (21, 71) der Zelle (11). Als elektrische und mechanische Verbindungen können erste und zweite Federmetalleinrichtun'-pn vorgesehen sein, T-'obei die ersten Federmetalleinrichtungen einwirken auf den Katalysator (37, 43) und r'ijo ^weiten Fedemetalleinricbtuncen einwirken iuf die "nriw^n.-io (21 f 71) r\p.r Zelle. Die zwei Feder^.etalleinrichtimn-pp sind wieder entfernbar ausgebildet und angebracht. Deshalb können sie aufeinander und untereinander durch Druck einwirken oder sie können zusammengeklemmt sein. Alternativ können die Dichtunaen (51, 57) Dichtungs-Ringe, Kugeln, Evlinder oder dgl. sein, die dichtgepackt sind, um hohe r.pitf"hirrkeit und niedrigen elektrischen Widerstand zu erreichen.In another embodiment of the invention, the current collecting and distributing devices (51) serve to produce electrical contact between the cell walls (21, 71) and the solid polymeric electrolyte (31). The devices (51) can be a film of fine-meshed sieve or grid, acting on the catalyst (37, 43) and the electrically and mechanically series-connected end walls (21, 71) of the cell (11). As electrical and mechanical connections can be first and second pn-Federmetalleinrichtun' be provided T -'obei the first spring means act on the metal catalyst (37, 43) and r'ijo ^ wide Fedemetalleinricbtuncen act IUF the "nriw ^ n.-io ( 21 f 71) r \ p. R cell. The two springs ^ .etalleinrichtimn-pp are designed and attached to be removable again. Therefore, they can act on one another and one another by pressure or they can be clamped together. Alternatively, the seals (51, 57) can be . be sealing rings, spheres, Evlinder or the like, which are tightly packed in order to achieve high r .pitf "hirrkeit and low electrical resistance.
ein^r anderen Ausführungsform sind die Solezuführleitung und die Soleabzuqsleitung (87b) ebenso wie die Kasserund ^xidationsmittelzuführleitung (111a) und die Katholytflnssirrkeltsabzugsleitung (111b) mit dem Verteiler (51> kombiniert. Another embodiment is the brine feed line and the brine discharge line (87b) as well as the water and oxidant feed line (111a) and the catholyte fluid discharge line (111b) combined with the distributor (51>.
030036/0690030036/0690
BAD ORlGiNALBAD ORlGiNAL
■"" *"'''' 3ÖD6120■ "" * "'''' 3ÖD6120
Bei einer derartigen Ausbildung erstrecken sich die Zuführleitungen (87a) und (111a) bis in die Dichtung (55) und (57) und die Abzugsleitungen (87b) und (111b) erstrecken sich aus der Dichtuncr (55, 57).With such a design, the supply lines extend (87a) and (111a) extend into the seal (55) and (57) and the discharge lines (87b) and (111b) from the poetry (55, 57).
Bei einer weiteren Ausführungsform können die Reagentienzuführeinrichtungen und die Produktabzugseinrichtungen durch einen mikroporösen Verteiler gebildet sein, beispielsweise einen mikroDorösen hydrophilen oder mikroporösen hydrophoben Film, der auf den festen polymeren Elektrolyten (31) einwirkt unter den Druck durch die Verteilereinrichtungen (55) und (57) In einer Ausbildungsform, bei der die Zuleitung ein mikroporöser Film auf dem festen polymeren Elektrolyten (31) ist, können die Katalysatorteilchen (37) und (43) in dem mikroporösen Film oder an der Oberfläche des festen polymeren Elektrolyten (35, 41) angeordnet sein.In a further embodiment, the reagent supply devices and the product extraction devices are formed by a microporous distributor, for example a micro-porous hydrophilic or microporous hydrophobic film acting on the solid polymeric electrolyte (31) under the pressure through the distribution devices (55) and (57) In an embodiment in which the feed line is a microporous Film on the solid polymer electrolyte (31), the catalyst particles (37) and (43) in the microporous Film or be arranged on the surface of the solid polymer electrolyte (35, 41).
r<7ie vorstehend beschrieben, weist eine einzelne elektrolytische Zelle, (11, 13) einen festen polymeren Elektrolyten (31) mit einer permionischen Membran (33) auf, die einen anodischen Katalysator (37) auf ihrer anodischen Oberfläche und einen kathodischen Katalysator (43) auf ihrer kathodischen Oberfläche (41) enthält. Die Enden der Zelle werden durch die bipolare Einheit (21) oder eine Endplatte (71) gebildet, mit elektrisch leitender Verbindung zwischen den Zellenenden und dem festen polymeren Elektrolyten (31). durch die Verteilereinrichtungen (51). StoffZuführungen (87a) und (111a) und Produktabzüge (87b) und (111b) sind ebenfalls vorgesehen. Zusätzlich müssen Einrichtungen vorhanden sein, um Elektrolytdichtigkeit und Gasdichtesiegelung zu erzeugen und zu erhalten, wie Dichtungsringe (61). Obwohl der nichtungsring (61) nur gezeigt wird zwischen den Wänden (71) und der bipolaren Einheit (21) und den Verteilern (51) ist es selbstverständlich, daß zusätzlich oder anstelle auch Dichtungsringe (61) zwischen den Verteilern (51) und dem festen polymeren Elektrolyten (31) angeordnet sein können. r <7ie described above, a single electrolytic cell (11, 13) a solid polymer electrolyte (31) having a permionischen membrane (33) on which an anodic catalyst (37) anodic on its surface and a cathode catalyst (43 ) contains on its cathodic surface (41). The ends of the cell are formed by the bipolar unit (21) or an end plate (71), with an electrically conductive connection between the cell ends and the solid polymeric electrolyte (31). through the distribution devices (51). Material feeds (87a) and (111a) and product take-offs (87b) and (111b) are also provided. In addition, facilities must be available to create and maintain electrolyte and gas tight seals, such as sealing rings (61). Although the sealing ring (61) is only shown between the walls (71) and the bipolar unit (21) and the manifolds (51), it is understood that in addition or instead of sealing rings (61) between the manifolds (51) and the fixed polymer electrolytes (31) can be arranged.
030036/0690 J030036/0690 J.
- 4fi -- 4fi -
Die Dichtungsringe, die Kontakt mit dem Anolytraum (39) bekommen, können aus jedem Material bestehen, das sauren chlorhaltigen Solen, ebenso wie Chlor widersteht. Derartige Materialien sind Silikon- Kautschuk und verschiedene elastische Fluorkohlenwasserstoffe.The sealing rings that make contact with the anolyte space (39) can be made of any material that resists acidic chlorine-containing brines, as well as chlorine. Such Materials are silicone rubber and various elastic fluorocarbons.
Die Dichtungsringe (61), die in Kontakt mit dem Katholytraum (45) kommen, können aus jedem Material bestehen, das gegenüber konzentrierten Alkalien beständig ist.The sealing rings (61) that come into contact with the catholyte space (45) can consist of any material that is opposite resistant to concentrated alkalis.
Ein besonders zufriedenstellendes Strömungssystem ist in allgemeiner Form in Abb. 1 wiedergegeben. Die Sole wird der ElektrolysiereinrichtungO) durch die Soleeinläße (81a) in der Endplatte (71) zugeführt, beispielsweise durch den hydrostatischen Druck einer Flüssigkeitssäule. Die Sole gelangt dann durch die ^5ffnuncr (83a) in den O-Ring oder Dichtungsring (51) und durch die fiffnuncr (85) in den Verteiler (51) auf der kathodischen Seite (45) der Zelle (11) und von dort zu und durch die öffnung (89a) in die feste Polv^reinheit (31) der elektrolytischen Zelle (11). Άτη Verteiler (ς1) ist eine T-f^rr.iqe M-ffnung urd ein Auslaß r*it dar '"ffnur.T (^1a) durch r1en Verteiler (51) und den •Vaslaß (37n) zur Zuführung von Elektrolyt zur Anolytkammer. r)r>r Stron setzt sich dann fort durch die ?5^fnuna (91a) in den Verteiler (51) zur öffnung (93a) und dem nächsten O-Ring oder Dichtung durch die Verbindung (95a) in der bipolaren Einheit (21) und weiter zur nächsten Zelle (13), wo der Strömungsverlauf im wesentlichen dem zuvor bereits Beschriebenen entspricht. Die Sole wird verteilt durch die Dichtungen (57) in dem Verteiler (51) innerhalb des Anolytraums(39). Die Verteilung der Sole entfernt Chlor von der anodischen Oberfläche (35) und dem anodischen Katalysator (37) und vermeidet das Aufstauen von Chlor·.A particularly satisfactory flow system is shown in general form in Fig. 1. The brine is fed to the electrolyzer O) through the brine inlets (81a) in the end plate (71), for example by the hydrostatic pressure of a column of liquid. The brine then passes through the opening (83a) into the O-ring or sealing ring (51) and through the opening (85) into the distributor (51) on the cathodic side (45) of the cell (11) and from there to and through the opening (89a) into the fixed pole unit (31) of the electrolytic cell (11). Άτη distributor ( ς 1) is a Tf ^ rr.iqe M-opening and an outlet r * it only.T (^ 1a) through r1 a distributor (51) and the vas inlet (37n) for the supply of electrolyte to the anolyte chamber. r ) r> r Stron then continues through the ? 5 ^ fnuna (91a) into the distributor (51) to the opening (93a) and the next O-ring or seal through the connection (95a) in the bipolar Unit (21) and on to the next cell (13), where the flow course essentially corresponds to that already described above. The brine is distributed through the seals (57) in the distributor (51) within the anolyte space (39) Brine removes chlorine from the anodic surface (35) and the anodic catalyst (37) and avoids the build-up of chlorine.
Verdünnte Sole wird durch den Abzug (37b) des Verteilers (51) abgezogen und der Leitung (91b) durch verminderten Druck oder teilweises Vakuum zugeführt.Dilute brine is drawn off through the outlet (37b) of the distributor (51) and the line (91b) through reduced Pressure or partial vacuum supplied.
030036/0690030036/0690
BAD ORIGiNAJBAD ORIGiNAJ
.;: IJ ; »0.96120.;: IJ; »0.96120
Der Rückfluß wird dann durch die Rückführöffnung (89b) im festen polyneren Elektrolytelement (31), durch die öffnung (85b) in. dem kathodischen Verteiler (51), die Durchgangsöffnung (83b) im O-Ring oder im Dichtungsring(61)zum Auslaß (81b) befördert, wo die erschöpfte Sole die Elektrolysiereinrichtung(1) verläßt.The reflux is then through the return port (89b) in solid polymer electrolyte element (31), through the opening (85b) in the cathodic distributor (51), the through opening (83b) in the O-ring or in the sealing ring (61) to the outlet (81b) where the exhausted brine passes the electrolyser (1) leaves.
Die Solezufuhr wurde mit einem Einlaß-und Auslaßsystem beschrieben, bei dem die Rückgewinnung der erschöpften Sole und Chlor durch die gleichen Ausgänge erfolgt. Es ist selbstverständlich, daß erschöpfte Sole und Chlor auch separat abgezogen werden können. Es ist ebenso selbstverständlich, daß in Abhängigkeit vom inneren Druck im AnoIyträum (39) und der Temperatur der Anolytflüssigkeit innerhalb des Anolytraumes das Chlor in flüssiger oder in gasförmiger Form anfallen kann.The brine supply was with an inlet and outlet system in which the recovery of the exhausted brine and chlorine takes place through the same outlets. It goes without saying that exhausted brine and chlorine can also be drawn off separately. It goes without saying that depending on the internal pressure in the anolyte (39) and the temperature of the anolyte liquid within the anolyte space, the chlorine in liquid or in gaseous form can.
Wasser und Oxidationsmittel werden der Elektrolyseeinrichtung (1) durch die Einlaßöffnuna (101a) in der Endplatte (71) zugeführt. Wasser und Oxidationsmittel gelangen dann durch den Durchlaß (103a) in den O-Ring oder Dichtunasring (61) zum Durchhang (105a) und der T-förmigen Leitung im kathodischen Verteiler (51) auf der kathodischen Seite (45) der Zelle (11). Der T-förmige Auslaß schließt die öffnung (105a) und den Auslaß (111a) ein. Wasser und Oxidationsmittel werden durch die öffnung (111a) im Ring (53) des Verteilers (51) der katholytbeständigen Dichtung (55) im Katholytraum (45) der Zelle (11) gefördert. Die Zellflüssigkeit, das ist ein wässriges Alkalihydroxyd, beispielsweise \ratriumhydroxyd oder Kaliumhydroxyd, wird von der kathodischen Oberfläche (41) der permionischen Membran (33) des festen polymeren Elektrolyten abgeführt durch Wasser, das in die Zelle (11) eingebracht wird. Wenn Oxidationsmittel anwesend sind, wird die Flüssigkeit durch die öffnung (111b) zurückgewonnen, wenn kein Oxidationsmittel vorhanden ist, können Gas und Flüssigkeit durch die öffnung (111b) oder in einer anderen Ausführungsform durch getrennte Gasabzugsröhrenr die nicht gezeigt werden, abgezogen und gewonnen werden.Water and oxidizing agent are supplied to the electrolyzer (1) through the inlet opening (101a) in the end plate (71). Water and oxidizing agent then pass through the passage (103a) into the O-ring or sealing ring (61) to the slack (105a) and the T-shaped line in the cathodic distributor (51) on the cathodic side (45) of the cell (11) . The T-shaped outlet includes the opening (105a) and the outlet (111a). Water and oxidizing agent are conveyed through the opening (111a) in the ring (53) of the distributor (51) of the catholyte-resistant seal (55) in the catholyte space (45) of the cell (11). The cell liquor which is an aqueous alkali metal hydroxide, for example \ r atriumhydroxyd or potassium hydroxide, is from the cathodic surface (41) of permionischen membrane (33) of the solid polymeric electrolyte dissipated by water, which is introduced into the cell (11). If oxidizing agents are present, the liquid is recovered through the opening (111b), if no oxidizing agent is present, the gas and liquid can be drawn off and recovered through the opening (111b) or in another embodiment through separate gas extraction pipes r which are not shown .
530036/0690530036/0690
RAD ORIGINALWHEEL ORIGINAL
Die Elektrolysiereinrichtung wird beschrieben und gezeigt mit üblichen Zuführeinrichtungen für Oxidationsmittel und Wasser und üblichen M)zugseinrichtungen für Gas und Flüssigkeit, wobei 3 Leitungen vorhanden sein können, (111a, 111b)und eine dritte, nicht gezeigte Leitung zur VTasserzuführung, Oxidationsmittelzufuhr und Flüssigkeitsrückgewinnung. Alternativ können 3 Leitungen (111a, 111b) und eine dritte, nicht gezeigte Leitung vorhanden sein, um die T-rasserzufuhr und die Rückgewinnung von Abzugsflüssigkeit und die Gasentfernung vorhanden sein.The electrolysis apparatus is described and shown with conventional feeders for oxidizing agent and water and customary M) zugseinrichtungen for gas and liquid, wherein 3 cables can be present, (111a, 111b) and a third, not shown line to the V T asserzuführung, oxidant supply and liquid recovery . Alternatively, there may be 3 lines (111a, 111b) and a third line, not shown, for the water supply and the recovery of drainage liquid and the gas removal.
Tn der Elpktrolyseeinrichtung (1) ist ein Gesamtdurchfluß derart vorhanden, daß die Flüssigkeit zum Durchlaß (105a) gelangt, sich fortsetzt zur öffnung (107a) der festen polyneren Elektrolyteinrichtung (31), zum Durchlaß (109a) des anodischen Verteilers (51) und weiter durch die öffnung (113a) dns O-Ringes oder Dichtungsringes (61), von dort zun Durchlaß (115a) der binolaren Einheit (21) und auf dem gleichen '-'eg weiter durch die Einzelzelle (13), wie in Zelle (11). Das aleiche Strömungsschemasetzt sich in weiteren Zellen fort.Tn of the electrolysis device (1) is a total flow present in such a way that the liquid reaches the passage (105a) and continues to the opening (107a) of the solid polymers Electrolyte device (31) to the passage (109a) of the anodic distributor (51) and further through the opening (113a) the O-ring or sealing ring (61), from there to the passage (115a) of the binolar unit (21) and on the same '-'eg further through the single cell (13), as in Cell (11). The same flow scheme continues in others Cells away.
Es wird crezeigt, wie das abzuziehende Produkt aus dem verteiler (51) durch die Abzugsöffnung (111b) zum Durchlaß (105b) von dort zur öffnung (103b) im O-Ring oder Dichtungsring (61) weiter zum Auslaß (101b) in der Endplatte (71) gelangt. Der Flüssigkeitsstrom ist beschrieben in der Weise zum und durch den Verteiler (51), aber der Strom kann auch rinderen T-'acren folgen. Zum Beispiel können Einlaß oder Auslaß oder beide in der bipolaren Einheit (21) vorhanden sein, wenn die bipolare Zelle einen porösen FiIn oder eine Auslaßleitung aufweist. Ebenso können der Einlaß und der Auslaß oder beide Teil des festen polymeren Elektrolytelementes (31) sein. Die Strömung ist zwar als parallel zu jeder Einzelzelle (11) und (13) beschrieben, kann aber auch als Serienströmung hintereinander ausgebildet sein. Wenn Gerienströmungsschaltung der Sole zur Anwendung kommt, können die T-Stücke, dieIt is shown how the product to be withdrawn from the distributor (51) through the discharge opening (111b) to the passage (105b) from there to the opening (103b) in the O-ring or sealing ring (61) further to the outlet (101b) in the end plate (71) got. The flow of liquid is described in the manner to and through the manifold (51), but the flow can as well Follow bovine T-'acren. For example, inlet or outlet or both can be present in the bipolar unit (21) if the bipolar cell has a porous fiIn or an outlet conduit having. Likewise, the inlet and the outlet or both can be part of the solid polymer electrolyte element (31) be. Although the flow is described as parallel to each individual cell (11) and (13), it can also be a series flow be formed one behind the other. If the brine flow circuit is used, the T-pieces that
δ'30036/0690δ'30036 / 0690
die Auslaßöffnung (87) und die Leitung (91) ein L anstelle eines T sein. Bei der Ausführungsform mit einer Serienströmungsführung wird die Sole in jeder Zelle geringer abgemagert, wobei teilweise abgemagerte Sole der einen Zelle als Zufluß zur nächsten Zelle und weiteren Abmagerung zugeführt wird. In gleicher Weise können bei Serienströmungsführung der Katholytflüssigkeit das T-Stück, die Auslaßöffnung (105), (111) eine L-Form aufweisen.the outlet opening (87) and the line (91) an L instead be a T. In the embodiment with a series flow guide the brine in each cell is less emaciated, with partially emaciated brine of one cell is supplied as an inflow to the next cell and further emaciation. In the same way, with series flow guidance of the catholyte liquid, the T-piece, the outlet opening (105), (111) have an L-shape.
T*7enn eine Serienschaltung für den Durchfluß zur Anwendung kommt, kann der Strom gleichzeitig verbunden sein mit einem hohen Natrium- oder Kalium-Ionenkonzentrationsgradienten durch die permionische Membran (33) oder einem Gegenstrom mit niedrigem Natrium- oder Kalium-Ionenkonzentrationsgradienten durch die einzelne feste rolymerelektrolyteinheit (31). T * 7enn a series circuit for the flow is applied is the current may be simultaneously connected to a high sodium or potassium ion concentration gradient through the permionische membrane (33) or a counter-current with low sodium or potassium ion concentration gradient through the single fixed rolymerelektrolyteinheit (31).
Die bipolare Elektrolyseeinheit kann entweder horizontal oder senkrecht angeordnet sein, so daß die bipolare Elektrolysezelle (1) mit der festen polymeren Elektrolyteinheit (31) entweder eine horizontale Membrane (33) oder eine vertikale Membrane (33) aufweist. Bevorzugt wird eine Anordnung, bei der die Membrane (33) derart horizontal angeordnet ist, daß die anodische Oberfläche (35) auf der Oberseite der permionischen Membrane (33) liegt und die kathodische Oberfläche (41) auf der unteren, dem Boden zugewandten Seite der permionischen Membran (33). Eine horizontale Ausführung hat eine ^eihe von Vorteilen. Bei Betrieb unter niedrigem Druck steigen Chlorblasen durch den Anolytraum nach oben. Bei horizontaler Anordnung wird das Aufbauen von konzentriertem Alkalihydroxyd am Boden der Oberfläche (41) der permionischen Membran (33) verhindert, obwohl die Podenoherfl'Tche (41) der nemionischen Membran (33) in Kontakt mit Alkalihydroxyd steht und dadurch befeuchtet wird. Wenn zusätzlich ein Oxidationsmittel anwesend ist, beispielsweise ein gasförmiges Oxidationsmittel, ermöglicht die horizontale Anordnung, daß das Oxidationsmittel in BerührungThe bipolar electrolysis unit can be arranged either horizontally or vertically, so that the bipolar electrolysis cell (1) with the solid polymer electrolyte unit (31) either a horizontal membrane (33) or a vertical one Has membrane (33). An arrangement is preferred in which the membrane (33) is arranged horizontally in such a way that that the anodic surface (35) lies on top of the permionic membrane (33) and the cathodic surface (41) on the lower side of the permionic membrane (33) facing the bottom. A horizontal version has a number of advantages. When operated under low pressure, chlorine bubbles rise through the anolyte space. With a horizontal arrangement, the build-up of concentrated alkali hydroxide at the bottom of the surface (41) of the permionic membrane (33) prevents, although the podenoherfl'Tche (41) of the nemionic membrane (33) in contact with alkali hydroxide and is thereby moistened. If an oxidizing agent is additionally present, for example a gaseous oxidizer, the horizontal arrangement allows the oxidizer in contact
030036/0690 '*"030036/0690 '* "
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
-5O- . -5O-.
mit der kathodischen Oberfläche (41) der pernionischen (33) gelangt.with the cathodic surface (41) of the pernionic (33) arrives.
Das feste polymere Elektrolytelenent (31) weist eine permionische Membran (33) auf. Die pemionische Membran (33) soll chemikalienbeständig, kathionselektiv sein auf der anodischen Oberfläche (35) einen anodischen Chlorentwicklungskatalysator (37) und auf der kathodischen Oberfläche (41) einen kathodischen Hydroxyl entwickelnden Katalysator (43) aufweisen.The solid polymer electrolyte element (31) has a permionic Membrane (33). The pemionic membrane (33) should be chemical-resistant, cathion-selective on the anodic surface (35) an anodic chlorine evolution catalyst (37) and on the cathodic surface (41) a cathodic hydroxyl-developing catalyst (43) have.
Eine oermionlsche Membran (33) aus einem fluorierten Kohlenwasserstoffharz kann als fester polymerer Elektrolyt (31) verwendet werden. Das Kennzeichnende besteht in der Anwesenheit von kationenselektiven Ionenaustauschergruppen, der Ionenaustauschkapazität der Menbran, der Konzentration der lonenaustauschenden Gruppen in der Membran auf Basis des in der Membran adsorbierten ri?ssers und der Glasumwandluncrstemneratur des Membranmaterials. Das fluorierte Kohlenwasser stoff harz, das für diese Zwecke geeignet ist, hat folgende Gruppen:An oermional membrane (33) made of a fluorinated hydrocarbon resin can be used as the solid polymer electrolyte (31). The characteristic is the presence of cation-selective ion exchange groups, the ion exchange capacity of the Menbran, the concentration of the lonenaustauschenden groups in the membrane on the basis of embran in the adsorbed M ri? Ssers and Glasumwandluncrstemneratur the membrane material. The fluorinated hydrocarbon resin suitable for these purposes has the following groups:
-(CF2-CXX1)- und -(CF9-C-X)-- (CF 2 -CXX 1 ) - and - (CF 9 -CX) -
wobei bedeuten: X -F, -Cl, -H, oder -CF3; X1 = -F, -Cl, -H, -CF3 oder CF3 (CP2)m-; .where: X is -F, -Cl, -H, or -CF 3 ; X 1 = -F, -Cl, -H, -CF 3 or CF 3 (CP 2 ) m -; .
m ist eine ganze Zahl zwischen 1 und 5 und Y ist -Λ, -R, -A, -P-A, Oder -0-(CF0) (P,Q,R)-A.m is an integer between 1 and 5 and Y is -Λ, -R, -A, -PA, or -0- (CF 0 ) (P, Q, R) -A.
£* Tl £ * Tl
In der Einheit (P,Q,R), bedeutet P -(CF9) (CXX1), (CF9) ,In the unit (P, Q, R), P means - (CF 9 ) (CXX 1 ), (CF 9 ),
'- CL D £· G '- CL D £ G
O (-CF2-O-CXX1)d, R (-CXX'-0-CF2)e, und (P, O, R) enthält ein oder mehrere P, Q, R.O (-CF 2 -O-CXX 1 ) d , R (-CXX'-0-CF 2 ) e , and (P, O, R) contains one or more P, Q, R.
0 bedeutet eine Phenylengruppe; η ist 0 oder 1; a, b, c, d und e sind ganze Zahlen von O bis 6.0 represents a phenylene group; η is 0 or 1; a, b, c, d and e are integers from 0 to 6.
030036/0690030036/0690
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
Eine typische Gruppe Y hat eine Struktur mit einer sauren Gruppe A, verbunden mit einem C-Λtom, das ein Fluoratom trägt. Das schließt ein -(CF,) -A, und Seitenketten mit Ätherbindungen wie beispielsweise: -0-(CF0) -A, -(0-CF0-CF)-A,A typical group Y has a structure with an acidic group A linked to a C atom that carries a fluorine atom. This includes - (CF,) -A, and side chains with ether bonds such as: -0- (CF 0 ) -A, - (0-CF 0 -CF) -A,
Z -(0-CF2-CF)x-(O-CF2-CF2) -A, und -0-CF2-(CF2-O-CF)x-(CF2) - Z - (0-CF 2 -CF) x - (O-CF 2 -CF 2 ) -A, and -0-CF 2 - (CF 2 -O-CF) x - (CF 2 ) -
Z ZZ Z
(CF^-O-CF)„A, wobei x, y und ζ im wesentlichen 1 bis 10 be-2 , ζ(CF ^ -O-CF) "A, where x, y and ζ are essentially 1 to 10 be-2 , ζ
tragen und Z und R sind ein -F oder eine C1 ^ 1 perfluorierte Alkylgruppe und A ist eine Säuregruppe wie nachstehend angegeben.and Z and R are -F or a C 1 ^ 1 perfluorinated alkyl group and A is an acid group as indicated below.
Für den Fall, daß Copolymere olefinische und olefinische Säuregruppen aufweisen, wie sie vorstehend genannt wurden, beträgt der Anteil vorzugsweise 1-40 Molprozent und ganz besonders bevorzugt 3-20 Molprozent von Olefin-Säuregruppeneinheiten, um der daraus hergestellten Membran eine Ionenaustauschkapazität im gewünschten Umfang zu geben.In the event that copolymers olefinic and olefinic acid groups comprise, as mentioned above, the proportion is preferably 1-40 mole percent, and most preferably 3-20 M olprozent of olefin-acid group units to the produced therefrom membrane has an ion exchange capacity to the extent desired admit.
Die geeigneten Säuregrunpen sind: -SO3H, -COOH, -PO3H3 und -PO3H oder eine Gruppe, die durch Hydrolyse oder Neutralisation zu einer der vorstehend genannten Gruppen umgewandelt werden kann.The suitable acid groups are: -SO 3 H, -COOH, -PO 3 H 3 and -PO 3 H or a group which can be converted to one of the groups mentioned above by hydrolysis or neutralization.
Bei einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung ist A entweder eine -COOH-Gruppe oder eine funktionelle Gruppe, die durch Hydrolyse oder Neutralisation in eine -COOH-Gruppe umgewandelt werden kann, wie beispielsweise -CN, -COF, -COCl^ -COOR , -COOM, -CONR0R3; wobei R^ ist eine C1-10 Alkylgruppe und R- und R- sind entweder Wasserstoff oderC._.-- Alkylaruppen mit Perfluoralkylgruppen oder beides. M ist Wasserstoff oder Alkali; wenn M Alkali bedeutet, ist es ganz besonders bevorzuat Natrium oder Kalium.In a particularly preferred embodiment of the invention, A is either a -COOH group or a functional group that can be converted into a -COOH group by hydrolysis or neutralization, such as -CN, -COF, -COCl ^ -COOR, - COOM, -CONR 0 R 3 ; where R ^ is a C 1-10 alkyl group and R- and R- are either hydrogen or C ._.- alkyl groups with perfluoroalkyl groups or both. M is hydrogen or alkali; when M is alkali, sodium or potassium is especially preferred.
030036/0690030036/0690
Bei einer Aus fvihrungs form der Erfindung, bei der bedeuten Λ -CONR2R-J, und wo R3 und R Wasserstoff, oder eine C1 bis C 1(_Alky!gruppe sind, mit einer Perfluoralkylgrupne kann die kathodische Oberfläche (41) der perinionischen Membran (33) ionenaustauschende Gruppen in der carbonsauren Form haben, während die anodische Oberfläche (35) der perir.ionischen Membran die Ionenaustauschergruppen in der Amide oder N-substituierten Amidform aufweist. Die Ausbildung von Amidgruppen oder N-substituierten Amidgruppen an der anodischen Oberfläche (35) der permionischen Membran (33) macht die anodische Oberfläche (35) hydrophob. Das verneidet Chlorstauungen an der Mambrane (33).In an embodiment of the invention in which Λ -CONR 2 RJ, and where R 3 and R are hydrogen, or a C 1 to C 1 ( _Alky! Group, with a perfluoroalkyl group, the cathodic surface (41) of the perinionic Membrane (33) have ion-exchanging groups in the carboxylic acid form, while the anodic surface (35) of the perir.ionic membrane has the ion exchange groups in the amide or N-substituted amide form. The formation of amide groups or N-substituted amide groups on the anodic surface ( 35) of the permionic membrane (33) makes the anodic surface (35) hydrophobic, which prevents chlorine build-up on the membrane (33).
Die Membrane (33) kann in Amide oder N-substituierte Amidgruppen während der Synthese umgewandelt werden oder nachdem C1PiT Katalysator (37) aufgebracht oder darin eingebettet wurde, beisnielsweise durch Reaktion mit Ammoniak oderThe membrane (33) can be converted into amides or N-substituted amide groups during the synthesis or after C 1 PiT catalyst (37) has been applied or embedded therein, for example by reaction with ammonia or
Hei einer anderen Ausführungsform kann A entweder eine -SO,H oder eine funktioneile Gruppe sein, die durch Hydrolyse oder Neutralisation in eine -SO~H-Gruppe umgewandelt werden kann, oder eine Gruppe die aus einer -SO^K-Grupoe gebildet werden kann, wie beispielsweise -SO-M', (S02-NH) M", -SO3NH-R1-MH2, oder -SO3NR4R5NR4R6; wobei M1 Alkali ist, M" H, NH4 oder Alkali oder Erdalkali ist; R4 ist H.Na oder K; Rc ist eine C3 bis Cg-Alkylgruppe (R1J3NRg, oder RiNRg (R3) "IR6; Rg ist H, Na, K oder -SO3; und R1 ist eine C3-C6 Alkylgruppe. In another embodiment, A can be either a -SO, H or a functional group which can be converted into a -SO ~ H group by hydrolysis or neutralization, or a group which can be formed from a -SO ^ K group such as -SO-M ', (SO 2 -NH) M ", -SO 3 NH-R 1 -MH 2, or -SO 3 NR 4 R 5 NR 4 R 6 ; where M 1 is alkali, M" H , Is NH 4 or alkali or alkaline earth; R 4 is H.Na or K; Rc is a C 3 to Cg alkyl group (R 1 J 3 NRg, or RiNRg (R 3 ) "IR 6 ; Rg is H, Na, K or -SO 3 ; and R 1 is a C 3 -C 6 alkyl group.
Das Membran-Material das hierzu geeignet ist, weist eine Ionenaustauschkapazität von etwa 0,5 bis etwa 2,0 Milligramm Äquivalenten pro Gramm trockenem Polymer auf, vorzugsweise von etwa 0,9 bis etwa 1,8 Milligramm äquivalente pro Gramm trockenem Polymer und ganz besonders bevorzugt von etwa 1,1 bis etwa 1,7 Milligramm Äquivalente pro Gramm trockenem Polymer auf.The membrane material that is suitable for this has an ion exchange capacity of about 0.5 to about 2.0 milligrams Equivalents per gram of dry polymer, preferably from about 0.9 to about 1.8 milligram equivalents per gram dry polymer, and most preferably from about 1.1 to about 1.7 milligram equivalents per gram of dry Polymer on.
030036/0690030036/0690
BAD ORiGINALBAD ORiGINAL
Wenn die Ionenaustauschkapazität kleiner ist als 0,5 Milligramm Äquivalente pro Gramm trockenem Polymer, ist die Stromaus-* beute niedrig bei der hohen Alkalihydroxydkonzentration, die hierbei in Betracht kommt. Wenn die Ionenaustauschkapazität größer ist als etwa 2,0 Milligramm Äquivalente pro Gramm trockenem Polymer, ist die Stromausbeute der Membran viel zu niedrig.When the ion exchange capacity is less than 0.5 milligrams Equivalents per gram of dry polymer, is the power output * Booty low at the high alkali hydroxide concentration that comes into consideration here. When the ion exchange capacity is greater than about 2.0 milligram equivalents per gram of dry polymer, the current efficiency of the membrane is much too low.
Der Anteil an ionenaustauschenden Gruppen pro Gramm absorbierten wasser beträgt etwa 8 Milligramm äquivalente pro Gramm absorbierten Fasser bis etwa 30 Milligramm äquivalente pro Gramm absorbierten Wasser und vorzugsweise von etwa 10 Milligramm Äquivalenten bis zu etwa 28 Milligramm Äquivalenten pro Gramm absorbierten Wasser. Ganz besonders bevorzugt ist ein Gehalt an ionenaustauschender Gruppe von etwa 14 Milligramm Äquivalenten pro Gramm absorbierten Wasser bis etwa 26 Milligramm Äquivalenten pro Gramm absorbierten Wasser. TJenn der Gehalt der ionenaustauschenden Gruppen pro Gewichtöeinheit absorbierten Fässer kleiner ist als etwa 8 Milligramm KcTuivalente pro Gramm absorbierten Wasser oder größer als etwa 30 Milligramm Äquivalente pro Gramm absorbierten Wasser, ist die Stromausbeute viel zu niedrig.The proportion of ion exchange groups per gram of water absorbed is about 8 milligram equivalents per gram of water absorbed to about 30 milligram equivalents per gram of water absorbed, and preferably from about 10 milligram equivalents to about 28 milligram equivalents per gram of water absorbed. Most preferred is an ion exchange group content of about 14 milligram equivalents per gram of water absorbed to about 26 milligram equivalents per gram of water absorbed. TJ hen the content of the ion-exchange groups per Gewichtöeinheit absorbed barrels is less than about 8 milligrams per gram of absorbed water KcTuivalente or greater than about 30 milligram equivalents per gram of absorbed water, the current efficiency is far too low.
Die Glasumwandlungstemperatur liegt vorzugsweise mindestens etwa 20°C unter der Temperatur des Elektrolyten. Wenn die Elektrolyttemperatur zwischen etwa 95°C und 11O°C beträgt, liegt die Glasumvandlungstenperatur des fluorierten Kohlenwasserstoffharzes für die permionische Membran unter etwa 900C und vorzugsweise unter etwa 70°C. Die Glasumwandlungstemperatur soll jedoch über etwa Minus BO0C liegen, um eine zufriedenstellende Reißfestigkeit des Membran-Materials zu erreichen. Vorzugsweise liegt die Glasumwandlungstemperatur von etwa Minus RO0C bis etwa 700C und bei einer ganz bevorzugten Ausführungsform von etwa Minus 800C bis etwa 500C.The glass transition temperature is preferably at least about 20 ° C. below the temperature of the electrolyte. If the electrolyte temperature between about 95 ° C and 11O ° C, the Glasumvandlungstenperatur the fluorinated hydrocarbon resin for the permionische membrane is less than about 90 0 C and preferably below about 70 ° C. The glass transition temperature should, however, be above about minus BO 0 C in order to achieve a satisfactory tear strength of the membrane material. Preferably, the glass transition temperature is from about minus RO 0 C to about 70 0 C and at a very preferred embodiment, from about minus 80 0 C to about 50 0 C.
030038/0600030038/0600
r"?enn die Glasumwandlungstemperatur der Membrane innerhalb des Bereiches von etwa 2O°C zur Elektrolyttemperatur oder höher ist als die Temperatur des Elektrolyten, steigt der Widerstand der Membran an und die permanente Selektivität (perm selectivity) der Membrane fällt ab. Unter Glasumwandlungstemperatur wird die Temperatur verstanden, unterhalb dc-r Polymersegmente nicht genug Energie aufweisen, um sich gegeneinander zu bewegen oder durch Brownsche Teilchenbewe<rung zu bewegen. Das heißt, unterhalb der Glasumwandlungstenneratur besteht das einzig reversible Verhalten des Polymeren gegenüber Belastung in Deformation, während oberhalb der Glasumwandlungstemperatur das Polymere durch innere segmentale Verschiebungen die von außen aufgebrachte Belastung aufhebt. r "? f the glass transition temperature of the membrane within the range of from about 2O ° C to the electrolyte temperature, or is higher than the temperature of the electrolyte, the membrane resistance increases and the permanent selectivity (perm selectivity) of the diaphragm drops. Under glass transition temperature is the temperature understood below dc-r polymer segments do not have enough energy to move toward each other or move by Brownian Teilchenbewe <tion. that is, below the Glasumwandlungstenneratur is the only reversible behavior of the polymer to stress in deformation, while above the glass transition temperature, the Polymers cancels the externally applied load through internal segmental displacements.
Die fluorierten Kohlenwasserstoffharze, die für die permionische
Membran verwendet werden, haben eine Hasserdurchlässi^keit
von niedriger als etwa 1OO Milliliter pro Stunde pro m bei 6O0C in 4 η Natriumchloridlösung bei pH 10.
Vorzugsweise ist die Wasserdurchlässigkeit kleiner als 10 Milliliter nro Stunde pro m" bei 6O0C in 4 η Natriumchloridlösung
bei dH 10. Beträgt die Fasserdurchlässigkeit der permionischen Membran unter den ergebenen Bedingungen mehr
als 100 Milliliter pro St
Alkalihydroxyd entstehen.The fluorinated hydrocarbon resins used for the permionic membrane have a water permeability of less than about 100 milliliters per hour per m at 6O 0 C in 4 η sodium chloride solution at pH 10. The water permeability is preferably less than 10 milliliters per hour per m "at 6O 0 C in 4 η sodium chloride solution at dH 10. If the water permeability of the permionic membrane under the given conditions is more than 100 milliliters per hour
Alkali hydroxide is formed.
als 100 Milliliter pro Stunde und m kann ein verunreinigtesthan 100 milliliters per hour and meter can be a contaminated
Der elektrische Widerstand der trockenen Membran soll von etwa 0,5 bis etwa 10 Ohm pro cm^ betragen, vorzugsweise von etwa 0,5 bis etwa 7 Ohm oro cm .The electrical resistance of the dry membrane should be from about 0.5 to about 10 ohms per square centimeter, preferably from about 0.5 to about 7 ohms oro cm.
Vorzugsweise weist das fluorierte Harz für die permionische Membran ein Molekulargewicht, d.h. einen solchen Grad der Polymerisation auf, der ausreichend ist, eine Volumendurch-Preferably, the fluorinated resin for the permionic membrane has a molecular weight, i.e., such a degree of Polymerization that is sufficient to
•3• 3
flußgeschwindigkeit von etwa 100 mm pro Sekunde bei Temperaturen von etwa 150 bis etwa 300°C zuzulassen.flow rate of about 100 mm per second at temperatures from about 150 to about 300 ° C to allow.
030036/0690030036/0690
Die Dicke der permionischen Membran (33) soll so sein/ daß die Membran (33) fest genug ist, um Druckdifferenzen und den Herstellungsprozess auszuhalten, beispielsweise das Aufbringen der Katalysatorteilchen, aber dünn genug, um einen zu hohen elektrischen Widerstand zu vermeiden. Vorzugsweise ist die Membran von etwa 10 bis etwa 1000 Micron dick und bei einer ganz bevorzugten Ausführungsform beträgt die Dicke von etwa 50 bis etwa 200 Micron. Zusätzlich können innere Verstärkungen oder steigende Dicke oder Vernetzung verwendet werden, oder so<rar Laminierung, um zu stabileren Membranen zu gelangen.The thickness of the permionic membrane (33) should be such / that the membrane (33) is strong enough to withstand pressure differences and withstand the manufacturing process, for example applying the catalyst particles, but thin enough to avoid too high an electrical resistance. Preferably the membrane is from about 10 to about 1000 Micron thick and in a most preferred embodiment the thickness is from about 50 to about 200 microns. In addition, internal reinforcements or increasing thickness or Networking used, or so <rar lamination to to get to more stable membranes.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der permionischen Membrane sind Einrichtungen vorgesehen, um Anolytflüssigkeit in das Innere der permionischen Membran gelangen zu lassen. Das vermeidet Kristallisation von Alkallchloridsalzen innerhalb der permionischen Membran (33). Derartige Einrichtungen können Dochteinrichtungen sein, die sich beispielsweise bis zum oder durch den anodischen Katalysator (37) erstrecken. Bei einer anderen Ausführunnsform bestehen die Einrichtungen zum Einbringen von Anolvtflüssigkeit in das Innere der pernionischen "fe^bran aus hydrophilen oder feuchtigVeitsaufnehmenden Fasern, die sich bis zur oder durch den anodischen Katalysator (37) erstrecken, oder geraden Kapilaren, die sich bis zum oder durch den anodischen Katalysator (37) erstrecken.In a preferred embodiment of the permionic Membrane devices are provided to hold anolyte liquid to get into the interior of the permionic membrane. This avoids crystallization of alkali chloride salts inside the permionic membrane (33). Such Devices can be wick devices that extend, for example, up to or through the anodic catalyst (37) extend. In another embodiment exist the devices for introducing anolvtiquid into the interior of the pernionic "Fe ^ brane made of hydrophilic or Damp-absorbing fibers that extend up to the or through the anodic catalyst (37), or straight capillaries extending up to or through the anodic Extend catalyst (37).
Die Einrichtungen zum Einbringen von Anolytflüssigkeit in das Innere der nermionischen Membran ziehen "asser oder Anolytflüssiakeit in das Innere der Membran neben dem Hydrationswasser der elektrolytisch geförderten Alkaliionen. Dadurch wird die Kristallisation von Alkalichloriden, wie ■■Jatriunchlorid oder Kaliumchlorid innerhalb der verhindert.The devices for introducing anolyte liquid into the interior of the nermionic membrane draw "water or Anolyte liquid in the interior of the membrane next to the water of hydration of the electrolytically promoted alkali ions. This causes the crystallization of alkali chlorides, such as ■■ Jatric chloride or potassium chloride within the prevented.
030036/0690030036/0690
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
r?ei einer bevorzugten Ausführungsform bilden die Elektrokatalysatoren (37) und (43) die Membran (33) eine Einheit. In diesem Falle kann der ^lektrokatalysator (37, 43) auf der Verteilerdichtunq (55, 57) angeordnet sein, bei der Verteiler (55) und (57) in einem Spannungsverhältnis P1It der Membrane (33) gehalten wird. In diesem Falle v/ird der Flektrokatalysator (37, 43) als FiIn auf der permionischen Membran (33) aufgebracht. Der Film (33, 43) ist im allgemeinen von etwa 10 bis etwa 200 Micron dick, vorzugsweise ist er von etwa 25 bis 125 Micron dick. Die ideale Stärke liegt zwischen etwa 50 und etwa 150 Micron. In a preferred embodiment, the electrocatalysts (37) and (43) form the membrane (33) as one unit. In this case, the electrocatalyst (37, 43) can be arranged on the distributor seal (55, 57), in which the distributor (55) and (57) are kept in a tension ratio P 1 It of the membrane (33). In this case, the flexocatalyst (37, 43) is applied as a fi n on the permionic membrane (33). The film (33, 43) is generally from about 10 to about 200 microns thick, preferably it is from about 25 to 125 microns thick. The ideal thickness is between about 50 and about 150 microns.
Die elektrokatalytische permionische Menbraneinheit (31) soll dimensionsstabil sein, beständig gegenüber chemischen und thermischen Abbau sein, elektrokatalytische Aktivität aufweisen und vorzugsweise sollen die Katalvsatorteilchen fein verteilt und porös sein und mindestens eine Oberfläche von etwa 10 am pro Gramm Katalysatorteilchen aufweisen.The electrocatalytic permionic membrane unit (31) should be dimensionally stable, resistant to chemical and thermal degradation, electrocatalytic activity and preferably the catalyst particles should be finely distributed and porous and at least one surface of about 10 am per gram of catalyst particles.
Die Haftung der Katalysatoren (37 und 43) auf der permionischen Membran (33) wird dadurch erzeugt, daß man die Teilchen(37, 43) in das geschmolzene, halbgeschmolzene, rlüssige, plastische oder thermoplastische permionische Membran-Material (33) bei erhöhter Temperatur eindrückt. Das ist dann röcrlich, wenn die Membran bis oberhalb ihrer Glasumwandlungstemperatur erwärmt wird, vorzugsweise auf Temperaturen oberhalb der Temperatur, bei der die Membran (33) allein durch Druck verformbar ist. Bei einer anderen Ausführungsform können die Teilchen (37) und (43) in die partiell polymerisierte permionische Membran oder partiell vernetzte permionische Membran (33) eingepreßt werden und wobei man dann die Polymerisation oder das Vernetzen weiterführt, beispielsweise durch Erhöhen oder Absenken der Temperatur, Zusetzen von Beschleunigern, Zusetzen von zusätzlichen Monomeren oder durch Verwendung ionisierender Strahlung odgl.·The adhesion of the catalysts (37 and 43) on the permionic membrane (33) is produced by the Particles (37, 43) in the molten, semi-molten, liquid, plastic or thermoplastic permionic Membrane material (33) presses in at an elevated temperature. This is red when the membrane is up above it Glass transition temperature is heated, preferably to Temperatures above the temperature at which the membrane (33) can be deformed solely by pressure. With another Embodiment, the particles (37) and (43) in the partially polymerized permionic membrane or partially crosslinked permionic membrane (33) are pressed in and where the polymerization or crosslinking is then continued, for example by increasing or decreasing the temperature, Adding accelerators, adding additional monomers or using ionizing radiation or the like.
03003-6/069003003-6 / 0690
Mach einer anderen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem eine weitere Polymerisation ausgeführt wird, könnten die teilchen (37, 43) eingebettet xverden in die partiell polymerisierte permionische Membran (33). Anschließend kann ein monomeres eines hydrophoben Polymeren auf die Oberfläche aufgebracht werden mit beispielsweise einem Beschleuniger und eine Kopolimerisation in situ mit der partiell polymerisieren permionischen Membran ausgeführt v/erden, um auf diese VJeise eine hydrophobe Oberfläche der Teilchen (37, 43) zu erreichen. Auf diese Weise sind die Katalysatorteilchen (37, 43) mit einer hydrophoben Oberfläche versehen, beispielsweise um die anodische Oberfläche (35) vor Chlor zu schützen, oder die kathodische Oberfläche (41) vor Kristallisation oder Auflösung durch Alkalihydroxyd zu schützen, oder die Depolarisation stärker zu verbessern als wenn ein kathodischer HO-'-Disproportionierungskatalysator auf der kathodischen Oberfläche(41) der permionischen Membran anwesend ist.Do another embodiment of the process according to the invention in which a further polymerization is carried out the particles (37, 43) could be embedded into the partially polymerized permionic membrane (33). A monomer of a hydrophobic polymer can then be used be applied to the surface with, for example, an accelerator and a co-polymerization in situ with The partially polymerizing permionic membrane is carried out in order to have a hydrophobic surface in this way of the particles (37, 43). In this way the catalyst particles (37, 43) have a hydrophobic surface provided, for example to protect the anodic surface (35) from chlorine, or the cathodic surface (41) to protect against crystallization or dissolution by alkali hydroxide, or to improve the depolarization more strongly as if a cathodic HO-'- disproportionation catalyst on the cathodic surface (41) of the permionic Membrane is present.
Gemäß einer weiteren Ausführunasform der Erfindung können die Grunnen e'er pemionischen Mer^rane vernetzt wertiin, beispielsweise nach dem ^ufbrinaen der Katalvsatorteilchpn, um den hvdrophoben Charakter der Membranoberfläche zu steigern* Die Vernetzungsmittel können reagieren, während der Rilduncr oder nachdem die Anodenmaterialien auf einer partiell polymerisierten permionischen Membran aufgebracht sind. Gebräuchliche Vernetzungsmittel sind Diviny!benzole, beispielsweise perfluoriertes Divinylbenzol. Andere brauchbare Vernetzungsmittel sind nerfluorierte Diene, wie Hexafluorobutadien, Octafluoropentadien nit 1,3 und 1,4 Dienen und Decafluorohexadien mit 1,3 und 1,4 und 1,5 Dienen. Das am besten geeignete Vernetzungsmittel ist Divinylbenzol oder nerfluorierte C4 bis C^. Diene, insbesondere Hexafluorobu-tadien.According to a further embodiment of the invention, the green pemionic merranas can be crosslinked, for example after the catalyst particles have been brought up, in order to increase the hydrophobic character of the membrane surface partially polymerized permionic membrane are applied. Common crosslinking agents are divinybenzene, for example perfluorinated divinylbenzene. Other useful crosslinking agents are fluorinated dienes such as hexafluorobutadiene, octafluoropentadiene with 1,3 and 1,4 dienes and decafluorohexadiene with 1,3 and 1,4 and 1,5 dienes. The appropriate best crosslinking agent is divinylbenzene or nerfluorierte C 4 to C ^. Serves, especially hexafluorobutadiene.
nei einer anderen Ausführungsform wird der anodische Slektrokatalysator (37) mit Silikon behandelt. Diese Art der Verer'eluncr erfolgt dann, wenn der anodische Flektrokatalysator (37) in Teilchenform vorliegt und zwar als beschichtete In another embodiment, the anodic slectronic catalytic converter (37) is treated with silicone. This type of conversion takes place when the anodic fleece catalyst (37) is present in particulate form, namely as coated
030036/0690030036/0690
ßAD ORIGINALßAD ORIGINAL
konteilchen, beispielsweise Silikonteilchen, beschichtet mit einem brauchbaren Chlorentwicklungskatalysator. Zusätzlich können Silikonteilchen, beispielsweise beschichtete Silikonteilchen, Silicidoberflächenhaltige Silikonteilchen und Silikonteilchen, die eine Silikonoberfläche haben, auf die anodische Oberfläche (35) der permionischen Membran (33) aufgebracht v/erden, beides um die Leitfähigkeit zwischen Anodenteilchen und zwischen dem anodischen Katalysator zu erzeugen.counterparticles, for example silicone particles, coated with a useful chlorine evolution catalyst. In addition, silicone particles, for example coated Silicone particles, silicone particles containing silicide, and silicone particles having a silicone surface the anodic surface (35) of the permionic membrane (33) applied v / ground, both to the conductivity between To generate anode particles and between the anodic catalyst.
Bei dieser Ausführungsforn der Erfindung sind Anodenteilchen vorgesehen mit einer niedrigen Überspannung, die auch einschließt eine e'lektrolytbeständige elektrisch leitfähige Oberfläche, beispielsweise aus metallischem Platium oder Ruthenium Oxyd auf einem elektrisch leitenden Trägermaterial, bestehend teilweise oder vollständig und vorzugsweise überwiegend aus elementarem Silicium,zum Unterschied von qiliciden, die als Komponenten von Silikon oder anderen Metallen verstanden werden. Das elementare Silicium enthält Verunreinigungen, Dotierungsinittel oder Zusätze, beispielsweise T^or, Phosphor usw. oder Silicide verschiedener Metalle cüsnergiert innerhalb des Siliciums, um die Leitfähigkeit und/oder die Festigkeit des Siliciums zu verbessern. Elementares Silicium bildet im allgemeinen eine kontinuierliche Phase, in der andere Stoffe gelöst oder dispergiert werden können.In this embodiment of the invention, anode particles are provided with a low overvoltage, which also includes an electrolyte-resistant, electrically conductive surface, for example made of metallic platium or ruthenium oxide on an electrically conductive carrier material, consisting partly or completely and preferably predominantly of elemental silicon, in contrast of q iliciden, which are understood as components of silicone or other metals. The elemental silicon contains impurities, dopants or additives, for example T ^ or, phosphorus, etc. or silicides of various metals co-nerated within the silicon in order to improve the conductivity and / or the strength of the silicon. Elemental silicon generally forms a continuous phase in which other substances can be dissolved or dispersed.
Die Siliciumteilchen sollen elektrisch leitfähig sein und mindestens die elektrische Leitfähigkeit von Graohit aufweisen. Das elementare Silicium soll eine elektrische Leitfähigkeit (bulk electrical conductivity) von mehr als 1O2 (Ohm-Zentimeter) und vorzugsweise 10 (Ohm-Zentimeter) oder mehr aufweisen. Im wesentlichen reines Silicium, beispielsweise Silicium mit einer Reinheit von mehr als 99,99 5 Atomprozent ist in der Regel ein schlechter Leiter und wird als Nichtleiter charakterisiert mit einem Widerstand von nur etwa 1 Ohm-Zentimeter. Es ist bekannt, daß man durch Einbringen von kleinen Spurenanteilen von Bor,The silicon particles should be electrically conductive and have at least the electrical conductivity of graohite. The elemental silicon should have an electrical conductivity (bulk electrical conductivity) of more than 1O 2 (ohm-centimeter) and preferably 10 (ohm-centimeter) or more. Substantially pure silicon, for example silicon with a purity of more than 99.99 5 atomic percent, is usually a poor conductor and is characterized as a non-conductor with a resistance of only about 1 ohm-centimeter. It is known that by introducing small trace amounts of boron,
030036/0690030036/0690
• BAD ORIGINAL• ORIGINAL BATHROOM
Phosphor oder anderen Stoffen eine Siliciumzusanmensetzüng erhält, die elektrisch leitfähig ist. Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, daß bei guter Vorsorge ein Silicium-*· trägermaterial in einer Form erhalten werden kann, das ständig gegenüber anodischen Angriffen ist und das derartige Trägermaterialien besonders geeignet sind, zur Aufnahme leitfMhiger Oberflächen.Phosphorus or other substances form a silicon compound that is electrically conductive. In the context of the invention it was found that with good precaution a silicon * · carrier material can be obtained in a form that is constantly against anodic attack and that such carrier materials are particularly suitable for receiving conductive surfaces.
Es wurde gefunden, daß elementares Silicium, das bis zu 2 % oder bis zu 5 % Bor oder bis zu 2 % Phosphor und vernach*- lässigbare Anteile anderer Verunreinigungen enthält, die erwünschte Beständigkeit gegenüber anodischem Angriff durch wässriges Natriumchlorid aufweist.It has been found that elemental silicon, which contains up to 2 % or up to 5% boron or up to 2% phosphorus and negligible proportions of other impurities, has the desired resistance to anodic attack by aqueous sodium chloride.
Das Silicium kann Eisen enthalten, beispielsweise bis zu 40 Gew.% wenn Phosphor oder Bor anwesend sind, denn Phosphor und Bor haben korrosionsinhibierende wirkung.The silicon can contain iron, for example up to 40% by weight if phosphorus or boron are present, for example phosphorus and boron have a corrosion-inhibiting effect.
Die Siliciumteilchen können außerdem Silicide enthalten4 besonders bevorzugte Silicide haben einen katalytischen Kffekt oder vprstsrven die Leitfähigkeit. Dafür sind Silicide der "fotalls ^er Brunnen IV, V und ν χ periodischen Systems, beispielsweise TiSi^, TrSi^, •Tbni9, "aSi^ und ''Si^ und Tchvernetallsilicide, beispielsweise CrSi, Cr5Si3, CrSi, CrSi3 und MoSi3, ebenso wie Kobaltsilicid als CoSi3.The silicon particles may also silicides enthalten4 particularly preferred silicides have a catalytic Kffekt or vprst s r v s conductivity. For this purpose, silicides of the "fotalls ^ er Brunnen IV, V and ν χ periodic system, for example TiSi ^, TrSi ^, • T bni 9 ," aSi ^ and "Si ^ and Tchvernetallsilicide, for example CrSi, Cr 5 Si 3 , CrSi , CrSi 3 and MoSi 3 , as well as cobalt silicide as CoSi 3 .
Nach einer anderen Ausführungsform des erfindunqsgef^ßen Verfahrens wird der Katalysator(37, 43) chemisch niedergeschlagen, beispielsweise durch HypophosOhite oder Borhydridreduktion oder elektrisch abgeschieden auf der permionischen Membran (33). Zusätzlich kann der Katalysator aktiviert werden durch Mitablagerung eines auslaugbaren Stoffes, zusammen mit einem wenig auslaugbaren Material und anschließen des Aktivieren durch Auslaugen des stärker auslaugbaren Stoffes.According to another embodiment of the invention vessel In the process, the catalyst (37, 43) is chemically precipitated, for example by hypophosphite or borohydride reduction or electrically deposited on the permionic membrane (33). In addition, the catalyst can be activated are created by co-deposition of a leachable substance, together with a less leachable material, and connect activation by leaching the more leachable substance.
030036/0690030036/0690
J/BAD ORIGINALJ / BAD ORIGINAL
Nach einer weiteren Ausfuhrungsform kann der Katalysator (37, 43) auf der Oberfläche der permionisehen Membran elektrophoretisch abgeschieden werden, durch Laser abgeschieden werden, durch Photoablagerung oder durch Kathodenzerstäubung aufgebracht werden.According to a further embodiment, the catalyst can (37, 43) on the surface of the permionic membrane Electrophoretically deposited, laser deposited, photodeposition or sputtering be applied.
Mach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die katalytische Beschichtung (37, 43) auf die permionische Membran (33) aufgebracht werden unter Verwendung von Metallchelaten, die mit den sauren Gruppen der permionischen Membran (33) reagieren.Mach a further embodiment of the invention Method, the catalytic coating (37, 43) can be applied to the permionic membrane (33) using of metal chelates that react with the acidic groups of the permionic membrane (33).
Ein typischer Katalysator (43, 37) für die Oberfläche der permionischen Membran (33) ist ein Edelmetall enthaltender Katalysator, beispielsweise der Platinmetallgruppe oder einer Legierung der Platinmetallgruppe oder einer intermetallischen Verbindung mit einem Metall der Platingruppe oder ein Oxyd, Karbid, Nitrid, Borid, Silicid oder Sulphid eines Metalles der Platingruppe. Derartige Edelmetall enthaltende Katalysatoren sind gekennzeichnet durch eine "roße Oberfläche und durch die Fähigkeit, entweder mit hydrophoben Teilchen verbindbar oder in hydrophobe Filme einbettbar zu sein. Zusätzlich kann der Edelmetall enthaltende Katalysator ein partiell reduziertes Oxyd oder Ruß sein, wie Platinruß oder Palladiumruß, oder elektrisch oder chemisch niedergeschlagen sein.A typical catalyst (43, 37) for the surface of the permionic membrane (33) is a noble metal containing Catalyst, for example of the platinum metal group or an alloy of the platinum metal group or an intermetallic Compound with a platinum group metal or an oxide, carbide, nitride, boride, silicide or sulphide of a platinum group metal. Such noble metal-containing catalysts are characterized by a "Large surface area and by the ability to be bondable either with hydrophobic particles or in hydrophobic films to be embeddable. In addition, the noble metal containing catalyst can be a partially reduced oxide or carbon black be like platinum black or palladium black, or be deposited electrically or chemically.
Die Katalysatoren (37, 43) können ebenso eine intermetallische Verbindung mit anderen Metallen sein, einschließlich Edelmetallen oder Nichtedelmetallen. Derartige intermetallische Verbindungen sind Pyrochlore, Delafossite, Spinelle, Perovskite, Bronzen, Wolframbronzen, Silicide, Nitride, Carbide und Boride.The catalysts (37, 43) can also be an intermetallic compound with other metals, including Precious or base metals. Such intermetallic Compounds are pyrochlore, delafossite, spinels, perovskites, bronzes, tungsten bronzes, silicides, nitrides, Carbides and borides.
Zu den besonders geeigneten und erwünschten kathodischen Katalysatoren, die auf der festen polymeren elektrolytischen permionischen Membran (33) anwesend sein können, gehörenAmong the particularly suitable and desirable cathodic catalysts based on the solid polymer electrolytic permionic membrane (33) may be present include
030036/0690030036/0690
Stahl, rostfreier Stahl, Kobalt, Nickel, Nickel- oder Eisenlegierungen, Zusammensetzungen mit Nickel, insbesondere poröses Nickel mit Molybdän, Tantal, Wolfram, Titan, Columbium oder dergleichen und Boride, elektrisch leitfähige, elektrisch aktive Boride, Nitride, Silicide und Carbide, wie Silicide, Nitride, Carbide, Boride und Titandiboride der Platinmetallgruppe.Steel, stainless steel, cobalt, nickel, nickel or iron alloys, compositions with nickel, in particular porous nickel with molybdenum, tantalum, tungsten, titanium, columbium or the like and borides, electrical conductive, electrically active borides, nitrides, silicides and carbides, such as silicides, nitrides, carbides, borides and Titanium diborides of the platinum metal group.
Andere für die kathodische Oberfläche (41) geeignete kathodische Katalysatoren(43)sind die Metalle der Platinaruppe, beisnie]sweise Platin, Palladium, Ruthenium, Osmium, Iridium und Rhodium, entweder als glatte Überzüge oder als Ablagerungen mit großen Oberflächen, beispielsweise als Ruß nit Oberflächen größer als 1o m pro Gramm.Other cathodic catalysts (43) suitable for the cathodic surface (41) are the metals of the platinum group, by no means platinum, palladium, ruthenium, osmium, Iridium and Rhodium, either as smooth coatings or as Deposits with large surfaces, for example as soot with surfaces greater than 10 m per gram.
Es ist möglich, die permionische Membran (33) oder eine ihrer Oberflächen, beispielsweise die anodische Oberfläche (3S) oder die katholische Oberfläche (41) mit einem reduktionsmittel, einem Komplexbildner, einem Puffer und einer1 niprVrzu^chI^rrenrien Metallverbindung oder verbindungen derartiger Metalle in Berührung zu bringen. Als geeignete 'Reduziermittel kommen Borhydride oder Hypophosnhite in Frage. Die Borhydridlösunq sollte 1 bis 5 Gramm pro Liter Borhydrid enthalten, beispielsweise Natrium oder Kaliumborhydrid, vorzugsweise 1,5 bis 2,5 Gramm pro Liter Borhydrid.It is possible to treat the permionic membrane (33) or one of its surfaces, for example the anodic surface (3S) or the catholic surface (41), with a reducing agent, a complexing agent, a buffer and a 1 niprVrVrzu ^ chI ^ rrenrien metal compound or compounds of the like Bringing metals into contact. Suitable reducing agents are borohydrides or hypophosphites. The borohydride solution should contain 1 to 5 grams per liter of borohydride, for example sodium or potassium borohydride, preferably 1.5 to 2.5 grams per liter of borohydride.
Weil die Ablagerung auf einer synthetischen perraionischen Membran (33) und nicht auf einen Metallsubstrat erfolgt, ist folgende Verbindung besonders erwünscht. Zuerst wird die Membran mit dem Reduktionsmittel in Berührung gebracht und danach mit den abzulagernden Metallverbindungen. Dieses erfindungsgemäße Verfahren ergibt besondere Vorteile mit 'fbergangsmetallen. Ganz besonders vorteilhafte Ergebnisse werden mit den übergangsmetallen der siebten Gruppe des periodischen Systems erreicht. Diese Verfahrensweise ist besonders gut geeignet für die gemeinsame Ablagerung von 2 Metallen der VIII Gruppe, die unterschiedlich widerstandsfähig gegenüber chemischem Auslaugen sind, wenn anschließend das weniger auslaugbeständige Metall herausgelöst wird.Because the deposit is on a synthetic perraionic Membrane (33) and not on a metal substrate, the following connection is particularly desirable. First will brought the membrane into contact with the reducing agent and then with the metal compounds to be deposited. This The method according to the invention results in particular advantages transition metals. Particularly beneficial results are achieved with the transition metals of the seventh group of the periodic table. This practice is Particularly well suited for the joint deposit of 2 metals of group VIII, which have different levels of resistance compared to chemical leaching when the less leaching-resistant metal is subsequently leached out.
030036/0690030036/0690
BADORlGtNALBADORlGtNAL
Bei Verwendung von Borhydrid sind Alkaliborhydride, wie Kalium-oder Natriumborhydrid besonders bevorzugt. Das Übergangsmetall ist in der zweiten Lösung als lösliches Salz anwesend, beispielsweise als Citrat, Oxalat, Glycolat, Sulfat oder Chlorid. Als Puffer und Komplexbildner kann die Säure und ihr Alkalisalz dienen, beispielsweise Natriumeitrat und Zitronensäure, Natriumoxalat und Oxalsäure udgl. Es können aber auch anorganische Säuren verwendet werden, beispielsweise Phosphorsäure und Natriumphosphit.When using borohydride, alkali borohydrides, such as Potassium or sodium borohydride is particularly preferred. That Transition metal is present in the second solution as a soluble salt, for example as citrate, oxalate, glycolate, Sulfate or chloride. The acid and its alkali salt, for example sodium citrate, can serve as a buffer and complexing agent and citric acid, sodium oxalate and oxalic acid and the like. Inorganic acids can also be used, for example Phosphoric acid and sodium phosphite.
Der Komplexbildner und die Abpufferung dienen dazu, die Metallionen der VIII-Gruppe in Lösung zu halten, beispielsweise bei ph-Werten von 6 bis 8.The complexing agent and the buffering are used to keep the metal ions of group VIII in solution, for example at pH values from 6 to 8.
Bei einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform enthält der kathodische Elektrokatalysator (43) poröses Nickel mit einem effektiv wirksamen Anteil, beispielsweise einem, die Überspannung reduzierenden oder überspannung stabilisierenden Anteil an überganqsmetallen der Gruppen IV, V, VI oder VII. Zu diesen übergangsmetallen gehören Titan, Zircon, Hafnium, Vanadium, Columbium, Tantal, Chrom, Molybd Wolfram, .Mangan, Technetium und Rhenium. Bevorzugte Stoffe sind Titan, Zircon, Hafnium, Vanadium, Colunbium, Tantal, Molybdän und Wolfram. Ganz besonders bevorzugt sind Titan, Tantal, Zirconium und Molybdän.In a very particularly preferred embodiment contains the cathodic electrocatalyst (43) porous nickel with an effectively effective proportion, for example one, the overvoltage reducing or overvoltage stabilizing proportion of transition metals of groups IV, V, VI or VII. These transition metals include titanium, zircon, hafnium, vanadium, columbium, tantalum, chromium, molybdenum Tungsten, manganese, technetium and rhenium. Preferred substances are titanium, zircon, hafnium, vanadium, colunbium, tantalum, Molybdenum and tungsten. Titanium, tantalum, zirconium and molybdenum are very particularly preferred.
Der Nickelanteil liegt im allgemeinen über etwa 50 % und niedriger als etwa 95 % und im allgemeinen zwischen etwa 65 bis etwa 90 % Nickel, berechnet als metallisches Nickel, bezogen auf das Gesamtgewicht der porösen aktiven Oberfläche.The nickel content is generally above about 50% and less than about 95% and generally between about 65 to about 90% nickel, calculated as metallic nickel, based on the total weight of the porous active surface.
Das zweite übergangsmetall ist in der porösen katalytischen Oberfläche (43) in einer solchen Menge vorhanden, daß die Viasserstoff überspannung erniedrigt wird. Das ist ein Anteil von mehr als etwa 2,5 %, vorzugsweise mehr als etwa 5 %, aber niedriger als etwa 50 % und im allgemeinen liegt der Anteil zwischen etwa 10 und etwa 35 Gew.%, berechnet als Metall, bezogen auf die Gesamtmenge Nickelmetall und zweites Übergangsmetall an der Oberfläche.The second transition metal is present in the porous catalytic surface (43) in such an amount that the hydrogen overvoltage is lowered. This is a proportion of more than about 2.5%, preferably more than about 5%, but less than about 50 % and in general the proportion is between about 10 and about 35% by weight, calculated as metal, based on the total amount Nickel metal and second transition metal on the surface.
030036/0690030036/0690
In allgemeinen ist der Anteil des zweiten ühergangsmetalles in der Oberfläche hoch genug, um die '"Tasserstoff überspannung wirksam zu erniedrigen, aber niedrig genuq, um die hohen Überspannungen zu vermeiden, die an porösen Oberflächen auftreten, die hauOtsächlich aus zweitem Übergangsmet*11 bestehen, beispielsweise Titan, Tantal, Zircon oder Molybdän,In general, the proportion of the second transition metal is high enough in surface to "" hold the hydrogen overvoltage effective to degrade, but low enough to degrade the high Avoid overvoltages that occur on porous surfaces, which mainly consist of the second transition metal, for example titanium, tantalum, zircon or molybdenum,
Der Mechanismus, auf dem die Wasserstoffüberspannung erniedrigende Wirkung des zweiten übergangsmetalles beruht, ist nicht vollständig zu erklären. Es ist bekannt, daß poröse Filme beispielsweise aus Molybdän allein eine hohe Wasserstoff überspannung aufweisen, aber eine niedrige Wasserstoffüberspannung wird auch über lang ausgedehnte Elektrolysezeiten erreicht, wenn ein zweites Übergangsmetall, wie es vorstehend beschrieben ist, beispielsweise Molybdän in Verbindung mit porösem Nickel verwendet wird. Im Falle von Molybdän wird angenommen, daß Molybdän depolarisierend oder katalysierend auf einen Schritt des Wasserstoffentwicklungsprozesses einwirkt. A.us diesem Grunde liegt die obere Grenze für den Anteil des zweiten übergangsmetalles unterhalb der Konzentration, bei der die Oberfläche nie T-Tasserstoffüberspannungseigenschaften des zweiten übergangsmetalles aufweist. Dieser Anteil liegt unter etwa 50 % und im allgemeinen unter etwa 35 %.The mechanism on which the hydrogen overvoltage-lowering effect of the second transition metal is based cannot be fully explained. It is known that porous films made, for example, of molybdenum alone have a high hydrogen overvoltage, but a low hydrogen overvoltage is also achieved over long electrolysis times when a second transition metal, as described above, for example molybdenum is used in conjunction with porous nickel. In the case of molybdenum, it is assumed that molybdenum has a depolarizing or catalyzing effect on a step in the hydrogen evolution process. A.us this reason, the upper limit of the content of the second transition metal is below the concentration at which the surface never TT asserstoffüberspannungseigenschaften of the second transition metal comprising. This proportion is below about 50% and generally below about 35%.
Das zweite übergangsmetall selbst kann anwesend sein als elementares Metall, als elementares Molybdän, Titan, Tantal, Zircon oder Wolfram mit der formalen Valence O, als eine Legierung zusammen mit Nickel oder als eine alkalibeständiae Verbindung, beispielsweise als Karbid, Nitrid, Borid, Sulfid, Phosphid, Oxyd, oder einer anderen Verbindung, die in konzentriertem Alkalihydroxyd unlöslich ist. Vorzugsweise ist das zweite übergangsmetall in der Oberfläche (43) zusammen mit Nickel als elementares Metall oder als Legierung mit Nickel, oder als Karbid anwesend. Eine besonders hervorragende Kathode (43) , gemäß vorliegender Erfindung, ist eine mit einer porösen Oberfläche (43) aus Nickel und Molvbd3n, die etwa 82 Gew. % Nickel und etwa 18 Gew.%The second transition metal itself can be present as elemental metal, as elemental molybdenum, titanium, tantalum, zircon or tungsten with the formal valence O, as an alloy together with nickel or as an alkali-resistant compound, for example as carbide, nitride, boride, sulfide, Phosphide, oxide, or any other compound that is insoluble in concentrated alkali hydroxide. The second transition metal is preferably present in the surface (43) together with nickel as an elemental metal or as an alloy with nickel, or as a carbide. A particularly excellent cathode (43), according to the present invention is a olvbd3n having a porous surface (43) of nickel and M, which is about 82 wt.% Nickel and about 18 wt.%
030036/0690030036/0690
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
Molybdän, bezogen auf die Gesamtmenge Nickel und Molybdän aufweist mit einer Porösität von etwa 0,7 und einer Dicke von etwa 75 bis etwa 500 Mikrometer.Molybdenum, based on the total amount of nickel and molybdenum, has a porosity of about 0.7 and a thickness from about 75 to about 500 micrometers.
Nach einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zu verwendende Kathode hergestelt durch Ablagern eines Filmes aus Nickel, dem zweiten Tibergangsmetall und einem auslaugbaren 'Material auf der permionischen Membrane (33) und anschließendem Herauslösen des auslaugbaren Materials.According to another embodiment of the method according to the invention, the cathode to be used is produced by Deposition of a film of nickel, the second transition metal and a leachable material on the permionic Membrane (33) and subsequent removal of the leachable material.
Als auslaugbares Material kann jedes Metall oder jede Verbindung verwendet werden, die zusammen mit Nickel und dem zweiten Übergangsmetall oder mit Nickelverbindungen und Verbindungen der zweiten Übergangsmetalle zusammen aufgebracht werden können und mit starker Säure oder starkem Alkali herausgelöst werden können, ohne daß dabei wesentliche Anteile des Nickels oder des zweiten Übergangsmetalles ausgelöst werden oder eine Zerstörung oder Vergiftung des Nickels oder des zweiten "rbergangsmetalles erfolgt.Any metal or compound can be used as the leachable material, which together with nickel and the second transition metal or applied together with nickel compounds and compounds of the second transition metals can be and can be dissolved out with strong acid or strong alkali without essential Shares of the nickel or the second transition metal triggered or destruction or poisoning of the nickel or the second transition metal takes place.
Der "PiIm kann auf der nemionischen Membrane (33) durch elektrische Abscheidung von Nickel, dem zweiten überganersnetall und dem auslaugbaren Stoff aufgebracht werden. Es ist auch möglich, die festen Teilchen gemeinsam abzuscheiden. Ebenso kann eine chemische Abscheidung, beispielsweise durch. Hyponhosphitablagerung oder durch Borhydridablagerung auf nickelverbindungen, Verbindungen c"es zweiten "bergangsmetalles und des auslaugb^ren Materials erfolgen. ^^ ist ferner "löcrlich, die aHlacrerunCT durch thermische Zersetzung von organischen Verbindungen von Nickel, des zweiten Übergangsnetalles und des auslaugbaren Materials vorzunehmen, beispielsweise Ablagerung und thermische Zersetzung von Alkoholaten oder Resinaten.The "PiIm can be applied to the nemionic membrane (33) by electrical deposition of nickel, the second superordinate metal and the leachable substance. It is also possible to deposit the solid particles together. Chemical deposition, for example by hyponhosphite deposition or by Borohydride deposition on nickel compounds, compounds c "the second" transition metal and the leachable material. ^^ It is also possible to carry out the aHlacrerunCT by thermal decomposition of organic compounds of nickel, the second transition metal and the leachable material, for example, deposition and thermal Decomposition of alcoholates or resinates.
"lach einer besonders erwünschten Ausführungsform des ercinrungs<7em^Pen Verfahrens zur Herstellung der erfindungsfpf^en elektrode werden feine Teilchen, beispielsweise solche in der Irößenordnung von etwa o,5 bis 7O Mikrometer"laughing a particularly desirable embodiment of he c inrungs <7em ^ Pen method of manufacturing the erfindungsfpf ^ en electrode fine particles, for example those in the Irößenordnung from about o, 5 to 7O microns
030036/0690030036/0690
Durchmesser von Nickel, des zweiten übergangsmetalles oder einer Verbindung davon und ein auslaugbares Material/ eingebettet in die partiell polymerisierte permionische Membran (33) und die Polymerisation dann zu Ende geführt, wobei das Herauslösen des auslaugbaren Materials entweder vor oder nach der Polymerisation erfolgen kann. Nach einem alternativen Verfahren ist es auch möglich, die Teilchen in eine heiße thermoplastische permionische Membrane (33) einzubetten.Diameter of nickel, the second transition metal or a compound thereof and a leachable material / embedded in the partially polymerized permionic Membrane (33) and the polymerization then brought to an end, the leachable material being dissolved out either can take place before or after the polymerization. According to an alternative method, it is also possible to use the particles embedded in a hot thermoplastic permionic membrane (33).
Das auslaugbare Material kann anwesend sein in den Teilchen zusammen mit Nickel oder als davon getrennte Teilchen. Typische auslaugbare Komponenten sind Kupfer, Zink, Gallium, Aluminium, Zinn, Silicium oder dergleichen. Besondern bevorzugt sind Nickelteilchen, die etwa 3 bis 70 % Wickel und den Rest Aluminium enthalten in e'er Form von Raney-Leqierunrren. The leachable material can be present in the particles with nickel or as separate particles. Typical leachable components are copper, zinc, gallium, Aluminum, tin, silicon or the like. Particularly preferred are nickel particles which contain about 3 to 70% winding and the remainder contain aluminum in the form of Raney Leqierunrren.
Nach rler Vervollständiqunq der Polymerisation der teilweise polymerisierten Membran (33) oder dem Abkühlen der heißen thermor>latischen Membrane (33) können die Teilchen herausqelöst werden, beispielsweise alkalisch durch π,S η Natriumhydroxyd oder 1 η Natriumhydroxyd, um die auslaugbaren Stoffe, beispielsweise Aluminium, zu entfernen. Anschließend wird mit Wasser gewaschen. Dabei ist es möglich, daß etwas von dem auslaugbaren Material in der porösdri Elektrodenoberfläche (43) enthalben bleibt, daraus resultieren jedoch keine nachteiligen Wirkungen. T^enn beispielsweise eine Raney-Nickelaluminiumlegierung und Molybdän in die Membrane (33) eingebettet werden, kann die Oberfläche enthalten Nickel, Molybdän und Aluminium, auch nach dem Herauslösen. Die dabei resultierende Oberfläche kann beispielsweise enthalten: amorphes Nickel, kristalline Molybdän-Nickel-Aluminium-Legierungen und Spuren von Aluminium.After the polymerization has been completed, the partial polymerized membrane (33) or the cooling of the hot thermor> latischen membrane (33) can the particles are extracted, for example alkaline by π, S η Sodium hydroxide or 1 η sodium hydroxide to make the leachable To remove substances such as aluminum. It is then washed with water. It is possible that some of the leachable material is in the porous electrode surface (43) is not included, but this does not result in any adverse effects. T ^ enn for example a Raney nickel aluminum alloy and molybdenum into the If the membrane (33) is embedded, the surface may contain nickel, molybdenum and aluminum, even after it has been detached. The resulting surface can contain, for example: amorphous nickel, crystalline molybdenum-nickel-aluminum alloys and traces of aluminum.
030036/0690030036/0690
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Oberfläche (43) Bor oder Phosphor enthalten. Diese Stoffe werden aufgebracht durch Ablagerung von Borhydrid oder Hypophosphit und stabilisieren das Spannungsverhalten des kathodischen Elektrokatalysators (43). Der hier beschriebene kathodische Elektrokatalysator (43) ist zur Verwendung mit perfluorierten Ionenaustauschermembranen (33) generell geeignet, ist jedoch besonders vorteilhaft, wenn es sich um eine Ionenaustauschmembrane (33) mit CarboxyIsäuregruppen handelt.According to a further embodiment of the invention, the Surface (43) contain boron or phosphorus. These substances are applied by deposition of borohydride or Hypophosphite and stabilize the voltage behavior of the cathodic electrocatalyst (43). The one described here cathodic electrocatalyst (43) is generally suitable for use with perfluorinated ion exchange membranes (33), however, it is particularly advantageous if it is an ion exchange membrane (33) with carboxyic acid groups acts.
Der Anteil an Nickel liegt im allgemeinen über etwa 50 % und niedriger als etwa 95 %, üblicherweise zwischen etwa 6 5 bis etwa 90 % Nickel, berechnet als Nickelmetall, bezogen auf das Gesamtgewicht der porösen aktiven Oberfläche,The proportion of nickel is generally above about 50% and less than about 95%, usually between about 6 5 to about 90% nickel, calculated as nickel metal, based on the total weight of the porous active surface,
Das in der porösen katalytischen Oberfläche (43) anwesende zweite Übergangsmetall ist in einer solchen Menge vorhanden, daß die Wasserstoffüberspannuna erniedrigt wird. Dieser Anteil liegt bei über 2,5 %, vorzugsweise über 5 %, aber unter SO % und in allgemeinen zwischen etwa 10 und etwa 35 Oew.%, berechnet als Metall, bezogen auf Gesamtmenge !.ekel und zweites Übergangsmetall in der Oberfläche (berechnet jeweils als Metall) . Tm allgemeinen ist der Anteil des zweiten f'rber- ^ar.CTRnetalles in Her Oberfläche* hoch genug, um eine ausre.i-. chende Wirkung bezüglich der Erniedrigung der Wasserstoff-Überspannung zu haben, aber niedrig genug, um die hohe Überspannung zu vermeiden, <Ke mit porösen Oberflächen,die hauptsachlich aus zweitem Übergangsmetall bestehen, zu ver- ^pJ i-len, solche hohen Überspannungen haben poröse Oberflächen aus Titan, Tantal, Zircon oder Molybdän.The second transition metal present in the porous catalytic surface (43) is present in such an amount that that the hydrogen excess voltage is lowered. This share is above 2.5%, preferably above 5%, but below 50% and generally between about 10 and about 35 ow.%, calculated as metal, based on the total amount! .ekel and second transition metal in the surface (calculated as metal). In general, the proportion of the second long-term ^ ar.CTRnetalles in Her surface * high enough to be a sufficient. corresponding effect in terms of lowering the hydrogen overvoltage to have, but low enough to avoid the high overvoltage, <Ke with porous surfaces that consist mainly of a second transition metal, to ^ pJ i-len, such high overvoltages have porous surfaces made of titanium, tantalum, zircon or molybdenum.
Bei der Elektrolyse von Alkalichloridsolen, beispielsweise Kaliumchlorid und Natriumchloridsolen in einer Elektrolysezelle mit festem polymeren Elektrolyten, insbesondere einer solchen, die eine permionische Membrane'(33) mit CarboxyI-säuregruppen aufweist, ist die Reinheit der Sole, von ent-In the electrolysis of alkali chloride sols, for example potassium chloride and sodium chloride sols, in an electrolysis cell with solid polymeric electrolytes, especially those that have a permionic membrane (33) with carboxy-acid groups is the purity of the brine,
030036/0890030036/0890
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
scheidendem Einfluß. Der Anteil von ?fhergangsmetallen in der Sole sollte kleiner als 40 Teile pro Million und vorzugsweise kleiner als 20 Teile pro Million sein, um Verschmutzen und Vergiften der permionischen Membran (33) zu vermeiden. Der pH-Wert der Sole sollte niedrig genug sein, um das Ausfallen von Magnesiumionen zu vermeiden. Der Calciumgehalt sollte kleiner als 50 Teile pro Billion und vorzugsweise kleiner als 20 Teile pro Billion sein» Die Sole sollte im wesentlichen frei von organischen Kohlenstoffverbindungen sein, insbesondere wenn Chlor direkt aus der Zelle als Flüssigkeit gewonnen und direkt weiteren Verfahren zugeführt werden soll, beispielsweise organischen Syntheseprozessen, wie die Herstellung von Vinylchlorid, ohne weitere Behandlung. Die Behandlung und Reinigung der Sole kann mittels verschiedener Verfahren erfolgen, um die erforderliche Reinheit zu erreichen. Beispielsweise können Phosphatellungen ausgeführt werden, um das Calcium zu entfernen, beispielsweise als Calciuraapatit oder als Calcium-Fluoroapatit. Zusätzlich kann auch ein Ionenaustauscherharz verwendet werden, um die Sole zu reinigen. Dafür wird vorzugsweise ein Ionenaustauscherharz verwendet, vom chelatbildenden Typ. Durch diese Multifunktionalität werden Verunreinigungen mehrwertiger Metalle entfernt, beispielsweise Erdalkaliionen oder Ionen der Übergangsnetalle. outgoing influence. The proportion of ? The base metals in the brine should be less than 40 parts per million and preferably less than 20 parts per million to avoid fouling and poisoning the permionic membrane (33). The pH of the brine should be low enough to avoid the precipitation of magnesium ions. The calcium content should be less than 50 parts per trillion and preferably less than 20 parts per trillion. The brine should be essentially free of organic carbon compounds, especially if chlorine is to be obtained directly from the cell as a liquid and fed directly to further processes, for example organic Synthesis processes, such as the production of vinyl chloride, without further treatment. The treatment and purification of the brine can be carried out using various methods in order to achieve the required purity. For example, phosphatellings can be carried out in order to remove the calcium, for example as calcium apatite or as calcium fluoroapatite. In addition, an ion exchange resin can also be used to purify the brine. An ion exchange resin, of the chelating type, is preferably used for this. This multifunctionality removes contaminants from polyvalent metals, for example alkaline earth ions or ions of transition metals.
Das den KathoIyträum (45) zugeführte Wasser sollte im wesentlichen frei von Kohlendioxyd und Carbonaten sein, um die Bildung und Ablagerung von Carbonaten auf der permionischen Membran (33) zu vermeiden. Ganz besonders bevorzugt ist die Zuführung von entionisiertem Wasser.The water supplied to the catholyte (45) should essentially be be free of carbon dioxide and carbonates to prevent the formation and deposition of carbonates on the permionic Avoid membrane (33). The supply of deionized water is very particularly preferred.
Die Rückgewinnung oder Regeneration des chelatisierenden Ionenaustauscherharzes ist kritisch. Durch Regeneration mit einer nichtoxydierenden Säure sollten die gesamten mehrwertigen Kationen entfernt werden. Dies kann man dadurch erreichen, daß man beispielsweise das 10-bis 2-fache Bettvolumens einerThe recovery or regeneration of the chelating agent Ion exchange resin is critical. By regeneration with a non-oxidizing acid, the entire polyvalent Cations are removed. This can be achieved by, for example, 10 to 2 times the bed volume of a
030036/0690030036/0690
0,5 bis 5 η HCl und vorzugsweise 10 bis 20 oder das Mehrfache des Bettvolumens von 2 bis 3 η -HCl als Regenerationsflüssigkeit verwendet.0.5 to 5 η HCl and preferably 10 to 20 or more times of the bed volume of 2 to 3 η -HCl as the regeneration liquid used.
Verdünnte Mineralsäuren, beispielsweise etwa 0,1 bis 10 η und vorzugsweise von etwa O,5 bis 5 η sind als Regenerationsflüssigkeiten geeignet. TÜchtoxydierende Säuren werden bevorzugt, um eine Beschädigung des Harzes zu vermeiden. Gebräuchliche Säuren sind die Halogen-Fasserstoffsäuren, insbesondere HCl.Dilute mineral acids, for example from about 0.1 to 10 η and preferably from about 0.5 to 5 η, are used as regeneration liquids suitable. Cloth oxidizing acids are preferred to avoid damaging the resin. Common Acids are the halo-barrel acids, in particular HCl.
Die Stärke der Säure sollte hoch genug sein, um die Kationen von dem Harz zu entfernen, das ist mehr als etwa 0,1 η und vorzugsweise mehr als etwa 0,5 n, aber niedrig genug, um eine Dehydratisierung der Membrane zu vermeiden, d.h. unter etwa 10 n. Auf diese Weise kann man eine Sole erhalten, die weniger als 20 Teile pro Million Übergangsmetall und *-'enig°-r als 20 rPeile oro Billion Erdalkalien enthält.The strength of the acid should be high enough to remove the cations from the resin, that is, more than about 0.1 η and preferably more than about 0.5 n, but low enough to avoid dehydration of the membrane, ie . below about 10 n In this way, one can obtain a brine containing less than 20 parts per million transition metal and * - 'enig ° -r 20 r Peile contains oro trillion alkaline earths.
Betrieb cl«*r Zellen ermöglicht eine kurze der Sole im Anolytraum (3q) nit einer Erschöpfung von etwa 10 bis 15 %, die Vervendung der Sole als Kühlmittel und ver neidet außerdem Konzentrat.ionspolymerisation. F.3 sind aber auch höhere Poleerschöpfungsgrade möglich, beispielsweise ■}r> 3·, 4O % oder sogar 50, 60, oder 70 % be ir Pe treiben derOperation cl "* r allows a short cell of the brine in the A nolytraum (3 q) nit exhaustion of about 10 to 15%, the Vervendung the brine as the coolant, and also ver envy Konzentrat.ionspolymerisation. F.3 , however, higher degrees of pole exhaustion are also possible, for example ■} r> 3 ·, 40% or even 50, 60, or 70 % when driving
Zellen erreichbar.Cells reachable.
Die Temperatur der Zelle kann über 9°C liegen, insbesondere wenn die 1^oIe einen niedrigen pIT--T'Tert aufweist, um dadurch i"Kp ^ilcun^ von Chlorhydrat zu verringern. Alternativ kann die memperatur der Zelle aber auch unterhalb 9°C während des Betriebes gehalten werden, um auf diese Weise die Bildung von Chlorhydrat zu fördern, so daß es möglich wird, eine Dispersion aus Sole und Chlorhydrat aus der Zelle abzu siehen und zu gewinnen.The temperature of the cell may be above 9 ° C, particularly when the OIE 1 ^ having a low pIT-- T 'T ert to reduce characterized i "Kp ^ ^ ilcun of hydrochloride. Alternatively, however, the m emperature, the cell also be kept below 9 ° C during operation in order to promote the formation of chlorohydrate, so that it is possible to see and win a dispersion of brine and chlorohydrate from the cell.
030036/0690030036/0690
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
Die Zellentemperatur sollte niedrig genug sein, um in Falle des Gewinnens von Chlor in flüssigem Zustand den für den Zellenbetrieb notwendigen Druck zur Aufrechterhaltung des Chlors in flüssigen Zustand niedrig zu halten, um beim Seilenbau nit normaler Konstruktionsweise auszukommen und die Anwendung von Hochdrucktechnik zu vermeiden, nie Druck-Temneraturabhangigkeit von flüssigem Chlor ist in Tabelle I wiedergegeben.The cell temperature should be low enough to stay in Case of obtaining chlorine in liquid state, the pressure necessary for cell operation to be maintained to keep the chlorine in the liquid state low in order to get by with normal construction methods when building ropes and to avoid the use of high pressure technology, there is never any pressure-temperature dependence of liquid chlorine shown in Table I.
' *^ ■ ■£ CO O
' * ^ ■ ■ £
030036/0690030036/0690
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
Wenn die Elektrolyseeinrichtung betrieben wird, um Chlor in flüssiger Fprn zu gewinnen, sollte der Druck hoch genug sein, um das Chlor in flüssigem Zustand zu halten. Auf diese Weise können flüssiges Chlor und erschöpfte Sole gemeinsam abgezogen werden. Das flüssige Chlor wird von der Sole getrennt und die Sole dann gekühlt, um noch darin vorhandenes Chlor in Chlorhydrat zu überführen, das anschließend von der Sole abgetrennt wird. Die erschöpfte Sole wird dann mit Salz wieder angereichert, nachgereinigt und im Kreislauf den Zellen wieder zugeführt, während das abgetrennte Chlorhydrat erwärmt wird, um wieder Chlor zu bilden.If the electrolyzer is operated to produce chlorine in liquid Fprn, the pressure should be high enough to keep the chlorine in a liquid state. This allows liquid chlorine and depleted Brine can be withdrawn together. The liquid chlorine is separated from the brine and the brine is then cooled to still to convert the chlorine present in it into chlorohydrate, which is then separated from the brine. The exhausted one Brine is then enriched with salt again, purified and fed back into the circulation in the cells, while the The separated hydrochloride is heated to form chlorine again.
Der Druck in der Elektrolyseeinrichtung sollte hoch genug sein, um das Abziehen von gasförmigen Stickstoff und Sauerstoff aus den Zellen und den Hilfseinrichtungen zu ermöglichen, ohne daß dabei wesentliche Anteile von flüssigem Chlor verdampfen, ^enn die Zelle so betrieben wird, daß flüssiges Chlor gewonnen werden sol"1 , ist es erforderlich, die Temperatur der Zelle unter etwa 1OO°C zu halten, um den Druck innerhalb der Elektrolyseeinrichtuncr unter etwa 41 Bar (6OO psi gage) halten zu können. Vorzugsweise sollte die Zellentemperatur unter etwa 50°C liegen, um den Druck in den Zellen unter etwa 16,65 Bar (200 psi) halten zu können. Auf jeden Fall hängen die gewünschte Temperatur und der gewünschte Druck in den Zellen von der Weiterverwendung des flüssigen Chlor .und den damit verbundenen Dampfdrücken und Temperaturen ab. Aus praktischen Gründen hängt der Druck innerhalb der Zelle starker von dem Druck in den Hilfseinrichtungen und von der T7eiterverr«rendung des flüssigen Chlors ab, als von der strukturellen Bauweise der eigentlichen ^ellenbestandteile.The pressure in the electrolysis device should be high enough to allow the withdrawal of gaseous nitrogen and oxygen from the cells and auxiliary devices without evaporating substantial amounts of liquid chlorine when the cell is operated in such a way that liquid chlorine is obtained sol " 1 , it is necessary to keep the temperature of the cell below about 100 ° C in order to keep the pressure within the electrolyzer below about 41 bar (600 psi gage). Preferably, the cell temperature should be below about 50 ° C, to keep the pressure in the cells below about 16.65 bar (200 psi) In any event, the desired temperature and pressure in the cells will depend on the further use of the liquid chlorine and the associated vapor pressures and temperatures. For practical reasons, the pressure inside the cell depends strong on the pressure in the auxiliary equipment and the T 7eiterver r "rendung of liquid chlorine from the structural design of the actual cell components.
Hoher Druck ist insbesondere vorteilhaft auf der katholytischen Seite (45) der Einzelzelle (11), wodurch die k^thodische Reaktion denolarisiert wird, weil hoher DruckHigh pressure is particularly advantageous on the catholic side (45) of the single cell (11), whereby the k ^ thodic reaction is denolarized because of high pressure
030036/0690030036/0690
BAD ORIGtNALBAD ORIGtNAL
das Depolarisierungsmittel in den Katalysator druckt und so ^as FOt -disproprotioniert.prints the depolarizing agent into the catalyst and so ^ as FOt -disproprotioniert.
die Elektrolyseeir.richturig (1) bei ausreichend hohen Druck betrieben wird, um das abbildete Chlor innerhalb des Änolytraun (37) in flüssiger Form zu halten, können Chlor und die erschöpfte Sole aus den Zellflüssigkeiten gewonnen werden. Flüssiges Chlor ist relativ schlecht mischbar mit Sole bei den hier infrage kommenden Drucken. Aus diesem Grunde kann das flüssige Chlor leicht von der Sole getrennt werden, beispielsweise durch Zentrifugieren, Filtrieren, oder über die Viskosität, Oberflächenspannung oder dichteabhSngige Einrichtungen.the Elektrolyseeir.richturig (1) at sufficiently high Pressure is operated to keep the mapped chlorine within the Änolytraun (37) in liquid form, chlorine can and the exhausted brine can be obtained from the cell fluids. Liquid chlorine is relatively difficult to mix with Sole for the prints in question here. For this Basically, the liquid chlorine can easily be separated from the brine, for example by centrifugation, filtration, or on the viscosity, surface tension or density-dependent Facilities.
Nachdem das flüssige Chlor getrennt ist, kann es gelagert werden oder in flüssiger Form weiterverwendet werden, ohne daß eine Verflüssigung notwendig ist. Der Anteil an flüssigem Chlor in dem Anolytraum beträgt nur 2 bis 5 Molprozent der Anolytflüssigkeit. Obwohl der überwiegende Teil des Chlors gewonnen und abgetrennt wird als im wesentlichen reine Flüssigkeit, löst sich doch etwas Chlor in der Sole. Das in der Sole gelöste Chlor kann gewonnen werden durch Kühlen der Sole auf 9°C, beispielsweise durch Verdampfen von flüssigen Chlors in einem Kühler, so daß sich das in der Sole gelöste Chlor in Chlorhydrat umwandelt. Chlorhydrat sind gelbe Kristalle, die von der erschöpften Sole abgetrennt werden können und dann durch Erwärmen wieder in Chlor überführt werden können.After the liquid chlorine is separated, it can be stored or used in liquid form without that liquefaction is necessary. The proportion of liquid Chlorine in the anolyte compartment is only 2 to 5 mole percent of the anolyte liquid. Although the vast majority of the Chlorine is recovered and separated as an essentially pure liquid, as some chlorine dissolves in the brine. The chlorine dissolved in the brine can be obtained by Cooling the brine to 9 ° C, for example by evaporating liquid chlorine in a cooler, so that the converts the chlorine dissolved in the brine into chlorine hydrate. Hydrochloric acid are yellow crystals formed by the depleted brine can be separated and then converted back into chlorine by heating.
Rein'Petrieb der Zelle können durch Ultraschallbehandlung der permionischen Membran (33) oder durch Verwendung eines pulsierendes Stromes Stauungen von Chlorblasen von der anodischen Oberfläche entfernt werden, festes kristallisiertes oder hochkonzentriertes flüssiges Alkalihydroxyd von der kathodischen Oberfläche (41) entfernt werden.The cell can be operated by ultrasound treatment the permionic membrane (33) or by using a pulsating current congestion of chlorine bubbles from the anodic surface are removed, solid crystallized or highly concentrated liquid alkali hydroxide removed from the cathodic surface (41).
030036/0690030036/0690
Wenn ein pulsierender Strom zur Anwendung kommt, kann direkt pulsierender Strom verwendet werden, oder gleichgerichteter Wechselstrom oder qleichgerichteter Wechselstrom halber Wellenlänge. Vorzugsweise wird ein direkt pulsierender ^trom mit einer Frequenz von etwa 10 bis etwa 40 Cyclen pro Sekunde, vorzugsweise etwa 20 bis etwa 30 Cyclen pro Sekunde verwendet.If a pulsating current is used, pulsing current can be used directly, or more rectified Alternating current or rectified alternating current of half wavelength. Preferably a direct pulsating current with a frequency of about 10 to about 40 cycles per second, preferably about 20 to about 30 Cycles per second used.
T)XR aus der Zelle gewonnene Katholvtflüssigkeit enthält üblicherweise mehr als 20 Gew. % Alkalihydroxyd. Wenn bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die permionische Membran (3 3) eine Membrane ist, die Karhoxylsäuregruppen enthält, wie es vorstehend beschrieben wurde, kann die Xatholytflüssigkeit mehr als 30 bis 35 %, beispielsweise 4o oder sogar 45 oder nehr Gew. % Alkalihydroxid enthalten. T) XR obtained from the cell catholyte usually contains more than 20 wt.% Alkali hydroxide. If, in a preferred embodiment of the invention, the permionic membrane (3 3) is a membrane which contains caroxylic acid groups, as described above, the xatholyte liquid can contain more than 30 to 35%, for example 40 or even 45 or more% by weight of alkali hydroxide .
können in ^lektrolyse^ell^n (11) F>it "psten Elektrolyten höher sein, als nit konventionellencan in ^ lektrolse ^ ell ^ n (11) F> it "psten Electrolytes higher than with conventional ones
nermionischen Membranen oder in niaphragnazellen. Bei-nermionic membranes or in niaphragm cells. At-
9 mehr als 200 innere pro Q?9,O3 ct1 und Vorzugs-9 more than 200 inner per Q ? 9, O3 ct 1 and preferential
rQhr als 4OO Annerepro q2q,r>3 cm"". pei einen bevcr-r Q hr as 4OO Annerepro q 2 q , r > 3 cm "". p ei a cr-
TimtRn niektrolysevorfahren, ger^'^ß vorliegender Frfindun'', K-Tin «-"if» elektrolyse 1^eI "tromdleiten von Soo odpr 1.21^o ^nppppro ^29 cm' ausgeführt v/erden. Die Stromdichte ist definiert als Gesamtstromdurchgang durch die Zolle, dividiert durch die Oberfläche auf einer Seite der permionischen Membran (33).TimtRn niektrolysevorfahren, ger ^ '^ ß present Frfindun'', K-Tin «-" if »electrolysis 1 ^ eI" tromdleiten von Soo odpr 1.2 1 ^ o ^ nppppro ^ 29 cm' carried out v / earth. The current density is defined as the total current passage through the inch divided by the surface area on one side of the permionic membrane (33).
einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Kathode depolarisiert, um auf diese Weise die Bildung eines gasförmiaen Kathodennroduktes zu vermeiden. Um bei Betrieb diese Oepolarisierung der Kathode aufrecht zu erhalten, wird ein Oxidationsmittel der kathodischen Oberfläche (41) des festen polymeren Elektrolyten (31) zugeführt, während der übliche Katalysatora particularly preferred embodiment of the invention In the process, the cathode is depolarized, in order in this way to cause the formation of a gaseous cathode product to avoid. An oxidizing agent is used to maintain this depolarization of the cathode during operation the cathodic surface (41) of the solid polymer electrolyte (31) fed, while the usual catalyst
030036/0690030036/0690
BADBATH
(43) in Berührung mit der kathodischen Oberfläche (41) des festen polymeren Elektrolyten (31) steht und dadurch die Bildung gasförmiaen Wasserstoffs vermieden. Wenn die Elektrolyseeinrichtung (1) und die elektrolytische Zelle (11) unter erhöhtem Druck gehalten werden, wie es bereits beschrieben wurde, kann dadurch die Entwicklung eines gasförmigen Produktes vermieden werden, so daß die damit verbundenen Probleme nicht auftreten.(43) in contact with the cathodic surface (41) of the solid polymer electrolyte (31) is and thereby the formation of gaseous hydrogen is avoided. If the Electrolysis device (1) and the electrolytic cell (11) are kept under increased pressure, as it was already has been described, the development of a gaseous product can be avoided, so that the associated Problems do not arise.
Bein Verfahren zur Herstellung von Alkalihydroxyd und Chlor durch Elektrolyse von Alkalichloridsolen, beispielsweise einer wässrigen Lösung von Natriumchlorid oder Kaliumchlorid wird die Alkalichloridlösung der Zelle zugeführt, eine Spannung an die Zelle angelegt, so daß sich Chlor an der Anode entwickelt und Alkalihydroxvd im Elektrolyten entsteht, bei Kontakt mit der Kathode. Wasserstoff kann sich dabei an der Kathode entwickeln.In a process for the production of alkali hydroxide and chlorine by electrolysis of alkali chloride sols, for example an aqueous solution of sodium chloride or potassium chloride is used to add the alkali chloride solution to the cell, a voltage is applied to the cell, so that chlorine develops at the anode and alkali hydroxide in the electrolyte occurs when it comes into contact with the cathode. Hydrogen can develop at the cathode.
Die Gesamtanodenreaktion ist die folgende:The overall anode reaction is the following:
2 Cl" *C12 + 2e~ (1) 2 Cl "* C1 2 + 2e ~ (1)
die Gesamtreaktion an der Kathode läßt sich durch folgende Gleichung wiedergeben:the overall reaction at the cathode can be expressed as follows Express the equation:
2 H2O + 2e~ *H2 + 20H~ (2) 2 H 2 O + 2e ~ * H 2 + 20H ~ (2)
nräziser wird die Kathodenreaktion dargestellt durch: H2O + e" »Had8 + OH" (3) n räziser the cathode reaction is represented by: H 2 O + e "" H ad8 + OH "(3)
wobei einatomiger Wasserstoff an der Oberfläche der Kathode adsorbiert wird. In alkalischem Medium kann der adsorbierte Wasserstoff beim Desorbieren alternativ sich nach 2 Reaktionen umsetzen:whereby monatomic hydrogen is adsorbed on the surface of the cathode. In an alkaline medium, the adsorbed Alternatively, hydrogen can be converted after 2 reactions when desorbing:
2 « , * Hn oder (4)2 «, * H n or (4)
ad.s 2. ad.s 2.
Hads + H2° + e" *H2 + H0~ (5) H ads + H 2 ° + e "* H 2 + H0 ~ (5)
030036/0690030036/0690
BAP ORIGINALBAP ORIGINAL
Der Wassers toffdesorbtionsr,chritt, d.h. Reaktion (4) oder Reaktion (5) ist der, die Wasserstoffüberspannung bestimmende Schritt. Er ist der geschwindigkeitssteuernde Schritt und seine Aktivierungsenergie steht in direkter Beziehung zur kathodischen Wasserstoffüberspannung. Die Kathodenspannung zur Entwicklung von Wasserstoff nach Reaktion (2) liegt in der Größenordnung von etwa 1,5 bis etwa 1,6 Volt, gegen eine gesättigte Calomel-Elektrode auf Eisen in basischem Medium, wobei der Wasserstoffüberspannungsanteil etwa 0,4 bis 0,5 Volt beträgt.The hydrogen desorption step, i.e. reaction (4) or reaction (5) is that of hydrogen overvoltage determining step. It is the speed-controlling step and its activation energy is direct Relationship to cathodic hydrogen overvoltage. The cathode voltage for the development of hydrogen after reaction (2) is of the order of magnitude 1.5 to about 1.6 volts, against a saturated calomel electrode on iron in a basic medium, with the hydrogen overvoltage component is about 0.4 to 0.5 volts.
Ein Verfahren zur Reduzierung der Kathodenspannung besteht darin, Ersatzreaktionen für die Entwicklung gasförmigen Wasserstoffes vorzusehen, das heißt, eine Reaktion zu ermöglichen, bei der ein flüssiges Produkt anstelle von gasförmigem Wasserstoff gebildet wird. Beispielsweise kann Wasser durch ein, der Kathode zugeführtes Oxidationsmittel gebildet werden. Das Oxidationsmittel kann ein crasförmiqes oxidationsmittel sein, wie Luft, Fauerstoff oder dergleichen. ^s können a^er auch Oxidationsmittel in flüssiger Form verwendet werden, wie rTasserstof fperoxyd, Hydroperoxvde, Peroxysäuren oder dergleichen.One method of reducing the cathode voltage is to provide substitute reactions for the evolution of gaseous hydrogen, that is, to enable a reaction in which a liquid product is formed instead of gaseous hydrogen. For example, water can be formed by an oxidizing agent fed to the cathode. The oxidizing agent can be a crash-shaped oxidizing agent, such as air, oxygen or the like. ^ s can he be used in liquid form and oxidizing agents such as rT asserstof fperoxyd, Hydroperoxvde, peroxyacids or like a ^.
TTenn als Oxidationsmittel Sauerstoff, beispielsweise in von Luft oder gasförmigem Gauerstoff verwendet wird, folgende Reaktion an der Kathode ablaufen: ■ TT hen as the oxidant is oxygen, for example, used in air or gaseous substance Gauer, run the following reaction at the cathode: ■
O2 + 2 H0O + 4e~ >4 0H~ (6)O 2 + 2 H 0 O + 4e ~> 4 0H ~ (6)
Tj^r3O τ= oSiVt-ion kann auch als Elektronenüberrrangsreaktion formuliert werden:Tj ^ r 3 O τ = oSiVt-ion can also be formulated as an electron superordinate reaction:
0? + H2O + 2e~ d HO7"" + oh" (7)0 ? + H 2 O + 2e ~ d HO 7 "" + oh "(7)
wobei dann sich eine Oberflächenreaktion anschließt: 2 HO2" * O2 + 2 OH" (8)where a surface reaction then follows: 2 HO 2 "* O 2 + 2 OH" (8)
030036/0690030036/0690
BADORIGINALBAD ORIGINAL
Es wird angenommen, daß die überwieaenöe Reaktion an der hydrophoben Oberfläche die Peaktion (7) ist und die Reaktion (8) an der Oberfläche der Katalvsatorteilchen (43) abläuft. Diese Katalvsatorteilchen sind disperaiert in und durch die kathodische Oberfläche (41) des festen polymeren Elektrolyten (31). Die Katalysatorteilchen schließen die Teilchen des nachfolgend beschriebenen ElektroVatalysators ein. Auf diese t-'eise wird die hohe Wasserstoff-Überspannung beim Desorbtionsschritt vermieden.It is believed that the predominant response to the hydrophobic surface is the reaction (7) and the reaction (8) runs off the surface of the catalyst particles (43). These catalyst particles are dispersed in and through the cathodic surface (41) of the solid polymeric electrolyte (31). Close the catalyst particles the particles of the electro-catalyst described below. This is how the high hydrogen overvoltage occurs avoided in the desorption step.
Wenn das Oxidationsmittel eine Peroxy-Verbindung ist, wird anaenorimen, daß folgende Reaktion an der Kathode abläuft:If the oxidizing agent is a peroxy compound, will anaenorimen that the following reaction takes place at the cathode:
RCOO" + 2 H2O + 2e~ bRCOH + 3 OH~ (9).RCOO "+ 2H 2 O + 2e ~ bRCOH + 3 OH ~ (9).
Diese Reaktion wird als Elektronenüberganqsreaktion mit anschließender Oberflächenreaktion angesehen.This reaction is called electron transfer reaction subsequent surface reaction viewed.
oraanische Oxidationsmittel eind solche organischen Verbindungen, die eine reduziertere Peroxy-Gruope (C-O-O-) enthalten. Geeignete Oxidationsmittel sind organische "eroxyde, organische Hydroperoxyde, organische Persäuren, auch Peroxysäuren genannt. Eine bevorzugte Gruppe organischer Oxidationsmittel sind organische Hydro peroxyde. Ganz besonders bevorzugte organische Oxidations mittel sind organische Hydro-Peroxyde von Alkoholen, die in allen Konzentrationen in V7asser löslich sind. Ebenso bevorzugt und geeignet sind Hydroperoxyde von Alkoholen mit begrenzter Löslichkeit in Wasser oder auch solche mit geringer Wasserlöslichkeit. Beispielsweise hervorragend geeignet sin^1 Hydroperoxyde, wie Methyl Hydroperoxyd des Methylalkohols, Äthyl Hydroperoxyd des Äthylalkohols, h-Propyl-HydroOeroxyd des n-Propyl-Alkohols, i-Propyl-Hydroxyd des i-Propyl-Alkohols und t-Butyl-Hydroperoxyd des t-Butyl-Alkohols. Aber brauchbar für das erfindungsgem^ße Verfahren sind auch Hydroperoxyde von Alkoholen mit begrenzter Löslichkeit in Wasser, wie η-Butyl-Hydroperoxyd des η-Butyl-Alkohols, sec-Butyl-Hydroperoxyd des sec-Butyl-Alkohols, i-^utyl-Hydroperoxyd des i-Butyl-Alko-Organic oxidizing agents and organic compounds containing a reduced peroxy group (COO-). Suitable oxidizing agents are organic eroxides, organic hydroperoxides, organic peracids, also called peroxyacids. A preferred group of organic oxidizing agents are organic hydroperoxides. Very particularly preferred organic oxidizing agents are organic hydroperoxides of alcohols, which are soluble in water in all concentrations. also preferred and suitable hydroperoxides of alcohols having limited solubility in water or even those with low water solubility. For example, highly suitable sin ^ 1 hydroperoxides such as methyl hydroperoxide of methyl alcohol, ethyl hydroperoxide of ethyl alcohol, h-propyl-HydroOeroxyd of n-propyl alcohol , i-propyl hydroxide of i-propyl alcohol and t-butyl hydroperoxide of t-butyl alcohol, but hydroperoxides of alcohols with limited solubility in water, such as η-butyl hydroperoxide, are also useful for the process according to the invention of η-butyl alcohol, sec-butyl hydroperoxide of sec-butyl-A alcohol, i- ^ utyl-hydroperoxide of i-butyl-alcohol
030036/0690030036/0690
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
hols und t-Pentyl-Hydroperoxyd des t-Pentyl-Alkohols. Alternativ können aber auch zur kathodischen Reaktion Hydroperoxyde benutzt werden, die aus wenig löslichen Alkoholen hergestellt sind, wie n-Pentyl-Hydroperoxyd mittels n-Pentyl-Alkohols, i-Pentyl-Hydroperoxyd des i-Pentyl-Bilkohols, s-Pentyl-Hydroperoxyd des s-Pentyl~ Alkohols, Neopentyl-Hydroperoxyd des Neopentyl-Alkohols. Ebenso brauchbar sind Cuiren-Hydroperoxyd des Cumyl Alkohols und ethylbenzol Hydroperoxyd des Methyl-Phenyl-Carbinolshols and t-pentyl hydroperoxide of t-pentyl alcohol. Alternatively, however, hydroperoxides can also be used for the cathodic reaction, which are made from sparingly soluble Alcohols are made, such as n-pentyl hydroperoxide by means of n-pentyl alcohol, i-pentyl hydroperoxide des i-Pentyl alcohol, s-pentyl hydroperoxide of s-pentyl Alcohol, neopentyl hydroperoxide of neopentyl alcohol. Cuiren hydroperoxide of cumyl alcohol can also be used and methyl-phenyl-carbinol ethylbenzene hydroperoxide
Eine andere Gruppe von Hydroperoxyden, die als Oxidationsmittel beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können, sind Dihydroperoxyde. Dihydroperoxyde von Glycolen werden dem Katholytraum der elektrolytischen Zelle zucreführt, wie es bereits erläutert wurde. Bevorzugte Dihydroperoxyde sind solche, die vollständig mit Wasser mischbar sind, oder solche, die mindestens partiell in wasser löslich sind, nie bevorzuaten Dihydroperoxyde sind die Dihydroperoxyde von C, bis Cj0 Alkylgruppen mit Dihydroneroxvden, Mlryl'-'.ptten von Cr 'nig <"*-.,_ f^.nz besonders bAnother group of hydroperoxides which can be used as oxidizing agents in the process of the invention are dihydroperoxides. Dihydroperoxides of glycols are fed to the catholyte space of the electrolytic cell, as has already been explained. Preferred Dihydroperoxyde are those which are fully miscible with water, or those which are at least partially soluble in water, never PREFERRED Dihydroperoxyde are the Dihydroperoxyde of C, to Cj 0 alkyl groups having Dihydroneroxvden, Mlryl '-'. Ptten of C r 'nig <"* -., _ f ^ .nz especially b
Dlh^droperoxvcie sind Hexan-^ihvdroneroxvd,Dlh ^ droperoxvcie are Hexan- ^ ihvdroneroxvd,
Octan-Dihyöroneroxyd, Nonan-riihydroperoxyd, und npcan-Dihydroperoxyd.Octane Dihyöroneroxyd, Nonan-riihydroperoxyd, and npcan dihydroperoxide.
Venn Alkohole, Ketone, Aldehyde und Glycole hier erv/ähnt worden, ist davon auszugehen, daß sie nur als Zwischenprodukte entstehen und dann weiter reagieren durch Dehydrierung un olefine und Kther su bilden oder mit anderen Zusätzen, e organischen .Tiuren, um ^ster oder \l\oholate ^it Ml-a- zn ^ildon. ';enn da«? "vischenprodukt oin '13·'ohoI ist, i'er Mi'ohol '-reiter reagieren, um pin "vther zu Hü den. Der alkohol kann von der ?lellflüssigkeit getrennt werden, un zum vther umgesetzt zu werden, beispielsweise durch ein .Alkylierungsmittel wie Alkylsulfat. Wenn also das organische Oxidationsmittel tertiäres Butyl-Hydroperoxyd ist, als Zwischenprodukt aus dem Katholytraum tertiär-Rutylalkohol abgezogen.Been erv / ähnt here Venn alcohols, ketones, aldehydes and glycols is to assume that they arise only as intermediates, and then react further by dehydrogenation un olefins and form K ther su or with other additives, e organic .Tiuren to ^ the-art or \ l \ oholate ^ it Ml-a- zn ^ ildon. '; enn there «? "Mixed product oin '13 · 'ohoI is, i'er Mi'ohol' -reiter react to pin" vther. The alcohol may from? Lellflüssigkeit be separated, un to be implemented v ther to, for example, a .Alkylierungsmittel as alkyl sulfate. So if the organic oxidizing agent is tertiary butyl hydroperoxide, tertiary rutyl alcohol is withdrawn as an intermediate product from the catholyte space.
030038/0890030038/0890
Der tertiäre Butylalkohol kann aus der Zelle abgezogen werden, wird dann von der Zellflüssigkeit getrennt, beispielsweise durch Destillation und dann mit Methylsulfat umgesetzt, um Methyl-Tertiär-Butyläther zu bilden. Methyl-Tertiär-Butyläther ist als Schmierölzusatz verwendbar. The tertiary butyl alcohol can be withdrawn from the cell, is then separated from the cell fluid, for example by distillation and then reacted with methyl sulfate to form methyl tertiary butyl ether. Methyl tertiary butyl ether can be used as a lubricating oil additive.
Besonders erwünschte Hydroperoxyde sind diejenigen, die Alkohole ergeben, die in allen Verhältnissen in Wasser löslich sind und für die verschiedensten Zwecke weiterverwendet werden können. t-Butyl-Hydroperoxyd bildet t-Butyl Alkohol als kathodisches TReductionsprodukt. t-Butyl Alkohol kann als Anti-Klopfmittel für Automobiltreibstoffe verwendet werden.Particularly desirable hydroperoxides are those which give alcohols in all proportions in water are soluble and can be used for a wide variety of purposes. forms t-butyl hydroperoxide t-butyl alcohol as a cathodic reduction product. t-Butyl alcohol can be used as an anti-knock agent for automotive fuels.
Dialkylperoxyde haben die Formel R..OOR_, wobei R- und R» die folgenden Gruppen sein können: - CH-, -C Hg, - C3H7, -C4Hg, -CH9CH = CH2. Für das erfindungsgemäße Verfahren können aber auch alle anderen Dialkylperoxyde, die in Wasser oder organischen Lösungsmitteln löslich sind, verwendet werden. Neben Dialkylperoxyden sind auch Polyoxyde der allgemeinen Formel R-O R3 brauchbar, wenn n3 oder 4 ist. Ebenso können Cycloperoxyde der Formel R1J-O-O-R2 für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden.Dialkyl peroxides have the formula R..OOR_, where R- and R »can be the following groups: - CH-, -CH g , - C 3 H 7 , -C 4 Hg, -CH 9 CH = CH 2 . However, all other dialkyl peroxides which are soluble in water or organic solvents can also be used for the process according to the invention. In addition to dialkyl peroxides, polyoxides of the general formula RO R 3 can also be used when n is 3 or 4. Cycloperoxides of the formula R 1 JOOR 2 can also be used for the process according to the invention.
Peroxysäuren, bekannt als Persäuren, haben die Formel R(CO-H), wobei R folgenden Bedeutung haben kann: -H, -CH3, -CH2Cl, -C2H5, -Cn-C3H7), -(1-C4H9), -Cn-C5H11). Es können aber auch alle anderen Persäuren, die in Wasser oder in organischen Lösungsmittel löslich sind, für die Zwecke der Erfindung verwendet werden. Ebenso können Acyl, Peroxyle oder Vorstufen anderer Peroxysäuren für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden. Das gilt in gleicher Weise für Aryl-Diperoxysäure.Peroxy acids, known as peracids, have the formula R (CO-H), where R can have the following meanings: -H, -CH 3 , -CH 2 Cl, -C 2 H 5 , -Cn-C 3 H 7 ), - (1-C 4 H 9 ), -Cn-C 5 H 11 ). However, all other peracids which are soluble in water or in organic solvents can also be used for the purposes of the invention. Likewise, acyl, peroxyls or precursors of other peroxy acids can be used for the process according to the invention. This also applies to aryl diperoxy acid.
030036/0690030036/0690
BADBATH
Das erfindungsgemäße Verfahren wird zwar bezüglich der organischen Oxidationsmittel beispielhaft durch organische Peroxyde, organische Hydroperoxyde (mit der allgemeinen Formel R-O-O- H) und anorganischen Peroxysäuren (mit der allgemeinen Formel RCO3H) beschrieben, es ist aber selbstverständlich, daß die verschiedensten Derivate organische Oxidationsmittel ebenso verwendet werden können, beispielsweise Salze von organischen Oxidationsmitteln, das sind Salze organischer Hydroperoxyde mit der Formel R-O-O-M) und Salze organischer Peroxysäuren der Fornel RCO 'T, wobei M ein Kation ist. In der Regel ist M ein Alkali oder ein Erdalkalikation oder ein Ammonium Radikal. Es kann aber auch Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium oder Cäsium sein, wobei die am häufigsten verwendeter. Kationen Natrium oder Kalium sind. Bei den Erdalkalien Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontitim und Barium sind Magnesium oder Calciun am meisten bevorzugt. Mlrra^jn gilt, wenn die Katholytflüssigkeit ein wnssrigps .Mkalihydroxyd aufweist (MOH), liegt das organische Oxidationsmittel entweder in der sauren Form vor, beispielsweise R-O-O-R, RCO3H oder als Alkalisalz R-O-O-M, RCO3M, wobei M das gleiche Alkalimetall ist im T'ydroxyd und im organischen Oxidationsmittel.The process according to the invention is described with respect to the organic oxidizing agents, for example, by organic peroxides, organic hydroperoxides (with the general formula ROO-H) and inorganic peroxy acids (with the general formula RCO 3 H), but it goes without saying that the most varied of organic oxidizing agents It is also possible to use, for example salts of organic oxidizing agents, that is, salts of organic hydroperoxides with the formula ROOM) and salts of organic peroxy acids of the formula RCO 'T, where M is a cation. As a rule, M is an alkali or an alkaline earth cation or an ammonium radical. But it can also be lithium, sodium, potassium, rubidium or cesium, the most commonly used. Cations are sodium or potassium. Among the alkaline earths beryllium, magnesium, calcium, strontite and barium, magnesium or calcium are most preferred. If the catholyte liquid has an aqueous potassium hydroxide (MOH), the organic oxidizing agent is either in the acidic form, for example ROOR, RCO 3 H or as the alkali salt ROOM, RCO 3 M, where M is the same alkali metal T'ydroxyd and in the organic oxidizing agent.
dem erfindungsgemMßen Verfahren unter Verwendung organischer Peroxyde wird das Kathodenreaktionsprodukt des Oxidationsmittels aus dem Katholytraum (45) zusammen mit der Zellflüssigkeit abgezogen. Die kathodischen Reduktionsprodukte des Oxidationsmittels können teilweise oder vollständig gasförmig sein, oder Dämpfe wie Methylalkohol, Äthylalkohol, n-Propylalkohol, i-Pronylalkohol, oder t-Butylalkohol. Die entstehenden Produkte können jedoch auch als Flüssigkeit, zusammen mit der Zellflüssigkeit abgezocren werden. Derartige Flüssigkeiten sind Methylalkohol, n-Propylalkohol, i-Propylalkohol, t-Butylalkohol, sec-Butylalkohol, i-Butylalkohol, n-Butylalkohol, oder t-Pentylalkohol, n-Pentylalkohol, i-Pentylalkohol oder Amylalkohol.the method of the invention using organic Peroxide becomes the cathode reaction product of the oxidizing agent from the catholyte space (45) along with withdrawn from the cell fluid. The cathodic reduction products of the oxidizing agent can be partially or completely be gaseous, or vapors such as methyl alcohol, ethyl alcohol, n-propyl alcohol, i-pronyl alcohol, or t-butyl alcohol. However, the resulting products can also be zocren as a liquid, together with the cell fluid will. Such liquids are methyl alcohol, n-propyl alcohol, i-propyl alcohol, t-butyl alcohol, sec-butyl alcohol, i-butyl alcohol, n-butyl alcohol, or t-pentyl alcohol, n-pentyl alcohol, i-pentyl alcohol or amyl alcohol.
030036/0890030036/0890
BAD ORIGlMAJBAD ORIGlMAJ
Das kathodische Produkt kann auch als Emulsion oder Suspension mit überschüssigen Anteilen schlechtlöslicher Alkohole anfallen, beispielsweise mit sec-Butylalkohol, i-Butylalkohol, n-Butylalkohol, t-Pentylalkohol, n-Pentylalkohol, i-Pentylalkohol oder Amylalkohol. Wenn das kathodische P.eaktionsprodukt des Oxidationsmittels entweder als Gas oder als Gas und Flüssigkeit abgezogen wird, wird das Produkt abgetrennt vom Wasserdampf und der Gasphase gewonnen. Das aus der Zelle gewonnene kathodische Reaktionsprodukt kann aber auch in rein flüssiger Form entweder als Lösung mit Wasser oder als Suspension oder als Emulsion mit Wasser gewonnen werden. Diese Form tritt auf, wenn es sich um Methylalkohol, Äthylalkohol, n-Propylalkohol, i-Propy!alkohol, n-Buty!alkohol, i-Butylalkohol, sec-Butylalkohol, t-Buty!alkohol, t-Pentylalkohol, n-Pentylalkohol, i-Pentylalkohol, Neopentylalkohol oder s-Pentylalkohol handelt. In diesen Fällen wird das kathodische Reaktionsprodukt von der Zellflüssigkeit durch bekannte ^erfahren getrennt, wie fractionierte Destillation, Extraction, Absorption, Strippen oder andere Phasenseparationstechniken oder dergleichen.· Bei einer Ausfuhrungsform der Erfindung wird t-Butylalkohol während der Klektrolyse von Natriumchloridsole gewonnen. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird Natriumchloridsole in den .Anolytraum (39) der Elektrolysezelle eingebracht und t~Butyl-Hydroperoxyd wird dem Katholytraum (45) der- Zelle zugeführt und ein elektrischer strom von der Anode (37) der Zelle (11) zur Kathode (43) der Zelle (11) geleitet, wodurch sich Chlor an der Anode entwickelt und t-Butylalkohol und Aceton sich in dem Katholytraum bilden. Eine wässrige ^atholytflüssigkeit,enthaltend Natriumhydroxyd, t-Butylalkohol, Aceton und überschüssige t-Butylhydroperoxyde wird aus dem Katholytraum (45) der Zelle abgezogen. Die zugeführte Lösung von Tertiärbutyl-Hydroperoxyd und t-Butylakohol bilden ein Aceotrop, so daß durch Destillation eine Rückgewinnung aus der Zellflüssigkeit möglich ist. Das Aceotrop enthält 11,76 % Fasser und 38,24 % t-Butylalkohol.The cathodic product can also be obtained as an emulsion or suspension with excess proportions of poorly soluble alcohols, for example with sec-butyl alcohol, i-butyl alcohol, n-butyl alcohol, t-pentyl alcohol, n-pentyl alcohol, i-pentyl alcohol or amyl alcohol. When the cathodic reaction product of the oxidizing agent is withdrawn either as a gas or as a gas and liquid, the product is separated from the water vapor and recovered from the gas phase. The cathodic reaction product obtained from the cell can also be obtained in purely liquid form either as a solution with water or as a suspension or as an emulsion with water. This form occurs when it is methyl alcohol, ethyl alcohol, n-propyl alcohol, i-propyl alcohol, n-butyl alcohol, i-butyl alcohol, sec-butyl alcohol, t-butyl alcohol, t-pentyl alcohol, n-pentyl alcohol , i-pentyl alcohol, neopentyl alcohol or s-pentyl alcohol. In these cases, the cathodic reaction product is separated from the cell fluid by known techniques, such as fractional distillation, extraction, absorption, stripping or other phase separation techniques or the like. In one embodiment of the invention, t-butyl alcohol is obtained during the electrolysis of sodium chloride brine. In this embodiment of the invention, sodium chloride brine is introduced into the anolyte space (39) of the electrolytic cell and t-butyl hydroperoxide is fed to the catholyte space (45) of the cell and an electric current from the anode (37) of the cell (11) to the cathode (43) the cell (11) routed to chlorine thereby evolved at the anode, and t-butyl alcohol and A ceton in the catholyte form. An aqueous ethyl acetate liquid containing sodium hydroxide, t-butyl alcohol, acetone and excess t-butyl hydroperoxides is drawn off from the catholyte space (45) of the cell. The supplied solution of tertiary butyl hydroperoxide and t-butyl alcohol form an aceotrope so that it can be recovered from the cell fluid by distillation. The aceotrope contains 11.76% barrel and 38.24% t-butyl alcohol.
030036/0690030036/0690
BADBATH
Bei der Ausführung?;form der Erfindung, bei dem. mit einen Überschuß von tertiär-Butyl-Hydroperoxydzufluß in der Flelle gearbeitet wird, wird der t-Butylalkohol als Aceotrop gewonnen, das Natriumhydroperoxyd als Salz kann auskristallisieren aus der konzentrierten wässrigen Lösung von NaOH wenn die Lösung mehr als 40 Gew.% "atriumhydroxyc? enthält. Das Natriumsalz des t-^utyl-Hydroperoxydes kann dann im Kreislauf dem "athoIyträum (45) der Zellen (11 und 13) wieder zugeführt werden. Fei einer weiteren ?usfi"hrungsform dor Erfindung kann die Zellflüssigkeit ein^r weiteren Zelle (13) zugeführt werden, beispielsweise dom Katholytraum (45), um dadurch die Katholytflüssigkeit im Alkalihydroxydgehalt zu erhöhen und den Gehalt an organischem Oxidationsmittel zu vermindern. Das verbleibende Oxidationsmittel kann dann weiterhin in der anschließenden oder den anschließenden Zellen gebraucht werden mit den Zellflüssigkeiten, um mehr Nebenprodukte bei der Elektrolyse gewinnen zu können, beispielsweise mehr Ketone, Aldehyde, Säuren, Alkohole oder Glycole und Alkalihydroxydlösungen mit höherer Konzentration. Bei dieser Ausführungsform wird eine Serienströmung der Katholytflüssigkeit durch die bipolare Tllektrolyseeinrichtung (1) verwendet.In the execution?; Form of the invention in which. with one Excess of tertiary butyl hydroperoxide flow in the When work is carried out, the t-butyl alcohol is used as an aceotrope obtained, the sodium hydroperoxide as salt can crystallize out from the concentrated aqueous solution of NaOH if the solution contains more than 40% by weight of "atriumhydroxyc". The sodium salt of the t- ^ utyl hydroperoxide can then be im Circulation to the "atholy space (45) of the cells (11 and 13) be fed back. For a further embodiment According to the invention, the cell fluid can be further Cell (13) are supplied, for example dom catholyte (45) to thereby reduce the catholyte liquid in the alkali hydroxide content to increase and to reduce the content of organic oxidizing agent. The remaining oxidizer can then continue to be used in the subsequent cell or cells with the cell fluids, to be able to obtain more by-products from electrolysis, for example more ketones, aldehydes, acids, Alcohols or glycols and alkali hydroxide solutions with higher concentration. In this embodiment there is a series flow the catholyte liquid through the bipolar electrolysis device (1) used.
nei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Oxidationsmittel aber auch ein Redox-Svstem sein, bei dem das Oxidationsmittel im Innern der Zelle reduziert wird und anschließend außerhalb der Zelle die Wiederoxidation erfolgt, um das Oxidationsmittel im Kreislauf führen zu können. Ein aebräuchliches Redox-System ist eine FuDferverbindung, die als Cu-II-Verbindung der Zelle zugeführt wird und als reduzierte Cu-I-Verbindung an der Kathode (43) anfällt und aus dem KathoIyträum in diesem Zustand abgezogen wird. Die Cuprο-Verbindung kann anschließend wieder zur Cupri-Verbindung außerhalb der Elektrolyseeinrichtung (1) oxidiert werden und erneut dem Kreislauf zugeführt werden. Gebräuchliche Kupferverbindungen für diesen Zweck sind Chelat-Verbindungen, wie Phthalocyanine. In a further embodiment of the method according to the invention, the oxidizing agent can also be a redox system in which the oxidizing agent is reduced inside the cell and then reoxidation takes place outside the cell in order to be able to circulate the oxidizing agent. A common redox system is a FuDferverbindungen that is supplied to the cell as a Cu-II compound and accumulates as a reduced Cu-I compound at the cathode (43) and is withdrawn from the cathode chamber in this state. The Cuprο connection can then be oxidized again to the Cupri connection outside the electrolysis device (1) and fed back into the circuit. Common copper compounds for this purpose are chelate compounds such as phthalocyanines.
030036/0690030036/0690
'BAD ORIGINAL'BAD ORIGINAL
Als Redox-System ist jedoch auch ein Chinon-Hydroquinon-Redox-System brauchbar für die Zwecke der Erfindung. Bei dieser Verfahrensweise wird Ouinon elektrolytisch zu Hydrochinon reduziert an der Kathode (43) und Hydrochinon wird aus der Katholytflüssigkeit (45) gewonnen, und außerhalb der Zelle zu Chinon oxidiert.However, a quinone-hydroquinone redox system is also used as a redox system useful for the purposes of the invention. With this procedure, Ouinon becomes electrolytic Hydroquinone is reduced at the cathode (43) and hydroquinone is obtained from the catholyte liquid (45), and outside oxidized to quinone in the cell.
Nach einer weiteren Ausfuhrungsform 'des erfindungsgemäßen Verfahrens können auch feste Sauerstoffträger dem KatholytrauTP. (45) zugeführt werden,und teilweise freier Sauerstoff zurückgewonnen werden. Zu derartigen Verbindungen gehören Mangan (II)-Komplexe, fibergangsinetall-Pthalocyanin -Tetrasulfonatkomplexe und binucleare Kupfer (II)-Komplexe -"it T-Phenyl-1,3,5-Hexantriorat.According to a further embodiment 'of the invention Process can also use solid oxygen carriers to the catholyte TP. (45) are supplied, and partially free oxygen to be recovered. Such compounds include manganese (II) complexes, transition metal pthalocyanine tetrasulfonate complexes and binuclear copper (II) complexes - "it T-phenyl-1,3,5-hexane trietate.
Der kathodische Katalysator, der für diese Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann, hat die Eigenschaften eines H02~-Disproportionierungs~ katalysators.The cathodic catalyst which can be used for these embodiments of the process according to the invention has the properties of a H0 2 disproportionation catalyst.
Das ist ein Katalysator, der in der Lage ist, die folgende Oberflächenreaktion zn katalysieren:This is a catalyst that is able to catalyze the following surface reaction:
2 HO2 9 O2 + ?.OH~ (10)2 HO 2 9 O 2 +? .OH ~ (10)
Der Katalysator kann aber auch die Elektronenübertragungsreaktion katalysieren:The catalyst can also catalyze the electron transfer reaction:
~~ + 0H~ i11>~~ + 0H ~ i11 >
Der Katalysator sollte aber chemisch bestHndio gegenüber der Kathoiytflüssigkeit sein.The catalyst should, however, be chemically resistant be the catholyte.
Zufriedenstellende H02~-Disproportionierunqskatalysator sind Kohlenstoff, die f?bergangsmetalle der Gruppe VIII, wie Eisen, Kobalt, Nickel, Palladium, Ruthenium, Rodium, Platin, Osmium, Iridium und Verbindungen dieser Elenente.Satisfactory H0 2 ~ -Disproportionierunqskatalysator are carbon, the f? Transition metals of Group VIII such as iron, cobalt, nickel, palladium, ruthenium, rhodium, platinum, osmium, iridium and compounds of these Elenente.
030036/0690030036/0690
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
Katalysator sind aber auch geeignet, Kupfer, ^xyde von Blei. Die übergangsmetalle können anwesend sein in metallischer Form, als Legierungen und als intermetalle Verbindungen. TTenn beispielsweise "Tickel venrpndet wird, kann es gemischt werden mit M.o, Ta oder Ti. Diese Mischung erlaubt das Aufrechterhalten einer niedrigen Kathodenspannung über lange Elektrolysezeiten.Catalysts are also suitable, copper, ^ xyde of lead. The transition metals can be present in metallic form, as alloys and as intermetallic compounds. If, for example, Tickel is used, it can be mixed with M .o, Ta or Ti. This mixture allows a low cathode voltage to be maintained over long electrolysis times.
Jedes Metall der Gruppen III, IV, V, VI, VII, I, II oder IHb, einschließlich ihrer Legierungen und Mischungen können verwendet werden, wenn das Metall oder die Legierungen gegenüber der Katholytflüssigkeit beständig sind als Beschichtuncren für die Kathode (43) oder als Katalysator an der oberflache der permionischen Membran (33).Any group III, IV, V, VI, VII, I, II or IHb metal, including their alloys and mixtures, can can be used when the metal or alloys are resistant to the catholyte liquid as coating substrates for the cathode (43) or as a catalyst on the surface of the permionic membrane (33).
Ferner können feste Metalloide, wie Phthalocyanine der Metalle der Gruppe VIII, Perovskite, T<Tolf rambronzen, Spinelle, Delafossite und Pyrochlore und andere als Katalysatoren für die katalytische Oberfläche (43) an der Membran (33) verwendet werden. Besonders bevorzugte Katalysatoren sind diejenigen der Platinmetalle und Verbindungen der Platinmetalle, wie Oxyde, Carbide, Silicide, Phosphide und Nitride und zwischenmetallische Verbindungen und Oxyde davon, beispielsweise in der Rutilform RuO-TiO0 die halbleitende Eigenschaften hat.Furthermore, solid metalloids such as phthalocyanines of the metals of group VIII, perovskites, T <t olf rambronzen, spinels, delafossite and pyrochlores and others can be used as catalysts for the catalytic surface (43) on the membrane (33) . Particularly preferred catalysts are those of the platinum metals and compounds of the platinum metals, such as oxides, carbides, silicides, phosphides and nitrides and intermetallic compounds and oxides thereof, for example in the rutile form RuO-TiO 0 which has semiconducting properties.
"ach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der kathodische Elektrokatalysator ein Elektronen-Transferkatalysator für die folgende Reaktion:"A further embodiment of the invention is the cathodic electrocatalyst an electron transfer catalyst for the following reaction:
HO + e~ ^ OH" + HHO + e ~ ^ OH "+ H
Dafür geeignet sind insbesondere die Boride der t'rbergangsmetalle. Die Boride der Übergangsmetalle weisen die erforderliche chemische Beständigkeit gegenüber konzentrierten wässrigen Alkalihydroxyden auf, haben oberflächenkatalytinche Aktivität für die zuvor erwähnte Reaktion, wenn esThe borides of the transition metals are particularly suitable for this. The borides of the transition metals have the required chemical resistance to concentrated aqueous alkali hydroxides have surface catalysts Activity for the aforementioned reaction if there is
03QQ36/Q&9003QQ36 / Q & 90
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
sich um Diboride von Übergangsmetallen der Gruppe IV, V und VI des Periodensystems handelt. Zu diesen Metallen gehören Titan, Zircon, Hafnium, Vanadium, Niob, (Columbium), Tantal, Chrom, Molybdän und Wolfram, Bevorzugt sind die Übergangsmetalle der Gruppen IV, V und VI, weil deren Boride höhere chemische Beständigkeit aufweisen. Dazu gehören insbesondere Titan, Vanadium, Niob, Columbium, Tantal, Chrom und Wolfram. Ganz besonders bevorzugt wird für die Zwecke der Erfindung Titandiborid, TiB .are diborides of transition metals of group IV, V and VI of the periodic table. These metals include titanium, zircon, hafnium, vanadium, niobium, (columbium), Tantalum, chromium, molybdenum and tungsten, the transition metals of groups IV, V and VI are preferred because of their Borides have higher chemical resistance. These include in particular titanium, vanadium, niobium, columbium, Tantalum, chrome and tungsten. Titanium diboride, TiB, is very particularly preferred for the purposes of the invention.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann eine Zwischenverbindung aus Kohlenstoff und Fluor als kathodischer Katalysator (43) verwendet werden.According to a preferred embodiment of the invention For example, an intermediate compound of carbon and fluorine can be used as the cathodic catalyst (43).
Unter einer Zwischenverbindung aus Kohlenstoff und Fluor wird ein karbonisiertes Material verstanden, das im Graphitschichtengitter kristallisiert. Während beim Graphit die Gitterschichten voneinander etwa 1,41 ^naström Abstand haben, ist der Schichtabstand im vorliegenden Falle größer, mindestens etwa 3,35 Angström, mit Fluoratomen zwischen den Schichten. Die dadurch entstandene Verbindung zwischen Kohlenstoff und Fluor kann als Kohlenstoff-Monofluorid bezeichnet werden mit der empirischen Formel (CF ), in der x-Werte zwischen 0,68 und 0,995 aufweist.An intermediate compound of carbon and fluorine is understood to mean a carbonized material that is in the Graphite layer lattice crystallizes. While in graphite the lattice layers from each other about 1.41 ^ naström Spaced, the layer spacing is greater in the present case, at least about 3.35 angstroms, with fluorine atoms between layers. The resulting bond between carbon and fluorine can be called carbon monofluoride are designated by the empirical formula (CF), in which x has values between 0.68 and 0.995.
"ei einer alternativen Ausführungsform können die Schichten in der Zwischenverbindung aber im wesentlichen auch eben sein, so daß eine Bezeichnung als Tetrakohlenstoff-Monofluorid möglich ist, entsprechend einer empirischen Formel (CF,) wobei x-r<7erte zwischen 0,25 und 0,30 aufweist. Fs handelt sich also um verschiedene Zwischenstadien und nichtstoichiometrische Verbindungen."In an alternative embodiment, the layers in the intermediate connection can also be essentially flat, so that a designation as tetra-carbon monofluoride is possible, according to an empirical formula (CF,) where x- r < 7ths between 0.25 and 0, 30. Fs are thus various intermediate stages and non-stoichiometric compounds.
Diese Zwischenverbindungen von Kohlenstoff und Fluor werden auch als fluorierter Graphit oder Graphit-fluorid bezeichnet. Sie lassen sich charakterisieren durch ihr Infrarotspektrum, das eine Absorptionsbande bei 1.220 cm aufweist. These intermediate compounds of carbon and fluorine are also known as fluorinated graphite or graphite fluoride. They can be characterized by their infrared spectrum, which has an absorption band at 1,220 cm.
030C36/0S90030C36 / 0S90
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
Der Kohlenstoff-Fluor-Zwischenverbindungskatalysator (43) kann aber auch noch zusätzlich den HO -Disproprotionlerungskatalysator enthalten.The carbon-fluorine interconnect catalyst (43) can also use the HO disproprotionation catalyst contain.
gasförmige Oxidationsmittel wie Luft oder Sauerstoff verwendet werden/ sollte der Teil des Katalysators, der den Elektronenübergang ermöglicht, hydrophil sein, während der Teil des Katalysators, der für die Oberflächenree.irtion maßgebend ist, entweder hydrophil oder hydrophob sein sollte, vorzugsweise aber hydrophob. Der Oberflächenreaktionskatalysator ist deshalb hydrophob ober eingebettet in oder angeordnet auf einem hydrophoben Film. Der hydrophobe Film kann ein poröses hydrophobes Material sein, wie Graphit oder ein Film aus einem Fluorkohlenwasserstoff-PolyTneren auf dem Katalysator. Der Oberflächenreaktionskatalysator und der Elektronentransferkatalysator sollten in unmittelbarer Nachbarschaft miteinander angeordnet sein. Das kann dadurch erreicht werden, daß man sie mischt oder daß sie unterschiedliche Oberflächen auf dem gleichen Trägermaterial bilden. Beispielsweise kann ein besonders brauchbarer erwünschter Katalysator in einem mikroporösen Film auf der permionischen Membranoberfläche (41) bestehen, die den katalysator (43) in Form eines hydrophoben mikroporösen FiInes trägt.gaseous oxidizing agents such as air or oxygen the part of the catalytic converter that allows the electron transfer to be hydrophilic, while the part of the catalyst responsible for surface freezing is decisive, should be either hydrophilic or hydrophobic, but preferably hydrophobic. The surface reaction catalyst is therefore hydrophobic or embedded in or arranged on a hydrophobic film. The hydrophobic film can be a porous hydrophobic material such as graphite or a film of a fluorocarbon polymer on the catalyst. The surface reaction catalyst and the electron transfer catalyst should be arranged in close proximity to each other. That can can be achieved by mixing them or by having different surfaces on the same substrate form. For example, a particularly useful desired catalyst can be in a microporous film on top of the permionic membrane surface (41) consist of the catalyst (43) in the form of a hydrophobic microporous FiInes carries.
Mach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Depolarisierungskathode verwendet werden, bei der die Elektroden Tropfelektroden (weeping electrodes) sind, das sind Elektroden, die das Oxidationsmittel heraustreten lassen. T/Tenn derartige Tropfelektroden verwendet werden, wird das Oxidationsmittel durch den Verteiler (51) auf die Katalysatorteilchen (43) aufgebracht und verteilt, wobei Kontakt mit der Katholytflüssigkeit im KathoLyträum (45) vermieden wird. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Oxidationsmittel aber auch durch zweite Verteilereinrichtunaen auf der kathodischen Oberfläche (41) der permionischen Membran oder auf den Katalysatorteilchen (43) eingebracht und verteilt werden.In a further embodiment of the invention, a depolarization cathode will be used in which the electrodes are weeping electrodes, ie electrodes which allow the oxidizing agent to escape. T / T hen drip such electrodes are used, the oxidizing agent is applied through the manifold (51) to the catalyst (43) and distributed, wherein contact with the catholyte in KathoLyträum is avoided (45). In another embodiment, however, the oxidizing agent can also be introduced and distributed through second distribution devices on the cathodic surface (41) of the permionic membrane or on the catalyst particles (43).
OAfSOAfS
- 85 - .: ■"·- -'■■ -"■- 85 -.: ■ "· - - '■■ -" ■
Die Zufuhr des Oxidationsmittels kann gasförmig erfolgen, mit einem Überschuß an Luft oder Sauerstoff. Wenn ein Überschuß von Luft oder Sauerstoff verwendet wird, dient dieser Überschuß als Wärmetauschernedium, un die Temperatur tief genug zu halten, so daß der Dampfdruck des flüssigen Chlor entsprechend niedrig ist. Es können aber auch mehrere Oxidationsmittel gleichzeitig verwendet werden, beispielsweise eine Kombination von Luft und Sauerstoff, oder Luft und Peroxy-Verbindungen oder Sauerstoff und Peroxyverbindungen, oder Luft oder Sauerstoff und ein Redox-System. T-7enn Luft oder Sauerstoff als Oxidationsmittel verwendet werden, sollten sie im wesentlichen frei von Kohlendioxyd sein, um die Carbonatbildung auf der Kathode zu vermeiden.The oxidizing agent can be supplied in gaseous form, with an excess of air or oxygen. If an excess of air or oxygen is used, this excess serves as a heat exchange medium to keep the temperature low enough that the vapor pressure of the liquid chlorine is correspondingly low. However, several oxidizing agents can also be used at the same time, for example a combination of air and oxygen, or air and peroxy compounds, or oxygen and peroxy compounds, or air or oxygen and a redox system. T 7enn air or oxygen is used as an oxidizing agent, they should be essentially free of carbon dioxide to carbonate formation to avoid the cathode.
Die Verwendung einer horizontalen Zelle gibt besondere Vorteile, wenn eine Kathode mit Depolarisierung verwendet wird. Besonders zufriedenstellende Ergebnisse werden bei einer Anordnuna erreicht, bei der die anodische OberflächeThe use of a horizontal cell gives particular advantages when using a cathode with depolarization will. Particularly satisfactory results are achieved with an arrangement in which the anodic surface
(35) der permionischen Membran (33) und der anodische Katalysator (37) auf der Oberseite der permionischen Membran (31) angeordnet sind und die kathodische Oberfläche (41) und der kathodische Katalysator (43) sich auf der unteren ^odepseite der permionischen Membran (33) befinden, dadurch wird das Überfluten des Oxidationskatalysators, d.h. des FIO- -Disproportionierungskatalysators "1It -Mkalihydroxyd vermieden, während das Vorsehen eines dünnen Filmes von AJkalihydroxyd an der MembranoberfItf (A 1) unterhalb der KathodenoberflHche den I'ontakt '■'atalvsator«? (Λ3) "HLt c1flTT1 O(35) of the permionic membrane (33) and the anodic catalyst (37) are arranged on the upper side of the permionic membrane (31) and the cathodic surface (41) and the cathodic catalyst (43) are on the lower side of the permionic membrane (33), thereby flooding the oxidation catalyst, ie the FIO- disproportionation catalyst " 1 It -kali hydroxide, while the provision of a thin film of alkali hydroxide on the membrane surface (A 1) below the cathode surface makes contact" atalvsator «? ( Λ 3)" HLt c 1flTT1 O
030036/0890030036/0890
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
τ'η τ 'η 7.n?s 7.n? S zeinhenlis tecount list
1 Elektrolyseeinrichtung, 11, 13, Elektrolysezelle1 electrolysis device, 11, 13, electrolysis cell
21 Wände ^er Elektrolysezelle, bipolare Einheit,21 walls of the electrolytic cell, bipolar unit,
bipolare Rnckplattenbipolar back plates
23 Anolytbestanriige Oberfläche der Einheit23 Anolyte-resistant surface of the unit
25 Katholytbestnndige nherfläche e'er Einheit25 Catholyte-resistant surface of a unit
31 fester polynerer Plektrolyt31 solid polymeric pick
33 pernionische Membran33 pernionic membrane
35 anodisch«* Oberfläche der permionischen Membran35 anodic «* surface of the permionic membrane
37 chlorentwickelnder FleVtrokatalysator, anodischer ^lektrokatalysator37 chlorine-evolving fleVtrocatalyst, more anodic ^ electrocatalyst
3 π Ptiolvtraun3 π Ptiolvtraun
41 katholische Oberfläche der perrionischen Merb41 Catholic surface of the Perrionic Merb
4 3 kathodischer Elektrokatalysator, kathodischer4 3 cathodic electrocatalyst, cathodic
Hydroxy!-entwickelnder KatalysatorHydroxy! -Developing catalyst
4 5 I'.atho Iy träum4 5 I'.atho Iy dream
51 Verteiler, Federmetalleinrichtung51 Distributor, spring metal device
5 3 7VuR enr and5 3 7 VuR enr and
55, 57 Verteiler, Dichtungen,55, 57 distributors, seals,
61 Dichtunasringe61 sealing rings
71 Fndplatte71 Find disk
R1a SoleTiuführung, Einlaß R1b ?- ο Ie ab führung, Auslaß 83a, 85a Verbindungsöffnungen R3^>, 85b Abzugsöffnungen 87a Solezuführleitung 87h Soleabzucrsleituna P9a, 91a, °3a, 95a Soleverbindungsöffnungen, F.inganqsöffnurgeiR1a brine supply line, inlet R1b ? - ο Ie discharge, outlet 83a, 85a connection openings R3 ^>, 85b discharge openings 87a brine supply line 87h brine supply line P9a, 91a, ° 3a, 95a brine connection openings, F.inqsöffnurgei
^ 1b, "Ob, ^3b, 9 5b Abzugsöffnungen, Abziigsleituncren 1oia Einlaßöffnung io3a, 105a, 107a, 1O9a, 113a Durchlaßöffnungen 1°5a/b KathoIytsflüssigkeitsleitung 111a Katholytzufuhröffnung 111b KathoIytabzugsöffnung 1oia Wasserzuführung, Einlaß iO1b Katholytabführung, Auslaß 115n/b Leitungen für Elektrolyt^ 1b, "Ob, ^ 3b, 9 5b Vents, Abziigsleituncren 1oia inlet port io3a, 105a, 107a, 109a, 113a passage openings 1 ° 5a / b catholyte fluid line 111a catholyte supply opening 111b catholyte withdrawal opening 1oia water inlet, inlet OK1b catholyte discharge, outlet 115n / b lines for electrolyte
1030036/0690 BAD ORIGINAL1030036/0690 BATH ORIGINAL
Bezuqszeichenlisten - FortsetzungReference Lists - continued
121 Wirmeaustauscheinrichtung121 wire exchange facility
133 Leituncr für Elektrolyt133 Conductor for electrolyte
131 offene oder poröse Oherflnche131 open or porous surface
141 offene o^rr poröse Oberfläche141 open o ^ rr porous surface
143 Leitung für Elektrolyt143 Line for electrolyte
030036/0690030036/0690
BADBATH
Claims (1)
Ludwigstr. 67
63 Gießen 1Patent attorney
Ludwigstrasse 67
63 casting 1
dadurch gekennzeichnet, daß es sich um ein Borid oder eine Mischung von Boriden von Titan, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom oder Wolfram handelt.5. The method according to claim 4,
characterized in that it is a boride or a mixture of borides of titanium, vanadium, niobium, tantalum, chromium or tungsten.
dadurch gekennzeichnet, daR man Titanborid in Form von Ti^0 verwendet.6. Procedure after Anbruch 5,
characterized in that R one uses titanium boride in the form of Ti ^ 0.
dadurch gekennzeichnet, daß man Produkt durch die bipolare Einheit abzieht.28. The method according to claim 27,
characterized in that product is withdrawn through the bipolar unit.
dadurch gekennzeichnet, daß die vernetzenden Gruppen der verwendeten Membrane perfluorierte Diene und/oder Divinylbenzol sind.41. The method according to claim 40,
characterized in that the crosslinking groups of the membranes used are perfluorinated dienes and / or divinylbenzene.
dadurch gekennzeichnet, daß die vernetzenden Gruppen der permionischen Membran perfluorierte Diene und/oder Divinylbenzol sind.43. ^ "experienced according to claim 42,
characterized in that the crosslinking groups of the permionic membrane are perfluorinated dienes and / or divinylbenzene.
dadurch gekennzeichnet, daß man eine Sole verwendet, die insgesamt weniger als 40 Teile pro Billion Erdalkalien und insgesamt weniger als 40 Teile pro Million Übergangsmetalle enthält.45. The method according to claim 44,
characterized in that a brine is used which contains a total of less than 40 parts per billion alkaline earths and a total of less than 40 parts per million transition metals.
dadurch gekennzeichnet, daß man die erschöpfte Sole kühlt, dadurch Chlorhydrat bildet und das Chlorhydrat von der Sole abtrennt.58. The method according to claim 57,
characterized in that the exhausted brine is cooled, thereby forming chlorohydrate and separating the chlorohydrate from the brine.
dadurch gekennzeichnet, daß man die erschöpfte Sole zur Bildung von Chlorhydrat unter 9°C abkühlt.59. The method according to claim 58,
characterized in that the exhausted brine is cooled below 9 ° C to form hydrochloride.
dadurch gekennzeichnet, daß man aus der erschöpften Sole Chlor gewinnt.61. The method according to claim 60,
characterized in that chlorine is obtained from the exhausted brine.
dadurch gekennzeichnet, daß man die erschöpfte Sole kühlt und dadurch Chlorhydrat bildet und das Chlorhydrat von der erschöpften Sole abtrennt.62. The method according to claim 61,
characterized in that the exhausted brine is cooled, thereby forming chlorohydrate and separating the chlorohydrate from the exhausted brine.
dadurch gekennzeichnet, daß das tfbergangsmetall Eisen, Kobalt oder Nickel ist.69. The method according to claim 68,
characterized in that the transition metal is iron, cobalt or nickel.
dadurch gekennzeichnet, daß man die Teilchen durch Flammspritzen einer Legierung eines Übergangsmetalles und einen auslaugbaren Metall auf eine hitzebeständige Oberfläche bildet, die gespritzten Teilchen auslaugt und die gespritzten ausgelaugten Teilchen auf einer permionischen Membran abIa-^rt.71. The method according to claim 68,
characterized in that the particles are formed by flame spraying an alloy of a transition metal and a leachable metal onto a refractory surface, the sprayed particles are leached and the sprayed leached particles are deposited on a permionic membrane.
dadurch gekennzeichnet, daß die gespritzten Teilchen auf der wärmebeständigen Oberfläche haften und man sie hiervon entfernt und auf der permionischen Membran ablagert.72. The method according to claim 71,
characterized in that the sprayed particles adhere to the heat-resistant surface and are removed therefrom and deposited on the permionic membrane.
dadurch gekennzeichnet, daß die .Spritzteilchen von der wärmebeständigen Oberfläche aborallen.73. Procedure according to claim 71,
characterized in that the .Spritzteilchen aborallen from the heat-resistant surface.
dadurch gekennzeichnet, daß die Kationenaustauschermembrane eine Ionenaustauschkapazität von 0,5 bis 2,0 Milliäquivalenten pro Gramm trockenem Polymer und eine Glasuiwandlungstemperatur über Minus 80 C aber mindestens 2O°c unterhalb der Elektrolyttemperatur aufweist.76. The method according to claim 75,
characterized in that the cation exchange membrane has an ion exchange capacity of 0.5 to 2.0 milliequivalents per gram of dry polymer and a glass transition temperature above minus 80 C but at least 20 ° C below the electrolyte temperature.
dadurch gekennzeichnet, daß man eine Kathode verwendet, die einen hydrophilen Teil und einen hydroohoben Teil in Verbindung mit dem Oxidationsmittel aufweist und wobei der hydrophobe Teil eine zwischengeschaltete Verbindung aus Kohlenstoff und Fluor enthält.77. The method according to claim 74,
characterized in that a cathode is used which has a hydrophilic part and a hydroohobic part in connection with the oxidizing agent and wherein the hydrophobic part contains an intermediate compound of carbon and fluorine.
portionierungsverbindung enthält.the solid polymer electrolyte (31) related cathodic catalyst
Contains portioning compound.
fläche von mindestens 10 m pro Granm aufweist.2
has an area of at least 10 m per gram.
dadurch gekennzeichnet, da^ das dem K-τ. tho Iy träum zugeführte Peroxvd, Wasserstoff peroxyd, organische Peroxyde, organische Hydro-Deroxyde, organische Peroxysäuren und/oder Derivate davon ist.The method of claim 108,
characterized in that the K-τ. tho Iy dreams supplied peroxide, hydrogen peroxide, organic peroxides, organic hydro-deroxides, organic peroxy acids and / or derivatives thereof.
Applications Claiming Priority (11)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US1552579A | 1979-02-23 | 1979-02-23 | |
US1446779A | 1979-02-23 | 1979-02-23 | |
US1552879A | 1979-02-23 | 1979-02-23 | |
US1446579A | 1979-02-23 | 1979-02-23 | |
US1446979A | 1979-02-23 | 1979-02-23 | |
US1446679A | 1979-02-23 | 1979-02-23 | |
US06/015,521 US4272337A (en) | 1979-02-23 | 1979-02-23 | Solid polymer electrolyte chlor-alkali electrolysis cell |
US06/015,526 US4280883A (en) | 1979-02-23 | 1979-02-23 | Method of operating a solid polymer electrolyte chlor-alkali cell |
US06/015,527 US4253922A (en) | 1979-02-23 | 1979-02-23 | Cathode electrocatalysts for solid polymer electrolyte chlor-alkali cells |
US06/015,529 US4250013A (en) | 1979-02-23 | 1979-02-23 | Method of depositing a catalyst to form a solid polymer electrolyte membrane |
US06/014,468 US4273629A (en) | 1979-02-23 | 1979-02-23 | Solid polymer electrolyte chlor-alkali process and electrolytic cell |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3006120A1 true DE3006120A1 (en) | 1980-09-04 |
Family
ID=27582433
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19803006120 Withdrawn DE3006120A1 (en) | 1979-02-23 | 1980-02-19 | ELECTROLYSIS PROCESS AND CHLORINE CALICELL WITH SOLID POLYMERIC ELECTROLYTE |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
AU (1) | AU536923B2 (en) |
DE (1) | DE3006120A1 (en) |
GB (1) | GB2045279B (en) |
IT (1) | IT1128376B (en) |
NL (1) | NL8001088A (en) |
NO (1) | NO800391L (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4566957A (en) * | 1984-12-10 | 1986-01-28 | United Technologies Corporation | Use of gas depolarized anodes for the electrochemical production of adiponitrile |
DE102006007272B4 (en) * | 2006-02-16 | 2008-02-07 | Franz Prof. Roiner | Method and device for producing one or more gases and / or for storing electrical energy |
EP3075885A1 (en) * | 2015-03-31 | 2016-10-05 | International Iberian Nanotechnology Laboratory | Method for manufacturing of a porous electrode material |
GB2619902A (en) * | 2021-12-22 | 2023-12-27 | Francis Geary Paul | Flow through electrode stack |
-
1980
- 1980-02-13 NO NO800391A patent/NO800391L/en unknown
- 1980-02-19 DE DE19803006120 patent/DE3006120A1/en not_active Withdrawn
- 1980-02-22 IT IT67278/80A patent/IT1128376B/en active
- 1980-02-22 NL NL8001088A patent/NL8001088A/en not_active Application Discontinuation
- 1980-02-22 AU AU55825/80A patent/AU536923B2/en not_active Ceased
- 1980-02-25 GB GB8006227A patent/GB2045279B/en not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NL8001088A (en) | 1980-08-26 |
IT8067278A0 (en) | 1980-02-22 |
AU5582580A (en) | 1980-08-28 |
GB2045279A (en) | 1980-10-29 |
GB2045279B (en) | 1983-08-03 |
IT1128376B (en) | 1986-05-28 |
AU536923B2 (en) | 1984-05-31 |
NO800391L (en) | 1980-08-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69310168T2 (en) | DEVICE WITH WATER-IONIZING ELECTRODES AND METHOD FOR USE THEREOF | |
US4253922A (en) | Cathode electrocatalysts for solid polymer electrolyte chlor-alkali cells | |
DE69016459T2 (en) | ELECTROCHEMICAL CHLORINE DIOXIDE GENERATOR. | |
DE2629506A1 (en) | ELECTROLYSIS CELL FOR THE PRODUCTION OF ALKALIMETAL HYDROXIDES AND HALOGENES | |
US4135995A (en) | Method of electrolysis, and electrode for the electrolysis | |
DE2926560A1 (en) | ELECTROLYSIS CELL, MEMBRANE ELECTRODE UNIT AND METHOD FOR PRODUCING HALOGEN AND ALKALIMETAL HYDROXIDE | |
DE2847955A1 (en) | PROCESS FOR ELECTROLYTIC PRODUCTION OF HALOGEN AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE PROCESS | |
DE2651948A1 (en) | METHOD OF ELECTROLYZING AN AQUATIC ALKALICHLORIDE SOLUTION | |
EP4112778B1 (en) | Three-chamber electrolysis cell for the production of alkali metal alcoholate | |
DE2844495A1 (en) | ELECTROLYTE CATALYST MADE OF THERMALLY STABILIZED, PARTIALLY REDUCED PLATINUM METAL OXIDE AND THE PROCESS FOR THE PRODUCTION OF IT | |
WO2019158304A1 (en) | Separatorless dual gde cell for electrochemical reactions | |
DE10006449A1 (en) | Cathode for electrolysis of a hydrogen containing material consists of palladium (alloy) layer and a platinum black or platinum gold catalyst layer | |
EP4112780A1 (en) | Three-chamber electrolysis cell for the production of alkali metal alcoholate | |
DE3006120A1 (en) | ELECTROLYSIS PROCESS AND CHLORINE CALICELL WITH SOLID POLYMERIC ELECTROLYTE | |
US4250013A (en) | Method of depositing a catalyst to form a solid polymer electrolyte membrane | |
DE10119285B4 (en) | Method for operating a chlor-alkali electrolysis cell | |
IT8225022A1 (en) | Multilayer structure for electrode and membrane complex and electrolysis process using the same | |
US4272337A (en) | Solid polymer electrolyte chlor-alkali electrolysis cell | |
EP1996746B1 (en) | Diaphragm for electrolytic cell | |
US4329209A (en) | Process using an oxidant depolarized solid polymer electrolyte chlor-alkali cell | |
US4273629A (en) | Solid polymer electrolyte chlor-alkali process and electrolytic cell | |
US4269688A (en) | Solid polymer electrolyte bipolar electrolyzer | |
DE2434921C3 (en) | Electrolysis cell and process for the electrolysis of ionizable chemical compounds | |
JP3521163B2 (en) | Method for producing hydroiodic acid | |
US4339314A (en) | Solid polymer electrolyte and method of electrolyzing brine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8141 | Disposal/no request for examination |