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Hintergrund
der Erfindung
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(a) Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung einer Elektrolytzusammensetzung
zur Elektrolyse von Salzwasser und ein Verfahren zur Elektrolyse
von Salzwasser und daraus hergestelltes Natriumhydroxid und insbesondere
die Verwendung einer Elektrolytzusammensetzung zur Elektrolyse von
Salzwasser und ein Verfahren zur Elektrolyse von Salzwasser, das
den elektrischen Widerstand eines Elektrodenblechs reduziert und
somit den Energieverbrauch reduzieren kann, das keine Trennung einer
Elektrolysezelle durch Unterbrechung der Elektrolyse erfordert,
um ein Elektrodenblech zu ersetzen, und somit die Elektrolyse effizient
macht, und das die zur Instandhaltung und Reparatur eine Elektrolysezelle
erforderlichen Kosten reduzieren kann und somit wirtschaftlich Natriumhydroxid
herstellen kann, und daraus hergestelltes Natriumhydroxid.
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(b) Beschreibung des Standes
der Technik
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Natriumhydroxid
(NaOH) ist ein reiner weißer
Feststoff, und seine wäßrige Lösung zeigt
eine starke Alkalinität.
Natriumhydroxid ist ein weithin verwendeter Stoff zur Herstellung
von Zellstoff, Fasern, Farbstoffen, Kautschuk, Seife etc. und wird
weithin als Trockenmittel verwendet, weil es eine starke hygroskopische
Eigenschaft besitzt.
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Verfahren
zur Herstellung von Natriumhydroxid schließen den Leblanc-Prozeß ein, der
Natriumhydroxid durch Zugeben von Schwefelsäure zur Rohsalz zur Verursachung
von Thermolyse herstellt, das Solvay-Verfahren, das Natriumhydroxid
durch Umsetzen von Natronkalk mit Ca(OH)2 herstellt,
und ein Elektrolyseverfahren, das Natriumhydroxid durch Elektrolyse
von Salzwasser herstellt, etc. Derzeit ist das Elektrolyseverfahren
das am weitestgehenden verwendete, und es schließt einen Diaphragmaprozeß, einen
Quecksilberprozeß und
einen Ionenaustauschermembranprozeß ein.
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Der
Diaphragmaprozeß stellt
Natriumhydroxid durch Installieren eines aus Asbest hergestellten Diaphragmas
zwischen einer Graphitanode und einer Eisenkathode her, so daß Chlor,
das aus der Anode entspringt, nicht mit Natriumhydroxid reagieren kann,
das aus der Kathode entspringt, und der Quecksilberprozeß stellt
Natriumhydroxid unter Verwendung von Quecksilber als Kathodenmaterial
her. Jedoch besitzt der Diaphragmaprozeß das Problem der praktischen
Verwendung, weil die Konzentration des hergestellten Natriumhydroxids
bloß 10
bis 13 % ist und somit die Aufkonzentrierungsprozesse mehrmals wiederholt
werden müssen.
Der Quecksilberprozeß wird
derzeit wegen der Umweltverschmutzungsprobleme des Schwermetalls
Quecksilber nicht verwendet.
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Der
Ionenaustauschermembranprozeß wird am
weitestgehenden verwendet, worin eine Ionenaustauschermembran innerhalb
einer Elektrolysezelle installiert ist, um die Elektrolysezelle
in eine Kationenkammer und eine Anionenkammer mit Salzlösung als
Elektrolyt zu unterteilen, ein Anodenblech und ein Kathodenblech
werden in der Kationenkammer bzw. Anionenkammer installiert, und
elektrische Energie wird den zwei Elektrodenblechen zugeführt, um
Chlorgas aus der Anode und Wasserstoff und Natriumhydroxid aus der
Kathode zu erhalten.
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3 ist
eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung zur Elektrolyse von Salzwasser
durch einen Ionenaustauschermembranprozeß. Wie in 3 gezeigt
wird, umfaßt
eine Elektrolysezelle (11) eine Kationenkammer (12)
und eine Anionenkammer (13), und eine Membran (14),
die die Kationenkammer (12) und die Anionenkammer (13)
unterteilt, ist dazwischen installiert.
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In
die Kationenkammer (12) wird Salzwasser durch einen Injektionsschlauch
(15) für
Salzwasser injiziert, Abfallsalzwasser, das nach der Reaktion zurückbleibt,
und Chlorgas, das während
der Elektrolyse erzeugt wird, werden in einem Kationenkammer-Abflußtank (17)
nach Gelangen durch einen Kationenkammer-Abflußschlauch (16) gelagert,
Chlorgas wird wiederum durch einen Chlorgas-Abflußschlauch
(18) abgelassen, und Salzwasser, das nach der Reaktion
verbleibt, und nicht-reagiertes Salzwasser werden durch einen Abfallsalzwasser-Abflußschlauch
(19) abgelassen.
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Reines
Wasser wird in die Anionenkammer (13) durch einen Injektionsschlauch
(20) für
reines Wasser injiziert, und eine wäßrige Natriumhydroxid-Lösung und
Wasserstoffgas, Reaktanden, die in der Anionenkammer (13)
erzeugt werden, werden in einem Anionenkammer-Abflußtank (22)
nach Gelangen durch einen Anionenkammer-Abflußschlauch (21) gelagert.
Wasserstoffgas wird erneut durch einen Wasserstoffgas-Abflußschlauch
(23) abgelassen, und die wäßrige Natriumhydroxid-Lösung wird durch
einen Abflußschlauch
(24) für
wäßrige Natriumhydroxid-Lösung abgelassen.
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Die
Kationenkammer (12) und Anionenkammer (13) sind
mit einem Anodenblech (25) bzw. Kathodenblech (26)
ausgerüstet.
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1 zeigt
die chemische Gleichung, die an der Elektrolyse von Salzwasser durch
den bestehenden Ionenaustauschermembranprozeß beteiligt ist. Wie in 1 gezeigt
wird, werden Wasserstoffionen, die in der Anionenkammer verbleiben,
wenn die Elektrolyse fortschreitet, an der Kathodenblechoberfläche gebunden,
wodurch der elektrische Widerstand des Kathodenblechs erhöht wird,
so daß sich
der Energieverbrauch während
der Elektrolyse erhöht.
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Allgemein
wird die Elektrodenblechoberfläche
zur Unterdrückung
der Zunahme des Widerstands des Elektrodenblechs zuvor mit Verbindungen wie
AuCl3, RuCl3, IrCl3 etc. beschichtet oder überzogen, oder sie wird bei
400 bis 500°C
gebrannt und in eine Elektrolysezelle eingefügt. Wenn Salzwasser durch das
obige Verfahren elektrolysiert wird, werden die auf der Elektrodenblechoberfläche aufgetragenen
oder überzogenen
Verbindungen wie AuCl3, RuCl3,
IrCl3 etc. kontinuierlich oxidiert werden,
wobei der elektrische Widerstand der Elektrodenblechoberfläche kontinuierlich
zunimmt. Deshalb gibt es das Problem, daß proportional zum erhöhten elektrischen Widerstand
mehr Energie in der Elektrolyse verbraucht wird und die Produktionskosten
für Natriumhydroxid
zunehmen.
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Zum
Ausräumen
dieser Probleme wird die Ionenaustauschermembran alle zwei Jahre
ersetzt, das Kathodenblech alle vier Jahre und das Anodenblech alle
6 Jahre, oder Verbindungen wie Au, Ru, Ir, etc., die an das Elektrodenblech
gebunden sind, werden entfernt, und Verbindungen wie AuCl3, RuCl3, IrCl3 etc. werden erneut auf das Elektrodenblech
aufgetragen oder darauf überzogen,
um es zu erneuern. Jedoch erfordert die Erneuerung eines Elektrodenblechs
viel Zeit, Personal und materielle Mittel, und die Elektrolysezelle
kann während
der für
die Erneuerung erforderlichen Zeit nicht betrieben werden, und somit
ist die Produktivität
reduziert.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die Probleme des Standes
der Technik zu lösen, und
es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektrolytzusammensetzung
zur Elektrolyse von Salzwasser bereitzustellen, die eine wäßrige Lösung einer
Platinverbindung umfaßt
und den elektrischen Widerstand eines Elektrodenblechs minimiert
und somit den Energieverbrauch reduzieren kann, die keine Unterbrechung
der Elektrolyse zur Trennung der Elektrolysezelle zum Austausch
eines Elektrodenblechs erfordert und somit den Elektrolyseprozeß effizient
macht, und die die für
die Instandhaltung und Reparatur der Elektrolysezelle erforderlichen
Kosten reduzieren kann, wodurch wirtschaftlich Natriumhydroxid hergestellt
wird.
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Es
ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur Elektrolyse von Salzwasser bereitzustellen, das die Elektrolysezusammensetzung
zur Elektrolyse von Salzwasser, die eine wäßrige Lösung einer Platinverbindung
umfaßt,
in eine Elektrolysezelle zur Herstellung von Natriumhydroxid injiziert.
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Es
ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, durch das obige
Verfahren hergestelltes Natriumhydroxid bereitzustellen.
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Es
ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
zur Elektrolyse von Salzwasser bereitzustellen.
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Zum
Erreichen dieser Aufgaben stellt die vorliegende Erfindung die Verwendung
einer Elektrolytzusammensetzung zur Elektrolyse von Salzwasser bereit,
die eine wäßrige Lösung einer
Platinverbindung umfaßt.
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Die
vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Elektrolyse
von Salzwasser bereit, das das Injizieren von Salzwasser und reinem
Wasser in eine Kationenkammer bzw. Anionenkammer, die durch eine
innerhalb einer Elektrolysezelle installierten Trennmembran getrennt
sind, durch einen Injektionsschlauch für Salzwasser und einen Injektionsschlauch
für reines
Wasser und das Anlegen einer Stromquelle an ein in der Kationenkammer
und Anionenkammer installiertes Anodenblech und Kathodenblech umfaßt, um erzeugtes
Chlorgas, Wasserstoffgas und wäßrige Natriumhydroxid-Lösung zu
trennen, dadurch gekennzeichnet, daß eine wäßrige Lösung einer Platinverbindung
in die Anionenkammer durch den Injektionsschlauch für reines
Wasser injiziert wird.
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Die
vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung
von Natriumhydroxid wie in Anspruch 10 definiert bereit.
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Die
vorliegende Erfindung stellt auch eine Vorrichtung zur Elektrolyse
von Salzwasser bereit, die eine Kationenkammer und eine Anionenkammer, die
durch eine in einer Elektrolysezelle installierten Trennmembran
unterteilt sind; ein Anodenblech und ein Kathodenblech, die in der
Kationenkammer und Anionenkammer ausgerüstet sind; einen mit der Kationenkammer
verbundenen Injektionsschlauch für Salzwasser;
einen mit der Anionenkammer verbundenen Injektionsschlauch für reines
Wasser; und einen Injektionsschlauch für eine wäßrige Lösung einer Platinverbindung,
der mit dem Injektionsschlauch für reines
Wasser verbunden ist, umfaßt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
die chemische Gleichung, die an der Elektrolyse von Salzwasser durch
einen Ionenaustauschermembranprozeß beteiligt ist.
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2 zeigt
die chemische Gleichung, die an der Elektrolyse von Salzwasser der
vorliegenden Erfindung beteiligt ist.
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3 ist
eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung zur Elektrolyse von Salzwasser
durch einen Ionenaustauschermembranprozeß des Standes der Technik.
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4 ist
eine Querschnittsansicht der Vorrichtung zur Elektrolyse von Salzwasser
der vorliegenden Erfindung.
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5 zeigt
Betriebsspannungen der Elektrolysezellen aus Beispiel 6 und Vergleichsbeispielen
1 bis 3 im Verlauf der Betriebszeit.
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Erläuterung
und Bezugszeichen in den Figuren
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- 11,
111
- Elektrolysezelle
- 12,
112
- Kationenkammer
- 13,
113
- Anionenkammer
- 14,
114
- Trennmembran
- 15,
115
- Injektionsschlauch
für Salzwasser
- 16,
116
- Kationenkammer-Abflußschlauch
- 17,
117
- Kationenkammer-Abflußtank
- 18,
118
- Chlorgas-Abflußschlauch
- 19,
119
- Abfallsalzwasser-Abflußschlauch
- 20,
120
- Injektionsschlauch
für reines
Wasser
- 21,
121
- Anionenkammer-Abflußschlauch
- 22,
122
- Anionenkammer-Abflußtank
- 23,
123
- Wasserstoffgas-Abflußschlauch
- 24,
124
- Abflußschlauch
für wäßrige Natriumhydroxid-Lösung
- 25,
125
- Anodenblech
- 26,
126
- Kathodenblech
- 127
- Injektionsschlauch
für wäßrige Lösung von
Platinverbindung
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Ausführliche
Beschreibung und bevorzugte Ausführungsformen
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Die
vorliegende Erfindung wird jetzt im Detail erläutert werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist durch die Zugabe einer Platinverbindung
zu einer Elektrolytzusammensetzung für die Elektrolyse von Salzwasser
gekennzeichnet, insbesondere in einer wäßrigen Lösungsphase. Die Platinverbindung
ist bevorzugt aus Hexachloroplatinat(IV) (H2PtCl6·6H2O), Kaliumtetrachloroplatinat(II) (K2PtCl4), Diammindinitroplatin(II) (Pt(NH3)2(NO)2),
Hexaamminplatin(IV)-chlorid (Pt(NH3)6Cl4), Tetraamminplatin(II)-chlorid (Pt(NH3)4Cl2),
Hydrogenhexahydroxoplatinat(IV) (H2Pt(OH)6) und Natriumtetrachloroplatinat(II) (Na2PtCl4·6H2O) ausgewählt. Hydrogenhexahydroxoplatinat(IV)
(H2Pt(OH)6), getrennt
in Platinionen, Wasserstoffionen und Hydroxidionen in einer wäßrigen Lösung, ist
am meisten bevorzugt.
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2 zeigt
die chemische Gleichung der Elektrolyse von Salzwasser, wenn Hexahydroxoplatinat(IV)
in eine Elektrolysezelle eingeführt
wird. Gesättigtes
Salzwasser wird in die Kationenkammer injiziert, und reines Wasser
und eine wäßrige Lösung der
Platinverbindung werden in die Anionenkammer injiziert. In der vorliegenden
Erfindung wird die flüssige
Mischung aus dem reinen Wasser und der wäßrigen Lösung der Platinverbindung als
Elektrolytzusammensetzung zur Elektrolyse von Salzwasser bezeichnet.
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Wie
in 2 gezeigt wird, bewegen sich Pt4+-Platinionen
in der wäßrigen Lösung der
Platinverbindung zur Kathodenblechoberfläche. Platinionen haben eine überlegene
elektrische Leitfähigkeit und
Korrosionsbeständigkeit
für starkes
Alkali. Zusätzlich
hat ein mit Platinionen überzogenes
Kathodenblech einen vergleichsweise geringen elektrischen Widerstand
im Vergleich mit einem Kathodenblech, das mit einem anderen Material
als Platinionen überzogen
ist, oder einem nicht-überzogenen
Kathodenblech, und hat auch eine starke Korrosionsbeständigkeit
gegenüber
einer stark alkalischen wäßrigen Natriumhydroxid-Lösung, die
in der Anionenkammer erzeugt wird, und kann somit die Korrosion der
Kathode verhindern.
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Der
Gehalt der Platinverbindungen in der wäßrigen Lösung der Platinverbindung ist
bevorzugt 0,1 bis 10 Gew.%. Falls der Gehalt weniger als 0,1 Gew.%
ist, kann die Zunahme des elektrischen Widerstands der Kathodenblechoberfläche nicht
verhindert werden, und falls der Gehalt mehr als 10 Gew.% ist, wird
der Energieverbrauch nicht einfach proportional zum Gehalt der kostspieligen
Platinverbindungen sein, wodurch es unwirtschaftlich wird.
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Zusätzlich ist
die Menge der wäßrigen Lösung der
Platinverbindung in der Elektrolytzusammensetzung zur Elektrolyse
von Salzwasser, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird
und eine wäßrige Lösung der
Platinverbindung umfaßt,
bevorzugt 0,1 bis 0,2 l auf 1 l reines Wasser, das in die Anionenkammer
injiziert wird. Falls die Menge weniger als 0,1 l auf 1 l reines
Wasser ist, wird die erzeugte Natriumhydroxidmenge gering sein,
und falls die Menge mehr als 0,2 l beträgt, wird der elektrische Widerstand
des Elektrodenblechs nicht proportional zur Menge der kostspieligen
Platinverbindungen abnehmen, was es somit unwirtschaftlich macht.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Elektrolyse von Salzwasser, das das Injizieren von Salzwasser
und reinem Wasser in eine Kationenkammer bzw. Anionenkammer, die
durch eine Trennmembran unterteilt sind, die in einer Elektrolysezelle
installiert ist, durch einen Injektionsschlauch für Salzwasser und
einen Injektionsschlauch für
reines Wasser und das Anlegen einer Stromquelle an ein Anodenblech und
ein Kathodenblech, die in der Kationenkammer bzw. Anionenkammer
installiert sind, zur Trennung von erzeugtem Chlorgas, Wasserstoffgas
und wäßriger Natriumhydroxid-Lösung umfaßt, ist
dadurch gekennzeichnet, daß eine
wäßrige Lösung der
Platinverbindung in die Anionenkammer durch den Injektionsschlauch
für reines
Wasser injiziert wird.
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Eine
im erfindungsgemäßen Elektrolyseverfahren
verwendete Vorrichtung zur Elektrolyse wird bezugnehmend auf 4 erläutert werden. 4 ist eine
Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Elektrolyse
von Salzwasser.
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Wie
in 4 gezeigt wird, ist eine Elektrolysezelle (111)
aus einer Kationenkammer (112) und einer Anionenkammer
(113) zusammengesetzt, und eine Trennmembran (114),
die die Kationenkammer (112) und die Anionenkammer (113)
unterteilt, ist dazwischen installiert. Zusätzlich sind innerhalb der Kationenkammer
(112) und der Anionenkammer (113) ein Anodenblech
(125) bzw. ein Kathodenblech (126) installiert.
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In
die Kationenkammer (112) wird Salzwasser durch einen Injektionsschlauch
(115) für
Salzwasser injiziert, Abfallsalzwasser, das nach der Reaktion zurückbleibt,
und Chlorgas, das während
der Elektrolyse erzeugt wird, werden in einem Kationenkammer-Abflußtank (117)
nach Gelangen durch einen Kationenkammer-Abflußschlauch (116) gelagert, Chlorgas
wird erneut durch einen Chlorgas-Abflußschlauch (118) abgelassen,
und Salzwasser, das nach der Reaktion zurückbleibt, und nicht umgesetztes
Salzwasser werden durch einen Abfallsalzwasser-Abflußschlauch
(119) abgelassen.
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In
die Anionenkammer (113) wird reines Wasser durch einen
Injektionsschlauch (120) für reines Wasser injiziert,
und Wasserstoffgas und wäßrige Natriumhydroxid-Lösung, Reaktanden,
die in der Anionenkammer (113) erzeugt werden, werden in
einem Anionenkammer-Abflußtank
(122) nach Gelangen durch einen Anionenkammer-Abflußschlauch (121)
gelagert. Wasserstoffgas wird erneut durch einen Wasserstoffgas-Abflußschlauch
(123) abgelassen, und eine wäßrige Natriumhydroxid-Lösung wird durch
einen Abflußschlauch
(124) für
wäßrige Natriumhydroxid-Lösung abgelassen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Elektrolyse ist dadurch gekennzeichnet, daß eine wäßrige Lösung einer Platinverbindung
mit reinem Wasser vermischt und die Mischung in die Anionenkammer (113)
injiziert wird. Zum Vermischen der wäßrigen Lösung der Platinverbindung mit
reinem Wasser und Injizieren in die Anionenkammer (113)
wird die wäßrige Lösung der
Platinverbindung zunächst
mit reinem Wasser vermischt und die Mischung in den Injektionsschlauch
(120) für
reines Wasser injiziert, oder ein Injektionsschlauch (127)
für wäßrige Lösung einer
Platinverbindung, der mit dem Injektionsschlauch (120)
für reines
Wasser verbunden ist, wird separat installiert, um die wäßrige Lösung der
Platinverbindung in die Anionenkammer durch den Injektionsschlauch
(127) für
wäßrige Lösung der
Platinverbindung zu injizieren.
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Falls
die wäßrige Lösung der
Platinverbindung durch einen anderen Injektionsschlauch einer Elektrolysezelle
oder durch einen Injektionsschlauch für wäßrige Lösung der Platinverbindung injiziert wird,
der mit einem anderen Injektionsschlauch verbunden ist, können die
Aufgaben der vorliegenden Erfindung nicht ausreichend erreicht werden.
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Falls
zum Beispiel der Injektionsschlauch für wäßrige Lösung der Platinverbindung mit
dem Anionenkammer-Abflußschlauch
(121) verbunden ist und die wäßrige Lösung der Platinverbindung durch
ihn injiziert wird, wird der Großteil des Platins in der wäßrigen Lösung der
Platinverbindung in den Anionenkammer-Abflußtank (122) durch
den Abflußdruck
der wäßrigen Natriumhydroxid-Lösung und
des Wasserstoffgases, das aus der Anionenkammer abgelassen wird,
abgelassen, und somit wird das Kathodenblech (126) nicht
damit beschichtet.
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Falls
jedoch die wäßrige Lösung der
Platinverbindung in die Anionenkammer (113) durch den Injektionsschlauch
(120) für
reines Wasser injiziert wird, bewegt sich der Bestandteil der Platinkationen der
wäßrigen Lösung der
Platinverbindung zum Kathodenblech (126) durch galvanische
Abscheidung und wird auf dem Kathodenblech (126) aufgetragen, und
somit nimmt der elektrische Widerstand der Kathodenblechoberfläche unter
Reduzierung des Energieverbrauchs für die Elektrolyse ab.
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Die
Platinverbindung ist bevorzugt aus einer Gruppe ausgewählt, die
aus Hexachloroplatinat(IV) (H2PtCl6·6H2O), Kaliumtetrachloroplatinat(II) (K2PtCl4), Diammindinitroplatin(II)
(Pt(NH3)2(NO)2), Hexaamminplatin(IV)-chlorid (Pt(NH3)6Cl4),
Tetraamminplatin(II)-chlorid (Pt(NH3)4Cl2), Hydrogenhexahydroxoplatinat(IV)
(H2Pt(OH)6) und
Natriumtetrachloroplatinat(II) (Na2PtCl4·6H2O) besteht. Hydrogenhexahydroxoplatinat(IV)
(H2Pt(OH)6) ist
am meisten bevorzugt, weil es sich in Platinionen, Wasserstoffionen und
Hydroxidionen in einer wäßrigen Lösung auftrennt.
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2 zeigt
die chemische Gleichung, die an der Elektrolyse von Salzwasser durch
Injizieren von Hydrogenhexahydroxoplatinat(IV) in einer Elektrolysezelle
beteiligt ist. Salzwasser wird in eine Kationenkammer injiziert,
und reines Wasser und eine wäßrige Lösung einer
Platinverbindung werden in eine Anionenkammer injiziert.
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Wie
in 2 gezeigt wird, bewegen sich Pt4+-Platinionen
der wäßrigen Lösung der
Platinverbindung zur Kathodenblechoberfläche durch galvanische Abscheidung.
Platinionen haben eine überlegene
elektrische Leitfähigkeit
und Korrosionsbeständigkeit
gegenüber
starkem Alkali. Zusätzlich
hat ein mit Platinionen überzogenes
Kathodenblech einen vergleichsweise geringen elektrischen Widerstand
im Vergleich mit einem Kathodenblech, das mit einem anderen Material
als Platinionen überzogen
ist, oder einem nicht-überzogenen
Kathodenblech, und es hat auch eine starke Korrosionsbeständigkeit
gegenüber starker
alkalischer wäßriger Natriumhydroxid-Lösung und
kann somit die Korrosion des Kathodenblechs verhindern.
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Der
Gehalt der Platinverbindungen in der wäßrigen Lösung der Platinverbindung ist
bevorzugt 0,1 bis 10 Gew.%. Falls der Gehalt weniger als 0,1 Gew.%
ist, kann eine Zunahme des elektrischen Widerstands der Kathodenblechoberfläche nicht
verhindert werden, und falls der Gehalt mehr als 10 Gew.% ist, wird
der Energieverbrauch nicht einfach proportional zum Gehalt der kostspieligen
Platinverbindungen sein und es somit unwirtschaftlich machen.
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Zusätzlich ist
die Menge der wäßrigen Lösung der
Platinverbindung in der Elektrolytzusammensetzung zur Elektrolyse
von Salzwasser, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird
und eine wäßrige Lösung der
Platinverbindung umfaßt,
bevorzugt 0,1 bis 0,2 l auf 1 l reines Wasser, das in die Anionenkammer
injiziert wird. Falls die Menge weniger als 0,1 l auf 1 l reines
Wasser ist, wird die Menge an hergestelltem Natriumhydroxid gering
sein, und falls die Menge mehr als 0,2 l beträgt, wird der elektrische widerstand
des Elektrodenblechs nicht proportional zur Menge der kostspieligen
Platinverbindungen abnehmen, wodurch es unwirtschaftlich gemacht
wird.
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Wie
in 4 gezeigt wird, wird eine wäßrige Lösung von Natriumhydroxid in
der Anionenkammer der Elektrolysezelle erzeugt, falls die wäßrige Lösung der
Platinverbindung in den Injektionsschlauch für reines Wasser zum Elektrolysieren
von Salzwasser injiziert wird. Als Verfahren zur Trennung von Natriumhydroxid
von der wäßrigen Lösung von
Natriumhydroxid kann jedes allgemein auf diesem Gebiet verwendete
Verfahren eingesetzt werden.
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Die
vorliegende Erfindung stellt auch eine Vorrichtung zur Elektrolyse
von Salzwasser bereit, die eine Kationenkammer und eine Anionenkammer, die
durch eine Trennmembran in einer Elektrolysezelle unterteilt sind;
ein Anodenblech und ein Kathodenblech, die in der Kationenkammer
bzw. Anionenkammer installiert sind; einen Injektionsschlauch für Salzwasser,
der mit der Kationenkammer verbunden ist; einen Injektionsschlauch
für reines
Wasser, der mit der Anionenkammer verbunden ist; und einen Injektionsschlauch
für wäßrige Lösung der
Platinverbindung, der mit dem Injektionsschlauch für reines Wasser
verbunden ist, umfaßt.
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Wie
erörtert,
kann der elektrische Widerstand eines Elektrodenblechs unter Reduzierung
des Energieverbrauchs minimiert werden, falls Salzwasser unter Verwendung
der Elektrolytzusammensetzung zur Elektrolyse von Salzwasser, die
eine wäßrige Lösung einer
Platinverbindung umfaßt,
und des Verfahrens zur Elektrolyse von Salzwasser der vorliegenden
Erfindung elektrolysiert wird, und es gibt keine Notwendigkeit,
die Elektrolyse zur Trennung der Elektrolysezelle zu unterbrechen,
um ein Elektrodenblech zu wechseln, und somit ist das Elektrolyseverfahren
effizient, die zur Instandhaltung und Reparatur der Elektrolysezelle
erforderlichen Kosten können
reduziert werden, und somit kann Natriumhydroxid wirtschaftlich
hergestellt werden. Zusätzlich
ist das Verfahren umweltverträglich,
weil es nicht das Schwermetall Quecksilber einschließt, wie
dies der Quecksilberprozeß tut.
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Die
vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele
und Vergleichsbeispiele in größerem Detail
beschrieben werden. Jedoch sind diese zur Illustration der vorliegenden Erfindung,
und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt.
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Beispiel 1
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Zu
1 l reinem Wasser wurden 10 g Hexachloroplatinat(IV) (H2PtCl6·6H2O) gegeben, um eine wäßrige Lösung von Hexachloroplatinat(IV)
herzustellen. Die wäßrige Lösung und
reines Wasser wurden in einen Injektionsschlauch für wäßrige Lösung der
Platinverbindung bzw. Injektionsschlauch für reines Wasser in einer Elektrolysezelle
injiziert. Salzwasser wurde in die Elektrolysezelle injiziert, und
eine Elektrolytzusammensetzung, die die hergestellte wäßrige Lösung der
Platinverbindung umfaßte,
wurde in einen Kathodenumwälzschlauch
für 3 Minuten
injiziert, um Salzwasser zur Herstellung einer wäßrigen Natriumhydroxid-Lösung zu
elektrolysieren. Die Gesamtmenge von injiziertem reinem Wasser betrug
10 l, und diejenige der wäßrigen Hexachloroplatinat(IV)-Lösung betrug
1 l.
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Beispiel 2
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Eine
wäßrige Natriumhydroxid-Lösung wurde
durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß Kaliumtetrachloroplatinat(II) (K2PtCl4) als Platinverbindung
verwendet wurde.
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Beispiel 3
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Eine
wäßrige Natriumhydroxid-Lösung wurde
durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß Diammindinitroplatin(II) (Pt(NH3)2(NO)2)
als Platinverbindung verwendet wurde.
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Beispiel 4
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Eine
wäßrige Natriumhydroxid-Lösung wurde
durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß Hexaamminplatin(IV)-chlorid (Pt(NH3)6Cl4)
als Platinverbindung verwendet wurde.
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Beispiel 5
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Eine
wäßrige Natriumhydroxid-Lösung wurde
durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß Tetraamminplatin(II)-chlorid (Pt(NH3)4Cl2)
als Platinverbindung verwendet wurde.
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Beispiel 6
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Eine
wäßrige Natriumhydroxid-Lösung wurde
durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß Hydrogenhexahydroxoplatinat(IV)
(H2Pt(OH)6) als
Platinverbindung verwendet wurde.
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Beispiel 7
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Eine
wäßrige Natriumhydroxid-Lösung wurde
durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß Natriumtetrachloroplatinat(II) (Na2PtCl4·6H2O) als Platinverbindung verwendet wurde.
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Vergleichsbeispiel 1
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Eine
wäßrige Natriumhydroxid-Lösung wurde
durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß 20 g AuCl3 in 1 l reinem Wasser gelöst wurden,
anstelle der Platinverbindung und der verwendeten wäßrigen Lösung daraus,
und das Produkt AZEC MD66.69, hergestellt von Japan Asahi Glass
Co., Ltd., wurde als Elektrolysezelle verwendet.
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Vergleichsbeispiel 2
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Eine
wäßrige Natriumhydroxid-Lösung wurde
durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß 20 g RuCl3
in 1 l reinem Wasser anstelle der Platinverbindung gelöst wurden,
und die wäßrige Lösung daraus
wurde verwendet.
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Vergleichsbeispiel 3
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Eine
wäßrige Natriumhydroxid-Lösung wurde
durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß 20 g IrCl3 in 1 l reinem Wasser anstelle der Platinverbindung
gelöst
wurden, und die wäßrige Lösung daraus
wurde verwendet.
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Vergleich
der Betriebsspannung
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5 zeigt
die Betriebsspannungen der Elektrolysezellen aus Beispiel 6 und
den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 im Verlauf der Betriebszeit. Die
anfänglichen
Betriebsspannungen wurden alle auf 6,65 V eingestellt.
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Wie
in 5 gezeigt wird, nahmen die Betriebsspannungen
der Elektrolysezellen im Zeitverlauf allmählich zu, wenn wäßrige RuCl3- und IrCl3-Lösungen der
Vergleichsbeispiel 2 und 3 zur Elektrolyse injiziert wurden. Wenn
die wäßrige AuCl3-Lösung
aus Vergleichsbeispiel 1 zur Elektrolyse hinzugegeben wurde, erhöhte sich
zudem die Betriebsspannung stärker
als in den Vergleichsbeispielen 2 und 3. Es wird erwogen, daß der elektrische
Widerstand des Kathodenblechs aufgrund von Au, Ru und Ir aus den in
die Anionenkammer injizierten wäßrigen AuCl3-, RuCl3- und IrCl3-Lösungen
im Verlauf der Betriebszeit zunahm.
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Wenn
jedoch die wäßrige Lösung der
Platinverbindung aus Beispiel 6 in eine Elektrolysezelle injiziert
wurde, um die Elektrolysezelle zu betreiben, nahm die Betriebsspannung
im Verlauf der Betriebszeit ab. Insbesondere nahm die Betriebsspannung nach
15 Minuten Betrieb auf 6,5 V ab und stabilisierte sich dann bei
6,42 V. Dies liegt daran, daß Platinionen
der wäßrigen Lösung von
Hydrogenhexahydroxoplatinat(IV) (H2Pt(OH)6) auf der Kathodenblechoberfläche durch
galvanische Abscheidung niedergeschlagen wurden, wodurch der elektrische
Widerstand der Elektrodenblechoberfläche abnahm.
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Falls
die wäßrige Lösung der
Platinverbindung der vorliegenden Erfindung wie erläutert in
einen Injektionsschlauch für
wäßrige Lösung der
Platinverbindung injiziert wird, der mit einem Injektionsschlauch
für reines
Wasser verbunden ist, um Salzwasser zu elektrolysieren, nimmt der
elektrische Widerstand des Elektrodenblechs ab, und somit nimmt die
Betriebsspannung ab, und deshalb kann der Energieverbrauch zur Elektrolyse
reduziert und Natriumhydroxid wirtschaftlich hergestellt werden.
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Falls
Salzwasser unter Verwendung der Elektrolytzusammensetzung zur Elektrolyse
von Salzwasser, die eine wäßrige Lösung einer
Platinverbindung umfaßt,
und eines Verfahrens zur Elektrolyse von Salzwasser unter Verwendung
derselben der vorliegenden Erfindung elektrolysiert wird, wird der elektrische
Widerstand des Elektrodenblechs unter Reduzierung des Energieverbrauchs
minimiert, es besteht keine Notwendigkeit zur Unterbrechung des Elektrolyseverfahrens
zur Trennung der Elektrolysezelle zum Austausch eines Elektrodenblechs,
und somit ist das Elektrolyseverfahren effizient, und die für die Instandhaltung
und Reparatur der Elektrolysezelle erforderlichen Kosten können reduziert
und Natriumhydroxid wirtschaftlich hergestellt werden.