DE69728228T2

DE69728228T2 - Elektrochemisches Verfahren zur Reinigung von Hydroxid-Verbindungen

Info

Publication number: DE69728228T2
Application number: DE69728228T
Authority: DE
Inventors: Hossien Austin Sharifian; John E. Austin Mooney
Original assignee: Sachem Inc
Current assignee: Sachem Inc
Priority date: 1996-10-03
Filing date: 1997-10-03
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2017-10-04
Also published as: MY116982A; US5709790A; ATE262371T1; KR100494869B1; DE69728228D1; EP0834345A2; CA2217626A1; TW397871B; ZA978881B; JPH10204671A; CN1185350A; EP0834345A3; SG53090A1; CN1106874C; EP0834345B1; KR19980032536A

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Reinigen von Hydroxid-Verbindungen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Reinigen oder Zurückgewinnen organischer und anorganischer Hydroxid-Verbindungen unter Verwendung einer elektrochemischen Zelle.
Hintergrund der Erfindung
Quartäre Ammoniumhydroxide wie Tetramethyl-Ammoniumhydroxid (TMAH) und Tetraethyl-Ammoniumhydroxid (TEAH) sind starke organische Basen, die seit vielen Jahren bekannt sind. Derartige quartäre Ammoniumhydroxide haben eine Vielzahl von Anwendungen gefunden enthaltend die Verwendung als ein Titrationsmittel für Säuren in organischen Lösungsmitteln und als ein stützendes Elektrolyt bei der Polagrografie. Wässrige Lösungen von quartären Ammoni umhydroxiden, insbesondere TMAH-Lösungen, wurden in weitem Maße als ein Entwickler für Fotolacke bei der Herstellung von gedruckten Schaltungsplatten und mikroelektronischen Chips verwendet. Die Verwendung von quartären Ammoniumhydroxiden im Elektronikbereich erfordert, dass keine Reststoffe folgend der normalen Nachheizperiode verbleiben. Bei elektronischen Anwendungen ist es erwünscht, dass die wässrigen Lösungen von quartären Ammoniumhydroxiden im Wesentlichen frei von Metallionen wie Natrium, Kalium, Zink und Kalzium; Anionen wie Hallogeniden, Nitraten, Nitriten, Karbonaten, Karboxylaten, Sulfaten und neutralen organischen Stoffen wie Methanol, Aminen usw. sind. Insbesondere in den letzten Jahren hat es eine ansteigende Nachfrage nach quartären Ammoniumhydroxiden mit einer hohen Reinheit gegeben.
Das US-Patent 4 714 530 (Hale et al) beschreibt einen elektrolytischen Prozess zum Herstellen von quartären Ammoniumhydroxiden hoher Reinheit, das eine Zelle enthaltend einen Katholytenbereich und einen Anolytenbereich, die durch eine Kationen-Austauschmembran getrennt sind. Das Verfahren umfasst das Einbringen einer wässrigen Lösung eines quaternären Ammoniumhydroxids in den Anolytenbereich, das Hinzufügen von Wasser in den Katholytenbereich und das Hindurchführen eines Gleichstroms durch die Elektrolysezelle, um ein quaternäres Ammoniumhydroxid höherer Reinheit in dem Katholytenbereich zu erzeugen, das anschließend gewonnen wird. Das '530-Patent beschreibt auch eine Verbesserung, die das Erwärmen des quaternären Ammoniumhydroxids auf eine erhöhte Temperatur vor dem Einbringen des Hydroxids in den Anolytenbereich der elektrolytischen Zelle umfasst.
Das US-Patent 4 938 854 (Sharifian et al) beschreibt auch einen elektrolytischen Prozess zum Reinigen quatärer Ammoniumhydroxide durch Verringern des latenten Halogenidgehalts. Die elektrolytische Zell kann durch ein Trennelement, das eine anionen- oder kationenselektrive Membran sein kann, in einen Anolytenbereich und einen Katholytenbereich getrennt sein. Die Kathode in dem Katholytenbereich weist Zink, Kadmium, Zinn, Blei, Kupfer oder Titan oder Legierungen hiervon, Quecksilber oder Quecksilberamalgam auf.
Das Japanische Kokai-Patent Nr. 60-131985 (1985) (Takahashi et al) beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von quartärem Ammoniumhydroxid von hoher Reinheit in einer Elektrolysezelle, die durch eine Kationen-Austauschmembran in eine Anodenkammer und eine Kathodenkammer getrennt ist. Eine quartäre Ammoniumhydroxidlösung enthaltend Verunreinigungen wird in die Anodenkammer gegeben und ein Gleichstrom fließt zwischen zwei Elektroden, nachdem Wasser in die Kathodenkammer eingebracht wurde. Gereinigtes quartäres Ammoniumhydroxid wird aus der Kathodenkammer erhalten. Das gereinigte quartäre Ammoniumhydroxid enthält verringerte Mengen von Alkalimetallen, Erdalkalimetallen, Anionen usw.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei einem Ausführungsbeispiel bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Reinigen oder Wiedergewinnen von Lösungen enthaltend eine Hydroxid-Verbindung, enthaltend die Schritte:

(A) Vorsehen einer elektrochemischen Zelle enthaltend eine Anode, eine Kathode, eine kationenselektive Membran und eine anionenselektive Membran, wobei die kationenselektive Membran zwi schen der Kathode und der anionenselektiven Membran angeordnet wird, und die anionenselektive Membran zwischen der kationenselektiven Membran und der Anode angeordnet wird, wodurch ein Zuführungsraum zwischen der kationenselektiven Membran und der anionenselektiven Membran, ein Rückgewinnungsraum zwischen der Kathode und der kationenselektiven Membran und ein Wasserraum zwischen der anionenselektiven Membran und der Anode gebildet werden;
(B) Einbringen einer Lösung einer ionischen Verbindung mit einer ersten Konzentration in den Wasserraum und von Wasser in den Rückgewinnungsraum;
(C) Einbringen einer Lösung der Hydroxid-Verbindung mit einer zweiten Konzentration in den Zuführungsraum;
(D) Hindurchführen eines Stroms durch die Zelle, um die Hydroxid-Verbindung mit einer dritten Konzentration in dem Rückgewinnungsraum zu erzeugen; und
(E) Rückgewinnen der Hydroxid-Verbindung aus dem Rückgewinnungsraum.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Reinigen oder Wiedergewinnen von Lösungen enthaltend quartäres Ammoniumhydroxid, enthaltend die im Anspruch 14 definierten Schritte.
Als ein Ergebnis der Verfahren der beanspruchten Erfindung können wiedergewonnene Lösungen von Hydroxid-Verbindungen erhalten werden, in denen die Konzentra tion und die Reinheit erhöht sind. Die Wiederaufbereitung verbrauchter Lösungen von Hydroxid-Verbindungen ergeben nicht nur Kosteneinsparungen, sondern auch Umweltvorteile durch Eliminieren des Bedürfnisses zum Bilden neuer Hydroxid-Verbindungslösungen und damit verbundener kostenaufwendiger Reinigungsverfahren. Die relativ hohe Konzentration und Reinheit von Hydroxid-Verbindungslösungen kann wirksam in zahlreichen Anwendungen genutzt werden, in denen Hydroxidlösungen erforderlich sind.
Beschreibung der Zeichnungen
1A ist eine schematische Darstellung einer Dreikammeranordnung einer elektrochemischen Zelle enthaltend eine Elementarzelle gemäß der Erfindung; und
1B ist eine schematische Darstellung einer elektrochemischen Zelle enthaltend eine Aneinanderreihung von zwei Elementarzellen der Zelle nach 1A in einer monopolaren Konfiguration.
2 ist eine schematische Darstellung einer elektrochemischen Vierkammerzelle gemäß der Erfindung.
3 ist eine schematische Darstellung einer elektrochemischen Fünfkammerzelle gemäß der Erfindung.
4A ist eine schematische Darstellung einer anderen elektrochemischen Vierkammerzelle gemäß der Erfindung; und
4B ist eine schematische Darstellung einer elektrochemischen Zelle enthaltend eine Aneinanderreihung von zwei Elementarzellen der Zelle nach 4A in einer bipolaren Konfiguration.
5 ist eine schematische Darstellung einer elektrochemischen Siebenkammerzelle gemäß der Erfindung.
6 ist eine schematische Darstellung einer anderen elektrochemischen Fünfkammerzelle gemäß der Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Die Hydroxid-Verbindungen können allgemein durch die Formel A(OH)_x (I)charakterisiert werden, worin A eine organische oder anorganische Gruppe ist und x eine ganze Zahl gleich der Valenz von A ist. Bei einem Ausführungsbeispiel sollte die Hydroxid-Verbindung in einem Lösungsmittel wie Wasser, Alkohol oder organischer Flüssigkeit oder Mischungen hiervon ausreichend löslich sein, um eine nützliche Umwandlungsrate zu ermöglichen.
Beispiele für anorganische Hydroxid-Verbindungen, die gemäß der vorliegenden Erfindung gereinigt werden können, enthalten Metallhydroxide, z. B. die Hydroxide von Alkalimetallen wie Natrium und Kalium; Erdalkalimetallen wie Magnesium und Kalzium; Übergangsmetallen wie Titan, Zirkon, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Ni ckel, Kupfer, Platin; seltene Erde-Metallen wie Zehr, Neodym, Samarium, usw. Besondere Beispiele von anorganischen Hydroxid-Verbindungen, die gemäß dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung gereinigt werden können, enthalten Kaliumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Eisen(II)-Hydroxid, Eisen(III)-Hydroxid, Kupfer(I)-Hydroxid, Kupfer(II)-Hydroxid, Kobalt(II)-Hydroxid, Kobalt(III)-Hydroxid, usw.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung nützlich bei der Herstellung gereinigter organischer Hydroxid-Verbindungen wie quartären Ammoniumhydroxiden, quartären Phosphoniumhydroxiden und tertiären Sulfoniumhydroxiden. Diese organischen Hydroxide können insgesamt als Oniumhydroxide bezeichnet werden. Bei diesem und anderen Ausführungsbeispielen ist A in der obigen Formel (I) eine Oniumverbindung, und Formel (I) stellt ein Oniumhydroxid dar.
Das quartäre Ammonium und quartäre Phosphoniumhydroxide können durch die Formel
gekennzeichnet werden, worin A ein Stickstoff- oder Phosphoratom ist, R₁, R₂, R₃ und R₄ jeweils unabhängige Alkylgruppen enthalten von 1 bis etwa 20 Kohlenstoffatome, Hydroxyalkyl- oder Alkoxyalkylgruppen enthalten von 2 bis etwa 20 Kohlenstoffatome, Arylgruppen oder Hydroxyarylgruppen sind, oder R₁ und R₂ zusammen mit A eine heterozyklische Gruppe bilden können, vorausgesetzt, dass wenn die heterozyklische Gruppe eine C=A-Gruppe enthält, R₃ die zweite Bindung ist.
Die Alkylgruppen R₁ bis R₄ können linear oder verzweigt sein, und spezifische Beispiel für Alkylgruppen enthaltend von 1 bis 20 Kohlenstoffatomen enthalten Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Buthyl-, Pentyl-, Hexyl- Heptyl-, Octyl-, Isooctyl-, Nonyl-, Octyl-, Decyl-, Isodecyl-, Dodecyl, Tridecyl-, Isotridecyl-, Hexadecyl- und Octadecyl-Gruppen. R₁, R₂, R₃ und R₄ können auch Hydroxyalkyl-Gruppen sein wie Hydroxyethyl und die verschiedenen Isomere von Hydroxypropyl, Hydroxybutyl, Hydroxypentyl usw. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind R₁–R₄ unabhingige Alkylgruppen enthaltend ein bis zehn Kohlenstoffatome und Hydroxyalkyl-Gruppen enthalten von zwei bis drei Kohlenstoffatome. Spezifische Beispiele für Alkoxyalkyl-Gruppen enthalten Ethoxyethyl, Butoxymethyl, Butoxybutyl usw. Beispiele für verschiedene Aryl- und Hydroxyaryl-Gruppen enthalten Phenyl-, Benzyl- und äquivalente Gruppen, in denen Benzolringe durch eine oder mehrere Hydroxy-Gruppen ersetzt wurden.
Die quartären Ammoniumhydroxyde, die gemäß dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung gereinigt werden können, können durch die Formel III
dargestellt werden, worin R₁–R₄ wie in Formel II definiert sind. Bei einem bevorzugten Ausführungsbei spiel sind R₁–R₄ Alkylgruppen enthaltend von 1 bis etwa 3 Kohlenstoffatome und Hydroxyalkly-Gruppen enthaltend 2 oder 3 Kohlenstoffatome. Am häufigsten sind die gemäß dem Verfahren nach der Erfindung gereinigten quartären Ammoniumhydroxide Tetramethylammonium-Hydroxid (TMAH) oder Tetraethylammonium-Hydroxid (TEAH). Spezifische Beispiele von anderen derartiger Hydroxide enthalten Tetramethylammonium-Hydroxid, Tetraethylammonium-Hydroxid, Tetrapropylammonium-Hydroxid, Tetrabutylammonium-Hydroxid, Tetra-n-Octylammonium-Hydroxide, Trimethylhydroxyethylammonium-Hydroxide, Trimethylmethoxyethylammonium-Hydroxid, Dimethyldihydroxiyethylammonium-Hydroxid, Methyltrihydroxyethylammonium-Hydroxid, Phenyltrimethylammonium-Hydroxid, Phenyltriethylammonium-Hyddroxid, Benzyltrimethylammonium-Hydroxid, Benzyltriethylammonium-Hydroxid, Dimethylpyrolidinium-Hydroxid, Dimethylpiperidinium-Hydroxid, Diisopropylimidazolinium-Hydroxid, N-Alkylpyridinium-Hydroxid usw.
Beispiele von quartären Phosphoniumhydroxiden, die für Formel II, worin A = P, repräsentativ sind, die gemäß dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung gereinigt werden können, enthalten Tetramethylphosphonium-Hydroxid, Tetraethylphosphonium-Hydroxid, Tetrapropylphosphonium-Hydroxid, Tetrabutylphosphonium-Hydroxid, Trimethylhydroxyethylphosphonium-Hydroxid, Dimethyldihydroxyethylphosphonium-Hydroxid, Methyltrihydroxyethylphosphonium-Hydroxid, Phenyltrimethylphosphonium-Hydroxid, Phenyltriethylphosphonium-Hydroxid und Benzyltrimethylphosphoniu-Hydroxid, usw.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel können die tertiären Sulfoniumhydroxide, die gemäß dieser Erfindung gereinigt werden können, durch die Formel
dargestellt werden, worin R₁, R₂ und R₃ jeweils unabhängige Alkylgruppen, enthaltend von 1 bis etwa 20 Kohlenstoffatome, Hyddroxyalkyl- oder Alkoxyalkyl-Gruppen enthaltend von 2 bis etwa 20 Kohlenstoffatome, Arylgruppen oder Hydroxyaryl-Gruppen sind, oder R₁ und R₂ können zusammen mit S eine heterozyklische Gruppe bilden, vorausgesetzt, dass, wenn die heterozyklische Gruppe eine C=S-Gruppe bildet, R₃ die zweite Bindung ist.
Beispiele der durch Formel IV dargestellten Hydroxidverbindungen enthalten Trimethylsulfonium-Hydroxid, Triethylsulfonium-Hydroxid, Tripropylsulfonium-Hydroxid usw.
Die Hydroxid-Verbindungen, die gemäß dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung gereinigt oder aufbereitet sind, sind Mischungen, vorzugsweise Lösungen, enthaltend eine oxidierbare Flüssigkeit und von 3 Gew.-% bis etwa 55 Gew.-% des Hydroxids und enthalten allgemein sich verändernde Mengen von einem oder mehreren unerwünschten Anionen wie Hallogenide, Karbonate, Formiate, Nitrite, Nitrate, Sulfate usw., einige Kationen wie Metalle enthaltend Zink und Kalzium, Natrium, Kalium und einige neutrale Stoffe wie Methanol, Amine usw. Beispielsweise können Lösungen von quartären Ammoniumhydroxiden, die durch Elektrolyse von quartären Ammoniumhallogeniden erzeugt sind, bei 25 Gew.-% von quartärem Ammoniumhydroxid typischerwei se von etwa 15 bis etwa 500 ppm Halogenid und bis zu etwa 10.000 ppm Nitrat enthalten. Wenn dies nicht speziell anders angezeigt ist, erfolgen in dieser Anmeldung alle Bezugnahmen auf ppm von Hallogeniden, Metallen oder Karbonaten usw. für Lösungen enthaltend 25 Gew.-% der Hydroxid-Verbindung.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wirksam bei der Verringerung der Menge von entweder Nitraten oder Hallogeniden, die in Lösungen von Hydroxid-Verbindungen wie quartären Ammoniumhydroxiden vorhanden sind. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ergibt das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung eine Verringerung von Hallogeniden sowie Nitraten in einer Lösung einer Hydroxid-Verbindung wie einem quartären Ammoniumhydroxid.
Hydroxid-Verbindungen sind kommerziell erhältlich. Alternativ können Hydroxid-Verbindungen aus den entsprechenden Salzen wie Hallogeniden, Sulfaten und dergleichen hergestellt werden. Verschiedene Herstellungsverfahren sind in den US-Patenten 4 917 781 (Sharifian et al) und 5 286 354 (Bard et al) beschrieben, die hier einbezogen werden. Es besteht keine besondere Beschränkung dahingehend, wie die Hydroxid-Verbindung erhalten wurde.
Gemäß dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung werden die Hydroxid-Verbindungen wie die vorstehend beschriebenen in einer elektrochemischen Zelle gereinigt oder wiederaufbereitet. Die Reinigung oder Wiederaufbereitung kann durch Elektrolyse in einer elektrolytischen Zelle oder durch Elektrodialyse in einer elektodialytischen Zelle erfolgen. Die elektrochemischen Zellen enthalten im Allgemeinen eine Ano de, eine Kathode und eine oder mehrere Elementarzellen, die für eine betriebsmäßige Positionierung zwischen der Anode und der Kathode zusammengesetzt sind. Eine Anzahl von elektrolytischen und elektrodyalytischen Zellen enthaltend verschiedene Elementarzellen und mehrfache Elementarzellen sind hier beschrieben, die brauchbar für das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung sind. Mehrfache Elementarzellen können definiert werden durch eine Anzahl von Kammern zwischen einer Anode und einer Kathode (siehe z. B. 3), oder mehrfache Elementarzellen können definiert werden durch eine Anzahl von Kammern enthaltend eine Anode und eine Kathode (siehe z. B. 1B und 4B). Mehrfache Elementrarzellen enthaltend eine Anode und eine Kathode können eine monopolare Konfiguration (siehe z. B. 1B) oder eine bipolare Konfiguration (siehe z. B. 4B) annehmen. Es besteht keine besondere Grenze hinsichtlich der Anzahl der verwendeten Elementarzellen. Bei einem Ausführungsbeispiel enthalten elektrochemische Zellen, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, von 1 bis etwa 25 Elementrarzellen, und bevorzugt von 1 bis etwa 10 Elementarzellen.
Die Elementarzellen können drei oder mehr Kammern enthalten, die durch die Anode, Kathode, zwei oder mehr Teilungs- oder Trenngliedern und wahlweise einer oder mehr bipolaren Membranen definiert sind. Teilungs- oder Trennglieder können (1) nichtionogene mikroporöse Diffusionsbarrieren wie Schirme, Filter, Membranen usw. mit kontrollierter Porengröße oder Porengrößenverteilung, die ermöglichen, dass bestimmte Ionen durch das Teilungs- oder Trennglied hindurchgehen, oder (2) ionale Teilungs- oder Trennglieder wie anionenselektive Membranen und kationenselektive Membranen, die bevorzugt sind, weil ihre Verwendung im Allgemeinen zu der Erzeugung von Hydroxid-Verbindungen höherer Reinheit und mit höherer Ausbeute führt, sein. Die verschiedenen Teilungsglieder, die in den bei der Erfindung verwendeten elektrochemischen Zellen brauchbar sind, werden nachfolgend vollständiger beschrieben.
Elektrochemische Zellen gemäß der Erfindung enthalten zumindest drei Kammern oder Räume; nämlich einen Zuführungsraum, einen Wasserraum und einen Rückgewinnungsraum. Wahlweise können elektrochemische Zellen gemäß der Erfindung zumindest einen Durchgangsraum enthalten. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen kann eine elektrochemische Zelle gemäß der Erfindung zwei oder mehr von jedem der vorbeschriebenen Räume aufweisen. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die elektrochemische Zelle zwei oder mehr von einem oder mehreren der vorstehend aufgeführten Räume aufweisen. Z. B. kann bei einem Ausführungsbeispiele eine elektrochemische Zelle einen Zuführraum, zwei Wasserräume und einen Rückgewinnungsraum aufweisen.
Eine Lösung wird in jeden Raum eingebracht. Die Lösung kann auf Wasser basieren, Alkohol basieren, eine organische Lösung oder Kombinationen hiervon sein. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die in jedem Raum eingebrachte Lösung eine wässrige Lösung. Die in den Zuführraum eingebrachte Lösung enthält die wieder aufzubereitende oder zu reinigende Hydroxid-Verbindung mit einer bestimmten Konzentration. Die Konzentration der Hydroxid-Verbindung, die anfänglich in den Zuführraum eingebracht wird, liegt in dem Bereich von etwa 0,01 M bis etwa 1 M. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel liegt die Konzentration der Hydroxid-Verbindung in der in den Zuführraum eingebrachten Lösung von etwa 0,1 M bis 0,5 M. In elektro chemischen Zellen enthaltend zwei oder mehr Zuführungsräume können die Konzentrationen der Hydroxid-Verbindung in den in die Zuführungsräume eingebrachten Lösungen dieselben oder unterschiedlich für jeden Zuführraum sein. Die Konzentration der Hydroxid-Verbindung in der in die Zelle eingebrachten Lösung beträgt von etwa 0,5 Gew.-% bis zu etwa 50 Gew.-% und häufiger zwischen 2 Gew.-% und 5 Gew.-%. Der Zuführraum hält, wie der Ausdruck bedeutet, die Lösung enthaltend eine Hydroxid-Verbindung, die durch die elektrische Zelle wieder aufzubereiten und zu verarbeiten ist.
Der Wasserraum enthält eine Lösung einer ionischen Verbindung mit einer bestimmten Konzentration. Der Wasserraum enthaltend eine ionische Verbindung dient zum Aufrechterhalten der Leitfähigkeit und ermöglicht niedrigere Zellenbetriebsspannungen. Eine ionische Verbindung ist eine chemische Verbindung, die in der Lösung ionisiert, wie ein Elektrolyt. Beispiele für ionische Verbindungen enthalten Salze, Metallsalze und Säuren oder jede Verbindung, die ein Anion und ein Kation bildet, wenn sie in Wasser aufgelöst wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die ionische Verbindung dieselbe wie die in den Zuführungsraum eingebrachte Hydroxid-Verbindung. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die ionische Verbindung unterschiedlich gegenüber der in den Zuführungsraum eingebrachten Hydroxid-Verbindung. Die Konzentration der ionischen Verbindung in dem Wasserraum ist in dem Bereich von etwa 0,01 M bis etwa 2 M. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Konzentration von etwa 0,05 M bis etwa 1 M. Bei einem bevorzugtesten Ausführungsbeispiel beträgt die Konzentration von etwa 0,1 M bis etwa 0,5 M. Bei elektrochemischen Zellen, die zwei oder mehr Wasserräume enthal ten, können die Konzentrationen der ionischen Verbindung in den in die Wasserräume eingebrachten Lösungen dieselben oder unterschiedlich für jeden Wasserraum sein.
In den Rückgewinnungsraum wird anfänglich eine Lösung und vorzugsweise eine wässrige Lösung eingebracht. Die in den Rückgewinnungsraum eingebrachte Lösung kann eine ionische Verbindung enthalten oder nicht enthalten. Nach dem Durchgang eines Stroms durch die elektrochemische Zelle kann die Hydroxid-Verbindung mit einer bestimmten Konzentration wiedergewonnen oder in anderer Weise aus dem Rückgewinnungsraum erhalten werden. Nachdem ein Strom durch die elektrochemische Zelle hindurchgegangen ist, ist die Konzentration der Hydroxid-Verbindung in den Rückgewinnungsraum im Allgemeinen höher als die Konzentration der Hydroxid-Verbindung, die anfänglich in den Zuführungsraum eingebracht wurde. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die Konzentration der Hydroxid-Verbindung in dem Rückgewinnungsraum etwa 1 M. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel beträgt die Konzentration der Hydroxid-Verbindung in dem Rückgewinnungsraum etwa 1,5 M. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Konzentration der Hydroxid-Verbindung in dem Rückgewinnungsraum etwa 2 M. Bei elektrochemischen Zellen enthaltend 2 oder mehr Rückgewinnungsräume können die Konzentrationen der Hydroxid-Verbindung in den aus den Rückgewinnungsräumen gewonnenen Lösungen für jeden Rückgewinnungsraum dieselben oder unterschiedlich sein.
In den Durchgangsraum wird anfänglich eine Lösung und vorzugsweise ein wässrige Lösung eingebracht. Die in den Durchgangsraum eingebrachte Lösung kann eine ionische Verbindung enthalten oder nicht enthalten.
Nach dem Durchgang eines Stroms durch die elektrochemische Zelle geht die Hydroxid-Verbindung bei den Ausführungsbeispielen, bei denen ein Durchgangsraum verwendet wird, durch den Durchgangsraum hindurch. Da die meisten unerwünschten Verbindungen nicht durch den Durchgangsraum hindurchgehen, dient der Durchgangsraum zur weiteren Reinigung der Hydroxid-Verbindung.
Mehrere Ausführungsbeispiele für elektrochemische Zellen, die bei der Erfindung verwendet werden können, werden mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Obgleich zahlreiche Ausführungsbeispiele von verschiedenen elektrochemischen Zellen in den Figuren beschrieben sind, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass zahlreiche Ausführungsbeispiele, die nicht speziell in den Figuren dargestellt sind, innerhalb des Bereichs der Erfindung existieren.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine elektrochemische Zelle in 1A illustriert, die eine schematische Darstellung einer elektrochemischen Zelle 10 enthaltend eine Kathode 11, eine Anode 12 und in Folge beginnend an der Anode 12 eine anionenselektive Membran 13 und eine kationenselektive Membran 14 ist. Die in 1A illustrierte elektrochemische Zelle 10 enthält drei Räume; nämlich einen Wasserraum 15, einen Zuführungsraum 16 und einen Rückgewinnungsraum 17.
Im Betrieb der in 1A illustrierten elektrochemischen Zelle wird eine Lösung enthaltend eine ionische Verbindung wie eine Hydroxid-Verbindung mit einer ersten Konzentration in den Wasserraum eingebracht. Wasser wird in den Rückgewinnungsraum eingebracht. Eine Lösung enthaltend eine Hydroxid- Verbindung wie Tetramethylammonium-Hydroxid mit einer zweiten Konzentration wird in den Zuführungsraum eingebracht. Ein elektrischen Potential wird erzeugt und zwischen der Anode und der Kathode aufrecht erhalten, um einen Stromfluss durch die Zelle zu erzeugen, wodurch das quartäre Ammoniumkation zu der Kathode hin gezogen wird und durch die kationenselektive Membran 14 in den Rückgewinnungsraum 17 gelangt. Das quartäre Ammoniumkation verbindet sich mit an der Kathode gebildeten Hydroxidionen, um das gewünschte Tetramethylammonium-Hydroxid mit einer dritten Konzentration in dem Rückgewinnungsraum 17 zu erzeugen. Gereinigtes Tetramethylammonium-Hydroxid mit einer dritten Konzentration wird aus dem Rückgewinnungsraum 17 gewonnen.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine elektrochemische Zelle, und insbesondere eine Mehreinheitenzelle in einer monopolaren Konfiguration ähnlich der Zelle nach 1A in 1B illustriert, die eine schematische Darstellung einer elektrochemischen Zelle 20 enthaltend eine Kathode 21, eine zweite Kathode 22, eine Anode 27 und in Folge beginnend an der zweiten Kathode 22 eine erste kationenselektive Membran 23, eine erste anionenselektive Membran 24, eine zweite anionenselektive Membran 25 und eine zweite kationenselektive Membran 26. Die in 1B illustrierte elektrochemische Zelle 20 enthält sechs Räume; nämlich einen ersten Rückgewinnungsraum 28, einen ersten Zuführungsraum 29, einen ersten Wasserraum 30, einen zweiten Wasserraum 31, einen zweiten Zuführungsraum 32 und einen Rückgewinnungsraum 33.
In Betrieb der in 1B illustrierten elektrochemischen Zelle wird eine Lösung aus einer ionischen Verbindung mit einer ersten Konzentration in die Was serräume eingebracht. Wasser wird in die Rückgewinnungsräume eingebracht. Eine Hydroxid-Verbindung mit einer zweiten Konzentration enthaltende Lösung wird in die Zuführungsräume eingebracht. Ein elektrisches Potential wird erzeugt und zwischen der Anode und den Kathoden aufrecht erhalten, um einen Stromfluss durch die Zelle zu erzeugen, worauf ein Kation von der Hydroxid-Verbindung entweder zu der ersten Kathode 21 oder der zweiten Kathode 22 gezogen wird und durch entweder die erste kationenselektive Membran 23 oder die zweite kationenselektive Membran 26 hindurch in entweder den Rückgewinnungsraum 28 oder den Rückgewinnungsraum 33 gelangt. Das Kation verbindet sich mit Hydroxidionen, die an der ersten Kathode 21 oder der zweiten Kathode 22 gebildet wurden, um die gewünschte Hydroxid-Verbindung mit einer dritten Konzentration in den Rückgewinnungsräumen 28 und 33 zu erzeugen. Die Hydroxid-Verbindung mit einer dritten Konzentration wird aus den Rückgewinnungsräumen 28 und 33 zurückgewonnen.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine elektrochemische Zelle in 2 illustriert, die eine schematische Darstellung einer elektrochemischen Zelle 40 enthaltend eine Kathode 41, eine Anode 42 und in Folge beginnend an der Anode 42 eine bipolare Membran 43, eine anionenselektive Membran 44 und eine kationselektive Membran 45 ist. Die bipolare Membran 43 hat eine anionenselektive Seite (nicht gezeigt), die der Anode zugewandt ist, und eine kationenselektive Seite (nicht gezeigt), die der Kathode zugewandt ist. Die in 2 illustrierte elektrochemische Zelle 40 enthält vier Räume, nämlich einen ersten Wasserraum 46, einen zweiten Wasserraum 47, einen Zuführungsraum 48 und einen Rückgewinnungsraum 49.
Im Betrieb der in 2 illustrierten elektrochemischen Zelle wird eine Lösung mit einer ersten Konzentration einer ionischen Verbindung in die Wasserräume eingebracht. Wasser wird in den Rückgewinnungsraum eingebracht. Eine eine Hydroxid-Verbindung mit einer zweiten Konzentration enthaltende Lösung wird in den Zuführungsraum eingebracht. Ein elektrisches Potential wird erzeugt und zwischen der Anode und der Kathode aufrecht erhalten, um einen Stromfluss durch die Zelle zu erzeugen, woraufhin ein Kation von der Hydroxid-Verbindung zu der Kathode 41 gezogen wird und durch die kationenselektive Membran 45 in den Rückgewinnungsraum 49 gelangt. Das Kation verbindet sich mit Hydroxidionen, die an der Kathode gebildet wurden, um die gewünschte Hydroxid-Verbindung mit einer dritten Konzentration in dem Rückgewinnungsraum 49 zu erzeugen. Die Hydroxid-Verbindung mit einer dritten Konzentration wird aus dem Rückgewinnungsraum 49 wiedergewonnen.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine elektrochemische Zelle in 3 illustriert, die eine schematische Darstellung einer elektrochemischen Zelle 50 enthaltend eine Kathode 51, eine Anode 52 und in Folge beginnend an der Anode 52 eine erste anionenselektive Membran 53, eine erste kationenselektive Membran 54, eine zweite anionenselektive Membran 55 und eine zweite kathiodenenselektive Membran 56 ist. Die in 3 illustrierte elektrochemische Zelle 50 enthält fünf Räume; nämlich einen Wasserraum 57, einen ersten Zuführungsraum 58, einen ersten Rückgewinnungsraum 59, einen zweiten Zuführungsraum 60 und einen zweiten Rückgewinnungsraum 61.
Im Betrieb der in 3 illustrierten elektrochemischen Zelle wird eine Lösung enthaltend eine ionische Verbindung mit einer ersten Konzentration in den Wasserraum eingebracht. Wasser wird in die Rückgewinnungsräume eingebracht. Eine Lösung enthaltend eine Hydroxid-Verbindung mit einer zweiten Konzentration wird in die Zuführungsräume eingebracht. Ein elektrisches Potential wird erzeugt und zwischen der Anode und der Kathode aufrecht erhalten, um einen Stromfluss durch die Zelle zu erzeugen, woraufhin ein Kation der Hydroxid-Verbindung zu der Kathode 51 gezogen wird und durch entweder die erste kationenselektive Membran 54 oder die zweite kationenselektive Membran 56 hindurchgeht in entweder den ersten Rückgewinnungsraum 59 oder den zweiten Rückgewinnungsraum 61. Das Kation verbindet sich mit an der Kathode 51 gebildeten Hydroxidionen, um die gewünschte Hydroxid-Verbindung mit einer dritten Konzentration in dem Rückgewinnungsraum 61 zu erzeugen. Gleichzeitig verbindet sich das von dem ersten Zuführungsraum 58 angezogene Kation mit Hydroxidionen, die aus dem zweiten Zuführungsraum 60 in den ersten Rückgewinnungsraum 59 wandern, um die gewünschte Hydroxid-Verbindung mit einer dritten Konzentration in dem ersten Rückgewinnungsraum 59 zu erzeugen. Die Hydroxid-Verbindung mit einer dritten Konzentration wird aus den Rückgewinnungsräumen 59 und 61 wiedergewonnen.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine elektrochemische Zelle in 4A illustriert, die eine schematische Darstellung einer elektrochemischen Zelle 70 enthaltend eine Kathode 71, eine Anode 72 und in Folge beginnend an der Anode 72 eine anionenselektive Membran 73, eine erste kationenselektive Membran 74 und eine zweite kationenselektive Membran 75 ist. Die erste kationenselektive Membran 74 kann durch ein nicht ionisches Teilungsglied ersetzt werden. Die in 4A illustrierte elektrochemische Zelle 70 enthält vier Räume; nämlich einen Wasserraum 76, einen Zuführungsraum 77, einen Durchgangsraum 78 und einen Rückgewinnungsraum 79.
Im Betrieb der in 4A illustrierten elektrochemischen Zelle wird eine Lösung enthaltend eine ionische Verbindung mit einer ersten Konzentration in den Wasserraum eingebracht. Wasser wird in den Rückgewinnungsraum und den Durchgangsraum eingebracht. Eine Lösung enthaltend eine Hydroxid-Verbindung mit einer zweiten Konzentration wird in den Zuführungsraum eingebracht. Ein elektrisches Potential wird erzeugt und zwischen der Anode und der Kathode aufrecht erhalten, um einen Stromfluss durch die Zelle zu erzeugen, woraufhin ein Kation der Hydroxid-Verbindung zu der Kathode hin gezogen wird und durch die erste kationenselektive Membran 74 oder die zweite kationenselektive Membran 75 in den Rückgewinnungsraum 79 gelangt. Das Kation verbindet sich mit an der Kathode gebildeten Hydroxidionen, um die gewünschte Hydroxid-Verbindung mit einer dritten Konzentration in dem Rückgewinnungsraum 79 zu erzeugen. Die Hydroxid-Verbindung mit einer dritten Konzentration wird aus dem Rückgewinnungsraum 79 wiedergewonnen.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine elektrochemische Zelle in 4B illustriert, die eine schematische Darstellung einer Mehreinheitenzelle in einer bipolaren Konfiguration ähnlich der Zelle nach 4A ist, die eine elektrochemische Zelle 80 enthaltend eine erste Kathode 81, eine erste Anode 82, und in Folge beginnend an der ersten Anode 82 eine erste anionenselektive Membran 83, eine erste kationenselektive Membran 84, eine zweite kationenselektive Membran 85, eine zweite Kathode 86, eine zweite Anode 87, eine zweite anionenselektive Membran 88, eine dritte kationenselektive Membran 89 und eine vierte kationenselektive Membran 90 ist. Jede der kationenselektiven Membranen kann durch ein nichtionisches Teilungsglied ersetzt werden. Die in 4A illustrierte elektrochemische Zelle 80 enthält acht Räume; nämlich einen ersten Wasserraum 91, einen ersten Zuführungsraum 92, einen ersten Durchgangsraum 93 und einen ersten Rückgewinnungsraum 94, einen zweiten Wasserraum 95, einen zweiten Zuführungsraum 96, einen zweiten Durchgangsraum 97 und einen zweiten Rückgewinnungsraum 98.
Im Betrieb der in 4A illustrierten elektrochemischen Zelle wird eine Lösung enthaltend eine ionische Verbindung mit einer ersten Konzentration in die Wasserräume eingebracht. Wasser wird in die Rückgewinnungs- und die Durchgangsräume eingebracht. Eine Lösung enthaltend eine Hydroxid-Verbindung mit einer zweiten Konzentration wird in die Zuführungsräume eingebracht. Ein elektrisches Potential wird erzeugt und zwischen den Anoden und den Kathoden aufrecht erhalten, um einen Stromfluss durch die Zelle zu erzeugen, woraufhin ein Kation der Hydroxid-Verbindung zu der Kathode jeder Elementarzelle gezogen wird und durch die erste oder dritte kationenselektive Membran 84 oder 89 oder die zweite oder vierte kationenselektive Membran 85 oder 90 in den Rückgewinnungsraum 94 oder 98 gelangt. Das Kation verbindet sich mit Hydroxidionen, die an den Kathoden gebildet sind, um die gewünschte Hydroxid-Verbindung mit einer dritten Konzentration in den Wiedergewinnungsräumen 94 und 98 zu erzeugen. Die Hydroxid-Verbindung mit einer dritten Konzentration wird aus den Rückgewinnungsräumen 94 und 98 wiedergewonnen.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine elektrochemische Zelle in 5 illustriert, die eine schematische Darstellung einer elektrochemischen Zelle 100 enthaltend eine Kathode 101, eine Anode 102 und in Folge beginnend an der Anode 102 eine erste anionenselektive Membran 103, eine erste kationenselektive Membran 104, eine zweite kationenselektive Membran 105, eine zweite aniodenenselektive Membran 106, eine dritte kationenselektive Membran 107 und eine vierte kationenselektive Membran 108 ist. Die erste kationenselektive Membran 104 und die dritte kationenselektive Membran 107 können durch ein nichtionisches Teilungsglied ersetzt werden. Die in 5 illustrierte elektrochemische Zelle 100 enthält sieben Räume; nämlich einen Wasserraum 109, einen ersten Zuführungsraum 110, einen ersten Durchgangsraum 111 und einen ersten Rückgewinnungsraum 112, einen zweiten Zuführungsraum 113, einen zweiten Durchgangsraum 114 und einen zweiten Rückgewinnungsraum 115.
Im Betrieb der in 5 illustrierten elektrochemischen Zelle wird eine Lösung enthaltend eine ionische Verbindung mit einer ersten Konzentration in den Wasserraum eingebracht. Wasser wird in die Rückgewinnungs- und Durchgangsräume eingebracht. Eine Lösung enthaltend eine Hydroxid-Verbindung mit einer zweiten Konzentration wird in die Zuführungsräume eingebracht. Ein elektrisches Potential wird erzeugt und zwischen der Anode und der Kathode aufrecht erhalten, um einen Stromfluss durch die Zelle zu erzeugen, woraufhin ein Kation der Hydroxid-Verbindung zu der Kathode gezogen wird und durch eine oder mehrere der ersten kathonenselektiven Membran 104, der zweiten kationenselektiven Membran 105, der dritten kationenselektiven Membran 107 und der vierten kationenselek tiven Membran 108 entweder in den ersten Rückgewinnungsraum 112 oder den zweiten Rückgewinnungsraum 115 gelangt. In dem ersten Rückgewinnungsraum 112 verbindet sich das Kation mit Hydroxidionen, die von dem zweiten Zuführungsraum 113 aus durch die anionenselektive Membran 116 gewandert sind, um die gewünschte Hydroxid-Verbindung mit einer dritten Konzentration in dem Rückgewinnungsraum 112 zu erzeugen. Das Kation in dem Rückgewinnungsraum 115 verbindet sich mit an der Kathode gebildeten Hydroxidionen, um die gewünschte Hydroxid-Verbindung mit einer dritten Konzentration in dem Rückgewinnungsraum 115 zu erzeugen. Die Hydroxid-Verbindung mit einer dritten Konzentration wird aus den Rückgewinnungsräumen 112 und 115 zurückgewonnen.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine elektrochemische Zelle in 6 illustriert, die eine schematische Darstellung einer elektrochemischen Zelle 120 enthaltend eine Kathode 121, eine Anode 122 und in Folge beginnend an der Anode 122 eine bipolare Membran 123, eine anionenselektive Membran 124, eine erste kationenselektive Membran 125, eine zweite kationenselektive Membran 126 ist. Die erste kationenselektive Membran 125 kann durch ein nichtionisches Teilungsglied ersetzt sein. Die bipolare Membran 123 hat eine anionenselektive Seite (nicht gezeigt), die der Anode zugewandt ist, und eine kationenselektive Seite (nicht gezeigt), die der Kathode zugewandt ist. Die in 6 illustrierte elektrochemische Zelle 120 enthält fünf Räume; nämlich einen ersten Wasserraum 127, einen zweiten Wasserraum 128, einen Zuführungsraum 129, einen Durchgangsraum 130 und einen Wiedergewinnungsraum 131.
Im Betrieb der in 6 illustrierten elektrochemi schen Zelle wird eine Lösung enthaltend eine ionische Verbindung mit einer ersten Konzentration in die Wasserräume eingebracht. Wasser wird in die Rückgewinnungs- und Durchgangsräume eingebracht. Eine eine Hydroxid-Verbindung mit einer zweiten Konzentration enthaltende Lösung wird in den Zuführungsraum eingebracht. Ein elektrisches Potential wird erzeugt und zwischen der Anode und der Kathode aufrecht erhalten, um einen Stromfluss durch die Zelle zu erzeugen, woraufhin ein Kation von der Hydroxid-Verbindung zu der Kathode gezogen wird und durch die erste kationenselektive Membran 125 und die zweite kationenselektive Membran 126 hindurchgehend in den Rückgewinnungsraum 131 gelangt. Das Kation verbindet sich mit an der Kathode gebildeten Hydroxidionen, um die gewünschte Hydroxid-Verbindung mit einer dritten Konzentration in dem Rückgewinnungsraum 131 zu erzeugen. Die Hydroxid-Verbindung mit einer dritten Konzentration wird aus dem Rückgewinnungsraum 131 wiedergewonnen.
Bei den Ausführungsbeispielen nach den 4–6 werden Hydroxid-Verbindungen mit höherer Reinheit erhalten, da die Kationen der Hydroxid-Verbindungen durch zwei kationenselektive Membranen hindurchgehen, was zu einer geringeren Verunreinigung des gewünschten Hydroxids durch andere Anionen wie Chloridionen führt. Da das gewünschte Produkt die Hydroxid-Verbindung ist, enthält der Rückgewinnungsraum eine Lösung aus Wasser, Alkohol, einer organischen Flüssigkeit oder einer Mischung aus Wasser und Alkohol und/oder ein organisches Lösungsmittel, vorausgesetzt, dass der Rückgewinnungsraum ausreichend Wasser enthält, so dass sich die gewünschte Hydroxid-Verbindung bilden kann. Die anderen Räume können Wasser, Alkohol, eine organische Flüssigkeit wie vorstehend beschrieben oder eine Mischung aus Wasser und Alkohol und/oder einer organischen Flüssigkeit enthalten.
Die Arbeitsweise des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung, das die in den 1–6 illustrierten elektrochemischen Zellen verwendet, ist im Allgemeinen kontinuierlich und alle Flüssigkeiten werden kontinuierlich in Umlauf gehalten. Die Zirkulation wird bewirkt durch Pumpen und/oder durch Gasentwicklung. Jedoch können solche elektrochemischen Zellen schubweise oder in einem kontinuierlichen Betrieb betrieben werden.
Verschiedene Materialien können als Anoden in den elektrochemischen Zellen verwendet werden. Z. B. kann die Anode aus Metallen wie titanbeschichteten Elektroden, Tantal, Zirkon, Hafnium oder Legierungen derselben bestehen. Im Allgemeinen haben die Anoden einen nichtpassivierenden und kathalytischen Film, der metallische Edelmetalle wie Platin, Iridium, Rhodium oder Legierungen hiervon aufweisen kann, oder eine Mischung aus elektroleitenden Oxiden enthaltend zumindest ein Oxid oder gemischte Oxide eines Edelmetalls wie Platin, Iridium, Ruthenium, Palladium oder Rhodium. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Anode eine dimensionsmäßig stabile Anode wie eine Anode mit einer Titanbasis mit Ruthenium- und/oder Iridiumoxid darauf.
Verschiedene Materialien, die als Kathoden in elektrochemischen Zellen verwendet wurden, können in den Zellen enthalten sein, die bei den obigen und anderen Ausführungsbeispielen nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Kathodenmaterialien enthalten Nickel, Eisen, rostfreien Stahl, nickelplattiertes Titan, Graphit, Kohlenstoffstahl (Eisen) und Legierun gen hiervon, usw. Der Begriff "Legierung" wird in einem breiten Sinn verwendet und enthält innige Mischungen von zwei oder mehr Metallen sowie ein Metall, das auf ein anderes Material geschichtet ist.
Die in dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung verwendete elektrochemische Zelle enthält zumindest zwei Teilungs- oder Trennglieder wie ionenselektive Membranen und wahlweise zumindest eine bipolare Membran. Räume sind definiert als der Bereich zwischen jeweils zwei von Teilungsgliedern und/oder bipolaren Membranen und/oder der Anode und/oder der Kathode. Die Teilungsglieder und/oder bipolaren Membranen wirken als Diffusionsbarrieren und/oder Gastrenngliedern.
Die Teilungs- oder Trennglieder, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, können aus einer großen Verschiedenheit von mikroporösen Diffusionsbarrieren, Schirmen, Filtern, Membranen usw. ausgewählt sein, welche Poren der gewünschten Größe enthalten, die die Wanderung von Kationen der Hydroxid-Verbindung wie Oniumkationen zu der Kathode ermöglichen. Die mikroporösen Teilungsglieder können aus verschiedenen Materialien hergestellt sein, enthaltend Kunststoffe wie Polyethylen, Polypropylen und Teflon, Keramik, usw. Mikroporöse Teilungsglieder wie nichtionische Teilungsglieder können verwendet werden, z. B. zusätzlich zu den in den Figuren aufgeführten Teilungsgliedern oder anstelle bestimmter Teilungsglieder wie kationenselektiven Membranen 75 in 4A, 90 in 4B, 108 in 5 und 126 in 6. Spezifische Beispiele für kommerziell erhältliche mikroporöse Trennglieder enthalten: Celanes Celgard und Norton Zitex. Mikroporöse Trennglieder sind besonders nützlich, wenn das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird, um die Hydroxide mit höherem Molekulargewicht wie Tetra-n-Butylphosphonium-Hydroxid und Tetra-n-Butylammonium-Hydroxid zu reinigen.
Die in den Zellen verwendeten kationselektiven Membranen und das Verfahren nach der Erfindung können solche sein, die in der elektrochemischen Reinigung oder Wiederaufbereitung von Hydroxid-Verbindungen verwendet wurden. Vorzugsweise sollten die Kationenaustausch-Membranen ein sehr dauerhaftes Material enthalten wie die auf den Fluorkohlenstoff-Serien basierenden Membranen, oder aus weniger teuren Materialien der Polystyrol- oder Polypropylen-Serien. Vorzugsweise jedoch enthalten die für die vorliegende Erfindung brauchbaren kationenselektiven Membranen fluorierte Membranen enthaltend kationenselektive Gruppen wie Perfluorsulfosäure und Perfluorsulfo- und Perfluorkarbonsäure, Perfluorkarbonpolymer-Membranen, wie solche, die von E. I. Dupont, Nemours & Co. unter der allgemeinen Handelsbezeichnung "Nafion" verkauft werden, wie DuPont's Cationic Nafion 902-Membran. Andere geeignete kationenselektive Membranen enthalten Styroldivinylbenzol-Copolymermembranen enthaltend kationenselektive Gruppen wie Sulfonatgruppen, Karboxylatgruppen usw. Raipore Cationic R1010 (von Pall RAI) und NEOSEPTA CMH und NEOSEPTA CM1-Membranen von Tokuyame Soda sind brauchbar insbesondere bei höher molekularen quartären Verbindungen. Die Herstellung und Struktur von kationenselektiven Membranen sind beschrieben in dem "Membrane Technology" betitelten Kapitel in Encyclopedia of Chemical Technology, Kirk-Othmer, dritte Ausgabe, Band 15, Seiten 92–131, Wiley & Sons, New York, 1985. Diese Seiten sind hier einbezogen hinsichtlich ihrer Offenbarung von verschiedenen kationenselektiven Membranen, die für das Verfah ren nach der vorliegenden Erfindung brauchbar sind.
Jede anionenselektive Membran kann verwendet werden einschließlich Membranen, die für Verfahren zur Entsalzung von Brackwasser verwendet werden. Vorzugsweise sollten Membranen selektiv mit Bezug auf die besonderen in der Zelle vorhandenen Anionen (z. B. Hallogenidionen) sein. Die Herstellung und Struktur von anionischen Membranen sind beschrieben in dem ""Membrane Technology" betitelten Kapitel in Encyclopedia of Chemical Technology, Kirk-Othmer, dritte Ausgabe, Band 15, Seiten 92–131, Wiley & Sons, New York, 1985. Diese Seiten sind hier einbezogen hinsichtlich ihrer Offenbarung von verschiedenen anionischen Membranen, die für das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung brauchbar sein können.
Unter den anionselektiven Membranen, die verwendet werden können und die kommerziell erhältlich sind, sind die folgenden: AMFLON, Serie 310, basierende auf fluoriertem Polymer, substituiert mit quartären Ammoniumgruppen, hergestellt von American Machine and Foundry Company; IONAC MA 3148, MA 3236 und MA 3475, basierend auf Polymer, substituiert mit quartärem Ammonium abgeleitet von heterogenem Polyvenylchlorid, hergestellt von Ritter-Pfaulder Corp., Permutit Division; Tosflex IE-SF 34 oder IE-SA 48, hergestellt von Tosoh Corp., welches eine Membran ist, die stabil in alkalischen Medien ist; NEOSEPTA AMH, NEOSEPTA ACM, NEOSEPTA AFN oder NEOSEPTA ACLE-SP von Tokuyama Soda Co.; und Selemion AMV und Selemion AAV von Asahi Glass. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Tosflex IE-SF 34 und NEOSEPTA AMH Anionenaustausch-Membranen bevorzugt wegen ihrer Stabilität in alkalischen Lösungen, wie den Hydroxid enthaltenden Lösungen, die in das Verfahren nach der Erfindung einbezogen sind.
Die bipolaren Membranen, die in den elektrochemischen Zellen verwendet werden können, sind zusammengesetzte Membranen, die drei Teile enthalten: eine kationenselektive Seite oder Bereich, eine anionenselektive Seite oder Bereich und eine Schnittstelle zwischen den beiden Bereichen. Wenn ein Gleichstrom eine bipolare Membran passiert, wobei die kationenselektive Seite der Kathode zugewandt ist, wird eine elektrische Leitung durch den Transport von H⁺- und OH^–-Ionen erzielt, die durch die Dissoziation von Wasser erzeugt werden, die an der Schnittstelle unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes auftritt. Bipolare Membranen sind beispielsweise beschrieben in den US-Patenten 2 829 095, 4 024 043 (bipolare Einzelfilmmembranen) und 4 116 889 (gegossene bipolare Membranen). Die für das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung brauchbaren bipolaren Membranen enthalten NEOSEPTA BIPOLAR 1 von Tokuyama Soda, WSI BIPOLAR und Aqualytics Bipolar-Membranen.
Elektrochemische Reinigung oder Wiederaufbereitung der die Hydroxid-Verbindung enthaltenden Mischung, die in dem Zuführungsraum enthalten ist, wird bewirkt durch Erzeugen eines Stroms (im Allgemeinen Gleichstroms) zwischen der Anode und der Kathode. Der Strom, der durch die elektrochemische Zelle hindurchgeht, ist im Allgemeinen ein Gleichstrom, der durch die Ausbildung und das Leistungsvermögen der Zelle bestimmt wird, die für den Fachmann offensichtlich sind und/oder durch routinemäßige Experimente bestimmt werden können. Stromdichten zwischen etwa 0,0015 und etwa 0,62 A/cm² (etwa 0,01 und etwa 4 A pro Quadratzoll) werden allgemein verwendet, und Stromdichten zwischen etwa 0,0465 und etwa 0,109 A/cm² (etwa 0,3 und etwa 0,7 Ampere pro Quadratzoll) sind bevorzugt. Höhere oder niedrigere Stromdichten können für bestimmte spezifische Anwendungen verwendet werden. Die Stromdichte der Zelle während einer Zeitperiode zugeführt, die ausreichend ist, um die Bildung der gewünschten Menge oder Konzentration der Hydroxid-Verbindung in dem Rückgewinnungsraum zu erhalten.
Während des elektrochemischen Prozesses ist es allgemein wünschenswert, dass die Temperatur der Flüssigkeiten innerhalb der Zelle in dem Bereich von etwa 10°C bis etwa 80°C, vorzugsweise von etwa 30°C bis etwa 50°C gehalten wird, und insbesondere wird die Temperatur bei etwa 40°C während des elektrochemischen Prozesses gehalten. Auch während des elektrochemischen Prozesses ist es im Allgemeinen wünschenswert, dass der pH der Flüssigkeiten innerhalb der Zelle hochalkalisch ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der pH oberhalb etwa 13 und sogar oberhalb etwa 14. Da das beanspruchte Verfahren ein Reinigungsverfahren ist, das Hydroxid einbezieht, ändert sich der pH, während das Verfahren durchgeführt wird, und insbesondere nimmt der pH im Allgemeinen zu, wenn das Verfahren ausgeführt wird.
Obgleich nicht gewünscht wird, durch eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass die Arbeitsweise der elektrochemischen Zellen gemäß der Erfindung teilweise auf der Wanderung des Kations der Hydroxid-Verbindung von dem Zuführungsraum zu dem Rückgewinnungsraum als ein Ergebnis des zugeführten Stroms beruht.
Die folgenden Beispiele illustrieren das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung. Soweit dies nicht in den folgenden Beispielen und woanders in der Be schreibung und den Ansprüchen anders angezeigt ist, sind alle Teile und Prozentangaben auf das Gewicht bezogen, alle Temperaturen in Grad Celsius angegeben und der Druck liegt bei oder nahe dem atmosphärischen Druck.
Beispiel 1
Eine elektrochemische Zelle ist gemäß 1A zusammengesetzt. Die Anode besteht aus mit Rutheniumoxid beschichtetem Titan und die Kathode besteht aus Nickel. Eine wässrige von Tetramethylammoniu-Hydroxid wird in den Wasserraum eingebracht, in welchem die Konzentration zwischen 0,1 M bis 0,5 M aufrechterhalten wird. Wasser wird in den Rückgewinnungsraum eingebracht. Eine Lösung enthaltend Tetramethylammonium-Hydroxid mit einer Konzentration mit etwa 0,2 M und 50 ppm Chlorid wird in den Zuführungsraum eingebracht. Ein elektrisches Potential wird angelegt, wodurch bewirkt wird, dass Tetramethylammonium-Kationen zu der Kathode wandern, wodurch sie Tetramethylammonium-Hydroxid in dem Rückgewinnungsraum erzeugen. Die Konzentration von Tetramethylammonium-Hydroxid in dem Rückgewinnungsraum beträgt zwischen 2 M und 2,5 M. Der Rückgewinnungsraum enthält weniger als 1 ppm Chlorid.
Beispiel 2
Eine elektrochemische Zelle ist gemäß 1A zusammengesetzt. Die Anode besteht aus mit Iridiumoxid beschichtetem Titan und die Kathode besteht aus rostfreiem Stahl. Eine wässrige Lösung von Tetramethylammonium-Hydroxid wird in den Wasserraum eingebracht, in welchem die Konzentration zwischen 0,1 M bis 0,5 M gehalten wird. Wasser wird in den Rückgewinnungsraum eingebracht. Eine Lösung enthaltend Tetramethylammonium-Hydroxid mit einer Konzentration von etwa 0,2 M, etwa 500 ppm Nitrat und 50 ppm Chlorid wird in den Zuführungsraum eingebracht. Ein elektrisches Potential wird angelegt, wodurch bewirkt wird, dass Tetramethylammonium-Kationen zu der Kathode wandern, wodurch die Tetramethylammonium-Hydroxid in dem Rückgewinnungsraum erzeugen. Die Konzentration von Tetramethylammonium-Hydroxid in dem Rückgewinnungsraum beträgt zwischen 2 M und 2,5 M. Der Rückgewinnungsraum enthält weniger als 10 ppm Nitrat und weniger als 1 ppm Chlorid.
Beispiel 3
Eine elektrochemische Zelle ist gemäß 1B zusammengesetzt. Die Anode besteht aus mit Rutheniumoxid beschichtetem Titan und die Kathode besteht aus Nickel. Eine wässrige Lösung von Tetramethylammonium-Hydroxid wird in die Wasserräume eingebracht, in denen die Konzentration zwischen 0,1 M bis 0,5 M gehalten wird. Wasser wird in die Rückgewinnungsräume eingebracht. Eine Lösung enthaltend verbrauchtes Tetramethylammonium-Hydroxid mit einer Konzentration von etwa 0,2 M und 100 ppm Chlorid wird in den Zuführungsraum eingebracht. Ein elektrisches Potential wird angelegt, wodurch bewirkt wird, dass Tetramethylammonium-Kationen zu der Kathode wandern, wodurch sauberes Tetramethylammonium-Hydroxid in den Rückgewinnungsräumen erzeugt wird. die Konzentration von Tetramethylammonium-Hydroxid in den Rückgewinnungsräumen beträgt zwischen 2 M und 2,5 M. Die Rückgewinnungsräume enthalten weniger als 1 ppm Chlorid.
Beispiel 4
Eine elektrochemische Zelle ist gemäß 1B zusammengesetzt. Die Anode besteht aus mit Iridiumoxid beschichtetem Titan und die Kathode besteht aus rostfreiem Stahl. Eine wässrige Lösung von Tetramethylammonium-Hydroxid wird in die Wasserräume eingebracht, in denen die Konzentration zwischen 0,1 M bis 0,5 M gehalten wird. Wasser wird in die Rückgewinnungsräume eingebracht. Eine Lösung enthaltend verbrauchtes Tetramethylammonium-Hydroxid mit einer Konzentration von etwa 0,2 M, etwa 1000 ppm Nitrat und 100 ppm ionischem Chlorid wird in den Zuführungsraum eingebracht. Ein elektrisches Potential wird angelegt, wodurch bewirkt wird, dass Tetramethylammonium-Kationen zu der Kathode wandern, wodurch sauberes Tetramethylammonium-Hydroxid in den Rückgewinnungsräumen erzeugt wird. Die Konzentration von Tetramethylammonium-Hydroxid in den Rückgewinnungsräumen liegt zwischen 2 M und 2,5 M. Die Rückgewinnungsräume enthalten weniger als 10 ppm Nitrat und weniger als 1 ppm ionisches Chlorid.
Beispiel 5
Eine elektrochemische Zelle ist gemäß 4A zusammengesetzt. Die Anode besteht aus mit Rutheniumoxid beschichtetem Titan und die Kathode besteht aus Nickel. Eine wässrige Lösung von Tetramethylammonium-Hydroxid wird in den Wasserraum eingebracht, in welchem die Konzentration zwischen 0,2 M und 0,5 M gehalten wird. Wasser wird in die Rückgewinnungs- und Durchgangsräume eingebracht. Eine Lösung enthaltend unreines Tetramethylammonium-Hydroxid mit einer Konzentration von etwa 0,2 M, etwa 2000 ppm Nitrat, 200 ppm Chlorid und Natrium- und Kalzium-Verunreinigungen wird in den Zuführungsraum eingebracht. Ein elektrisches Potential wird angelegt, wodurch bewirkt wird, dass Tetramethylammonium-Kationen zu der Kathode wandern, wodurch Tetramethylammonium-Hydroxid mit verringerten metallischen Verunreinigungen in dem Rückgewinnungsraum erzeugt wird. Die Konzentration von Tetramethylammonium-Hydroxid in dem Rückgewinnungsraum liegt zwischen 2 M und 2,5 M. Der Rückgewinnungsraum enthält weniger als 10 ppm Nitrat und weniger als 1 ppm Chlorid.
Beispiel 6
Eine elektrochemische Zelle ist gemäß 4A zusammengesetzt. Die Anode besteht aus mit Iridiumoxid beschichtetem Titan und die Kathode besteht aus rostfreiem Stahl. Eine wässrige Lösung von Tetramethylammonium-Hydroxid wird in den Wasserraum eingebracht, in welchem die Konzentration zwischen 0,2 M und 0,5 M gehalten wird. Wasser wird in die Rückgewinnungs- und Durchgangsräume eingebracht. Eine Lösung enthaltend Tetramethylammonium-Hydroxid mit einer Konzentration von etwa 0,2 M, etwa 2000 ppm Karbonat und 250 ppm Chlorid wird in den Zuführungsraum eingebracht. Ein elektrisches Potential wird angelegt, wodurch bewirkt wird, dass Tetramethylammonium-Kationen zu der Kathode wandern, wodurch Tetramethylammonium-Hydroxid in dem Rückgewinnungsraum erzeugt wird. Die Konzentration von Tetramethylammonium-Hydroxid in dem Rückgewinnungsraum beträgt zwischen 2 M und 2,5 M. Der Rückgewinnungsraum enthält weniger als 10 ppm Karbonat und weniger als 1 ppm Chlorid.
Beispiel 7
Eine elektrochemische Zelle wird gemäß 1B zusammengesetzt. Die Anode besteht aus mit Rutheniumoxid beschichtetem Titan und die Kathode besteht aus Nickel. Eine wässrige Lösung von Tetramethylammonium-Hydroxid wird in die Wasserräume eingebracht, in denen die Konzentration zwischen 0,2 M und 0,5 M gehalten wird. Wasser wird in die Rückgewinnungsräume eingebracht. Eine Lösung enthaltend Tetramethylammonium-Hydroxid mit einer Konzentration von etwa 0,2 M und 400 ppm Chlorid werden in den Zuführungsraum eingebracht. Ein elektrisches Potential wird angelegt, wodurch bewirkt wird, dass Tetramethylammonium-Kationen zu der Kathode wandern, wodurch Tetramethylammonium-Hydroxid in den Rückgewinnungsräumen erzeugt wird. Die Konzentration von Tetramethylammonium-Hydroxid in den Rückgewinnungsräumen beträgt zwischen 2 M und 2,5 M. Die Rückgewinnungsräume enthalten weniger als 1 ppm Chlorid.
Beispiel 8
Eine elektrochemische Zelle ist gemäß 1B zusammengesetzt. Die Anode besteht aus mit Iridiumoxid beschichtetem Titan und die Kathode besteht aus rostfreiem Stahl. Eine wässrige Lösung von Tetramethylammonium-Hydroxid wird in die Wasserräume eingebracht, in denen die Konzentration zwischen 0,2 M und 0,5 M gehalten wird. Wasser wird in die Rückgewinnungsräume eingebracht. Eine Lösung enthaltend Tetramethylammonium-Hydroxid mit einer Konzentration von etwa 0,2 M, etwa 4000 ppm Karbonat und 500 ppm Chlorid wird in den Zuführungsraum eingebracht. Ein elektrisches Potential wird angelegt, wodurch bewirkt wird, dass Tetramethylammonium-Kationen zu der Kathode wandern, wodurch Tetramethylammonium-Hydroxid in den Rückgewinnungsräumen erzeugt wird. Die Konzentration von Tetramethylammonium-Hydroxid in den Rückgewinnungsräumen beträgt zwischen 2 M und 2,5 M. Die Rückgewinnungsräume enthalten weniger als 10 ppm Karbonat und weniger als 1 ppm Chlorid.
Beispiel 9
Eine elektrochemische Zelle ist gemäß 1A zusammengesetzt. Die Anode besteht aus mit Rutheniumoxid beschichtetem Titan und die Kathode besteht aus Nickel. Eine wässrige Lösung von Tetraethylammonium-Hydroxid wird in den Wasserraum eingebracht, in welchem die Konzentration zwischen 0,1 M und 0,5 M gehalten wird. Wasser wird in den Rückgewinnungsraum eingebracht. Eine Lösung enthaltend Tetraethylammonium-Hydroxid mit einer Konzentration von etwa 0,2 M, etwa 50 ppm Chlorid wird in den Zuführungsraum eingebracht. Ein elektrisches Potential wird angelegt, wodurch bewirkt wird, dass Tetraethylammonium-Kationen zu der Kathode wandern, wodurch Tetraethylammonium-Hydroxid in dem Rückgewinnungsraum erzeugt wird. Die Konzentration von Tetraethylammonium-Hydroxid in dem Rückgewinnungsraum beträgt zwischen 2 M und 2,5 M. Der Rückgewinnungsraum enthält weniger als 1 ppm Chlorid.
Beispiel 10
Eine elektrochemische Zelle ist gemäß 4A zusammengesetzt. Die Anode besteht aus mit Rutheniumoxid beschichtetem Titan und die Kathode besteht aus Nickel. Eine wässrige Lösung von Tetrabuthylphosphonium-Hydroxid wird in den Wasserraum eingebracht, in welchem die Konzentration zwischen 0,2 M und 0,5 M gehalten wird. Wasser wird in die Rückgewinnungs- und Durchgangsräume eingebracht. Eine Lösung enthaltend Tetrabuthylphosphonium-Hydroxid mit einer Konzentration von etwa 0,2 M und 100 ppm Chlorid wird in den Zuführungsraum eingebracht. Ein elektrisches Potenti al wird angelegt, wodurch bewirkt wird, dass Tetrabuthylphosphonium-Kationen zu der Kathode wandern, wodurch Tetrabuthylphosphonium-Hydroxid in dem Rückgewinnungsraum erzeugt wird. Die Konzentration von d Tetrabuthylphosphonium-Hydroxid in dem Rückgewinnungsraum beträgt zwischen 2 M und 2,5 M. Der Rückgewinnungsraum enthält weniger als 1 ppm Chlorid.
Während die Erfind in Beziehung zu ihren bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert wurde, ist darauf hinzuweisen, dass verschiedene Modifikationen hiervon für den Fachmann beim Lesen der Beschreibung augenscheinlich werden. Daher ist darauf hinzuweisen, dass die hier offenbarte Erfindung solche Modifikationen abdecken soll, die in den Bereich der angefügten Ansprüche fallen.

Claims

Verfahren zum Reinigen von Lösungen enthaltend eine Hydroxid-Verbindung, welches die Schritte aufweist: (A) Vorsehen einer elektrochemischen Zelle (10) mit einer Anode (12), einer Katode (11), einer kationenselektiven Membran (14) und einer anionenselektiven Membran (13), wobei die kationenselektive Membran (14) zwischen der Katode (11) und der anionenselektiven Membran angeordnet wird und die anionenselektive Membran (13) zwischen der kationenselektiven Membran (14) und der Anode (12) angeordnet wird, wodurch ein Zuführungsraum (16) zwischen der kationenselektiven Membran (14) und der anionenselektiven Membran (13), ein Rückgewinnungsraum (17) zwischen der Katode (119 und der kationenselektiven Membran (14) und ein Wasserraum (15) zwischen der anionenselektiven Membran (13) und der Anode (12) gebildet werden; (B) Einbringen einer Lösung einer ionischen Verbindung mit einer ersten Konzentration in den Wasserraum (15) und von Wasser in den Rückgewinnungsraum (17); (C) Einbringen einer Lösung der Hydroxid-Verbindung mit einer zweiten Konzentration in den Zuführungsraum (16); (D) Hindurchführen eines Stroms durch die Zelle (10), um die Hydroxid-Verbindung mit einer dritten Konzentration in dem Rückgewinnungsraum (17) zu erzeugen; und (E) Rückgewinnen der Hydroxid-Verbindung aus dem Rückgewinnungsraum (17).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die elektrochemische Zelle (40) weiterhin eine bipolare Membran (43) aufweist, die zwischen der anionenselektiven Membran (44) und der Anode (42) angeordnet ist, wodurch ein erster Wasserraum (46) zwischen der Anode (42) und der bipolaren Membran (43), ein zweiter Wasserraum (47) zwischen der bipolaren Membran (43) und der anionenselektiven Membran (44), ein Zuführungsraum (48) zwischen der anionenselektiven Membran (44) und der kationenselektiven Membran (45) und ein Rückgewinnungsraum (49) zwischen der kationenselektiven Membran (45) und der Katode (41) definiert werden, wobei die Lösung einer ionischen Verbindung in jeden Wasserraum (46, 47) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die elektrochemische Zelle (50) weiterhin eine zweite anionenselektive Membran (55), die zwischen der kationenselektiven Membran (54) und der Katode (51) angeordnet ist, und eine zweite kationenselektive Membran (56), die zwischen der zweiten anionenselektiven Membran (55) und der Katode (51) angeordnet ist, aufweist, wodurch ein Wasserraum (57) zwischen der Anode (52) und der anionenselektiven Membran (53), ein erster Zuführungsraum (58) zwischen der anionenselektiven Membran (53) und der kationenselektiven Membran (54), ein erster Rückgewinnungsraum (59) zwischen der kationenselektiven Membran (54) und der zweiten anionenselektiven Membran (55), ein zweiter Zuführungsraum (60) zwischen der zweiten anionenselektiven Membran (55) und der zweiten kationenselektiven Membran (56) und ein zweiter Rückgewinnungsraum (61) zwischen der zweiten kationenselektiven Membran (56) und der Katode (51) definiert werden, wobei Wasser in jeden Rückgewinnungsraum (59, 61) eingebracht wird und die Lösung der Hydroxid-Verbindung mit einer zweiten Konzentration in jeden Zuführungsraum (58, 60) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die elektrochemische Zelle (70) weiterhin eine zweite kationenselektive Membran (75) aufweist, die zwischen der kationenselektiven Membran (74) und der Katode (71) angeordnet ist, wodurch ein Wasserraum (76) zwischen der anionenselektiven Membran (73) und der Anode (72), ein Zuführungsraum (77) zwischen der anionenselektiven Membran (73) und der kationenselektiven Membran (74), ein Durchgangsraum (78) zwischen der kationenselektiven Membran (74) und der zweiten kationenselektiven Membran (75) und ein Rückgewinnungsraum zwischen der zweiten kationenselektiven Membran (75) und der Katode (71) definiert sind, wobei Wasser in den Durchgangsraum (78) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die elektrochemische Zelle (100) weiterhin eine zweite kationenselektive Membran (105), die zwischen der kationenselektiven Membran (104) und der Anode (101) angeordnet ist, eine zweite anionenselektive Membran (106) die zwischen der zweiten kationenselektiven Membran (105) und der Katode (101) angeordnet ist, eine dritte kationenselektive Membran (107), die zwischen der zweiten anionenselektiven Membran (106) und der Katode (101) angeordnet ist, und eine vierte kationenselektive Membran (108), die zwischen der dritten kationenselektiven Membran (107) und der Katode (101) angeordnet ist, aufweist, wodurch ein Wasserraum (109) zwischen der Anode (102) und der anionenselektiven Membran (103) ein erster Zuführungsraum (110) zwischen der anionenselektiven Membran (103) und der kationenselektiven Membran (104), ein erster Durchgangsraum (111) zwischen der kationenselektiven Membran (104) und der zweiten kationenselektiven Membran (105), ein erster Rückgewinnungsraum (112) zwischen der zweiten kationenselektiven Membran (105) und der zweiten anionenselektiven Membran (106), ein zweiter Zuführungsraum (113) zwischen der zweiten anionenselektiven Membran (106) und der dritten kationenselektiven Membran (107), ein zweiter Durchgangsraum (114) zwischen der dritten kationenselektiven Membran (107) und der vierten kationenselektiven Membran (108) und ein zweiter Rückgewinnungsraum (115) zwischen der vierten kationenselektiven Membran (108) und der Katode (101) definiert sind, wobei Wasser in jeden Rückgewinnungsraum (112, 115) und jeden Durchgangsraum (111, 114) eingebracht wird und die Lösung der Hydroxid-Verbindung mit einer zweiten Konzentration in jeden Zuführungsraum (110, 113) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die elektrochemische Zelle (120) weiterhin eine bipolare Membran (123), die zwischen der anionenselektiven Membran (124) und der Anode (122) angeordnet ist und eine zweite kationenselektive Membran (126), die zwischen der kationenselektiven Membran (125) und der Katode (121) angeordnet ist, aufweist, wodurch ein erster Wasserraum (127) zwischen der Anode (122) und der bipolaren Membran (123), ein zweiter Wasserraum (128) zwischen der bipolaren Membran (123) und der anionenselektiven Membran (124), ein Zuführungsraum (129) zwischen der anionenselektiven Membran (124) und der kationenselektiven Membran (125), ein Durchgangsraum (130) zwischen der kationenselektiven Membran (125) und der zweiten kationenselektiven Membran (126) und ein Rückgewinnungsraum (131) zwischen der zweiten kationenselektiven Membran (126) und der Katode (121) definiert sind, wobei die Lösung der ionischen Verbindung in jeden Wasserraum (127, 128) eingebracht wird und Wasser in den Durchgangsraum (13) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste Konzentration zwischen etwa 0,1 M und 0,5 M liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die dritte Konzentration höher als die zweite Konzentration ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die dritte Konzentration bei etwa 2 M liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Hydroxid-Verbindung ein quartäres Alkylammoniumhydroxid ist.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die ionische Verbindung dieselbe wie die Hydroxid-Verbindung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Hydroxid-Verbindung ein quartäres Ammoniumhydroxid, ein quartäres Phosphoniumhydroxid oder ein tertiäres Sulfoniumhydroxid ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Hydroxid-Verbindung ein Tetramethyl-Ammoniumhydroxid ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die zu reinigenden Lösungen quartäres Ammoniumhydroxid enthalten, welches Verfahren die Schritte aufweist: (A) Vorsehen einer elektrochemischen Zelle (10, 40, 70), die eine Anode (12, 42, 72), eine Katode (11, 41, 71) und eine oder mehrere Zelleneinheiten, die zusammengesetzt sind für eine operationsmäßige Positionierung zwischen der Anode (12, 42, 72) und der Katode (11, 41, 71), aufweist, wobei jede Zelleneinheit entweder aufweist: (A-1) drei Räume, die definiert sind durch eine Folge beginnend mit der Anode (12), einer anionenselektiven Membran (13) und einer kationenselektiven Membran (14); (A-2) vier Räume, die definiert sind durch die Folge beginnend mit der Anode (42), einer bipolaren Membran (43), einer anionenselektiven Membran (44), und einer kationenselektiven Membran (45); oder (A-3) vier Räume, die definiert sind durch die Folge beginnend mit der Anode (72), einer anionenselektiven Membran (73), einer ersten kationenselektiven Membran (74) und einer zweiten kationenselektiven Membran (75); (B) Einbringen einer Lösung einer ionischen Verbindung mit einer ersten Konzentration in den Raum (15, 46, 47, 76) in jeder Zelleneinheit, die gebildet ist durch die Anode (12, 72) und die anionenselektive Membran (13, 73), die bipolare Membran (43) und die anionenselektive Membran (44), und die Anode (42) und die bipolare Membran (43), und Einbringen von Wasser in den Raum (17, 49, 78, 79) in jeder Zelleneinheit, der gebildet ist durch die kationenselektive Membran (14, 45, 75) und die Katode (11, 41, 71), und die erste kationenselektive Membran (74) und die zweite kationenselektive Membran (75); (C) Einbringen einer Lösung des quartären Ammoniumhydroxids mit einer zweiten Konzentration in den Raum (16, 48, 77) in jeder Zelleneinheit, der gebildet ist durch die anionenselektive Membran (13, 44, 73) und die kationenselektive Membran (14, 45, 74); (D) Hindurchführen eines Stroms durch die Zelle (10, 40, 70), um quartäres Ammoniumhydroxid mit einer dritten Konzentration in dem Raum (17, 49, 79) in jeder Zelleneinheit, der durch die kationenselektive Membran (14, 45, 75) und die Katode (11, 41, 71) gebildet wird, zu erzeugen; und (E) Rückgewinnen von quartärem Ammoniumhydroxid aus den Räumen (17, 49, 79) in jeder Zelleneinheit, die gebildet sind durch die kationenselektive Membran (14, 45, 75) und die Katode (11, 41, 71).
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die erste Konzentration zwischen etwa 0,1 M und etwa 0,5 M liegt.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die dritte Konzentration höher als die zweite Konzentration ist.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die dritte Konzentration bei etwa 2 M liegt.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die elektrochemische Zelle zumindest eine Zelleneinheit aufweist, die durch (A-1) definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die elektrochemische Zelle zumindest eine Zelleneinheit aufweist, die durch (A-2) definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die elektrochemische Zelle zumindest eine Zelleneinheit aufweist, die durch (A-3) definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das quartäre Ammoniumhydroxid Tetramethyl-Ammoniumhydroxid ist.