DE834093C

DE834093C - Verfahren zur Herstellung von Ammoniumpersulfatloesungen

Info

Publication number: DE834093C
Application number: DEP19394A
Authority: DE
Inventors: George Clennett; Hubert Leslie Hulland; William Stanley Wood
Original assignee: Laporte Chemicals Ltd
Current assignee: Evonik LCL Ltd
Priority date: 1947-05-12
Filing date: 1948-10-23
Publication date: 1952-03-17
Also published as: CH265513A; US2589982A; GB627648A; BE482416A; NL69507B; FR966125A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von sauren Lösungen von Ammoniumpersulfat durch Elektrolyse mit elektrolytischen Zellen unter Verwendung von stationären Katho-

'5 lyten. Solche Lösungen können zur Gewinnung von Wa.aserstoffsui>eiOxyd hydrolysiert und destilliert oder auf Ammoniumpersulfatkristalle verarbeitet werden.

Bei der elektrolytischen Umwandlung von sauren

ίο Lösungen) von Ammoniumsulfat in Ammoniumpersulfat umgibt man üblicherweise die Kathode mit einem Diaphragma, um diie Zersetzung des gebildeten Ammoniiumpersulfats zu vermeiden und eine maximale Stromausbeute zu erzielen. Solche Diaphragmen bestehen au* porösem keramischen Matelial, Asbest, mikroporösem El)onit oder anderem geeigneten Material.

Man kann die Elektrolyse aber auch so durchführen, daß man getrennte Kammern für den Anolyten und den Katholyten vorsieht und l>eide kontinuierlich durch die Zelle fließen läßt. Hierdurch kann der Katholyt stets sauer gehalten- werden. Diese Verfahrensweise hat jedoch den Nachteil, daß zwei getrennte Elektrolyt ströme behandelt und überwacht werden müssen, wodurch die Anlage kompliziert wird und insbesondere eine Vielzahl von Meßgeräten nötig ist. Man verwendet daher vorteilhafter Einikammerzellen, in dienen der Katholyt stationär verbleibt, während der Anolyt kontinuierlich erneuert wird.

Bei der Verfahrensweise mit stationärem Katho-Iyten verwendet man ein poröses keramisches Diaphragma und läßt den Anolyten kontinuierlich durch die Zelle fließen, um ihn als saure Lösung von Ammoniiumpensiulfat zu entfernen, während; der Katholyt in der Diaphragmakammer zurückbleibt und daher stationär ist. Die verwendeten Diaphragmen wurden bisher sehr lose um die Kathode angeordnet, so daß ein beträchtliches Volumen an stationärem Katholyten vorhanden war. Tm Verlauf der Elektrolyse steigt allmählich die Konzentration der Ammoniumionen im stationären Katholyten, und diese Steigerung kann gegebenenfalls ein Alkalischwerden des Katholyten bewirken. Der alkalische Katholyt hat aber einen erhöhtem elektrischen Widerstand, wodurch der Potentialabfall quer durch die Zelle vergrößert wird.

Durch das Alkalischwerden des Katholyten werden ferner die metallischen Verunreinigungen, der Lösungen in Form ihrer Oxyde innerhalb des Diaphragmas an der Grenze zwischen alkalischem und saurem Medium ausgefällt und niedergeschlagen. Dies führt zu einem Verstopfen der Poren des Diaphragmas und demzufolge zu einer Erhöhung des Diaphragmawiderstandies. Ein weiterer Nachteil dieses Alkalischwerdens äußert sich darin, daß die alkalische Lösung das keramische Diaphragmamaterial angreift. Es bröckelt und verstopft die Poren ebenfalls, was wiederum zu einer Vergrößerung des Diaphragmawiderstandes führt. Diese angreifende Wirkung kann aber durch Änderung in der Zusammensetzung des keramischen Materials nicht verhindert werden, da man bisher kein keramisches Diaphragmamaterial herstellen konnte, das gleichzeitig gegenül>er alkalischen und sauren Lösungen widerstandsfähig ist.

Der erhöhte Diaphragmawiderstand bewirkt eine Vergrößerung der Potentialdifferenz innerhalb der Zelle, was zu einem erhöhten Verbrauch an elektrischer Energie je Einheit des hergestellten Ammoniumpersulfats¹ und ebenso zu einer Erhöhung der zur Aufrechterhaltung der wirksamen Zellentemperatur erforderlichen Menge Kühlmittel führt. Eine weitere Folge sind Ammoniakverluste durch Entweichen aus der alkalischen Lösung.

Gemäß der Erfindung werden die geschilderten Nachteile der Verwendung eines keramischen Diaphragmas mit einem stationären Katholyten dadurch vermieden, daß man den sauren Charakter des Katholyten dauernd aufrechterhält. Dementsprechend bezieht sich vorliegende Erfindung auf ein Verfahren) zur Herstellung von sauren Lösungen von Ammonpersulfat durch Elektrolyse saurer Lösungen von Ammoniiumsulfat unter kontinuierlicher Einführung des Elektrolyten in den Anodenraum, das durch die Benutzung eines die Kathode vom Anodenraum trennenden, vorzugsweise keramischen Diaphragmas solcher Durchlässigkeit gekennzeichnet ist, daß durch den stetigen Durchtritt eines Teils des hinreichend sauren Elektrolyten durch das Diaphragma der saure Charakter des Katholyten aufi echterhalten wird. Es wurde weiterhin gefunden, daß es zweckmäßig ist, ein die Kathode in geringem Abstand umschließendes Diaphragma zu benutzen, und daß die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn die Entfernung zwischen der Kathode und der Innenfläche des* Diaphragmas: an keiner Steile mehr als 3 mm beträgt. Vorzugsweise werden dabei Platinanoden und Graphitkathoden verwendet.

Es wurde weiterhin gefunden, daß zur Erzielung der gewünschten Bedingungen, nämlich einer ständig sauren Reaktion innerhalb des Diaphragmas in Verbindung mit einem geringen Potentialabfall in der Zelle und in Verbindung mit einer maximalen Energieausbeute, das Durchfließen des Elektrolyten durch, das poröse Diaphragma innerhalb bestimmter Grenzen eingestellt werden muß, damit im Falle der Verwendung eines sauren Anolyten ein genügender Zufluß des sauren Elektrolyten in das Diaphragma erfolgt, um eine saure Reaktion des Katholyten aufrechtzuerhalten. Die Faktoren, die dieses' Durchfließen beeinflussen, sind die Durchlässigkeit des keramischen Diaphragmas und die Höhe des Flüssigkeitsstandes außerhalb des Diaphragmas, welche Höhe nachfolgend als ArlxHtsniveau des Diaphragmas bezeichnet wird. Diese zwei Faktoren müssen zur Erzielung des: gewünschten Durchflusses eingestellt werden. Eine Erhöhung der Durchlässigkeit des keramischen Materials oder eine Erhöhung des Arbeitsniveaus des Diaphragmas bei gleichbleilxMider Durchlässigkeit führen zu einem erhöhten Durchfluß des Elektrolyten durch das Diaphragma.

Die Durchlässigkeit des Diaphragmas wurde so gemessen, daß das Maß des Durchflusses in der Menge Wasser ausgedrückt wurde, die durch eine Flächeneinheit des Diaphragmas in einer Minute durchströmen kann. Es wurde gefunden, daß bei einem geeigneten porösen keramischen Diaphragma die durchfließende Menge zwischen 10 und¹ 40 ml Wasser je Quadratdezimeter je Minute betragen ¹Q⁰ muß, wenn das Diaphragma bis zu seinem Arbeitsniveau mit Wasser gefüllt ist.

Um die gewünschten Elektrolysebedingungen zu vervollständigen, wählt man zweckmäßigerweise die Stromdichte in dem Diaphragma zwischen 3 und 12 Amp. je Ouadratdezimeter der Diaphragmaoberfläche.

Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung für die Herstellung von sauren Lösungen von Ammoniumpersulfat besteht darin, daß eine saure Lösung von Ammoniumsulfat zwischen einer Platinanode und einer Kathode elektrolysiert wird, die in einem keramischen Diaphragma von solchen Dimensionen eingeschlossen ist, daß die Entfernung zwischen der Kathode und der Innenfläche des. Diaphragmas an keiner Stelle mehr als 3 mm beträgt, wobei eine Stromdichte zwischen 3 und 12 Amp. je Quadratdezimeter Diaphragmaoberfläche angewendet wird und das keramische Diaphragma aus so porösem Material besteht, daß iobis4omlWasser je Quadratdezimeter des Diaphragmas je Minute durchfließen, wenn das Diaphragma bis zum Arbeitsniveau gefüllt ist.

Unter diesen Bedingungen bleibt der stationäre Katholyt dauernd sauer. Es werden Ammoniumpersulfatlösungen mit erhöhter Ausbeute herge-

stellt, Ammoniumverluste vermieden und die Lebensdauer des Diaphragmas verlängert. Die Anordnung eines eng umschließenden keramischen Diaphragmas ist darüber hinaus sehr raumsparend für die gesamte Elektrodenanordnung, die dadurch zur Ausbildung von großen Einheiten leicht vervielfältigt werden kann.

Wie bereits hingewiesen, kann die erhaltene saure Ammoniiumpereulfatlösung zur Gewinnung

ίο von Wasserstoffsuperoxyd hydrolysiert und destilliert werden oder in üblicher Weise auf Ammoniumpersulfatkristalle verarbeitet werden.

Wie bereits ausgeführt wurde, sind mit der Verwendung eines dauernd sauer reagierenden Katholyten eine Anzahl von Vorteilen verbunden. So wird der Ohmsche Widerstand des Katholyten und des Diaphragmas und damit der Potentialabfall innerhalb der Zelle verringert und ferner eine hoher elektrischer Wirkungsgrad und damit eine höhe Stromausbeute erzielt. Es bildet sich auch kein Alkali in dem Elektrolyten, wodurch die Poren des Diaphragmas wicht verstopft werden und das Diaphragma nicht angegriffen wird.

Beispiel

Eine saure Lösung von Ammoniumsulfat, die im Liter 200 g (NH₄)₂ SO₄ und 300 g H₂ SO₄ enthielt, wurde in einer Zelle mit Platinanodem und einer Kohlenstoffkathode elektrolysiert. Die Kathode war umgeben von einem porösen keramischen· Diaphragma von 36 mm Außendurchmesser und 1,5 mm Wandstärke. Die Entfernung zwischen dem keramischen Diaphragma und der Kohlemsitoffkathode betrug 2 mm. Die Durchlässigkeit des Diaphragmas für Wasser betrug 80 cm³ je Minute, wenn das Diaphragma mit Wasser auf ein Arbeitsniiveau von 50 cm gefüllt war. Die Stromstärke in der Kathode betrug 30 Amp. Es wurde während der gesamten Elektrolyse festgestellt, daß der Katholyt dauernd sauer blieb. Die Potentialdüfferenz in der Zelle betrug 4,9 Volt. Die Stromausbeute betrug 1,91 kWh je Kilogramm Ammoniumpersulfat, wenn die Konzentration der hergestellten Ammoniumpersulfatlösung 260 g je Liter betrug. Nach einer ständigen Arbeitsdauer von 12 Monaten blieb das Diaphragma unangegriffen und in gutem Zustand, seine ursprüngliche Durchlässigkeit wurde nicht verschlechtert, so daß keine Verstopfung der Poren stattgefunden haben kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von sauren Lösungen von Amtnonpersulfat durch Elektrolyse saurer Lösungen von Ammonsulfat unter kontinuierlicher Einführung die® Elektrolyten in den Anodenraum, gekennzeichnet durch die Benutzung eines die Kathode vom Anodenraum trennenden, vorzugsweise keramischen Diaphragmas solcher Durchlässigkeit, daß durch den stetigen Durchtritt eines Teils des hinreichend sauren Elektrolyten durch das Diaphragma der isaure Charakter des Katholyten aufrechterhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Benutzung eines die Kathode in geringem, vorzugsweise höchstens 3 mm betragenden Abstand umschließenden 'Diaphragmas.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromdichte in dem porösen keramischen Diaphragma zwischen 3 und 12 Amp. je Quadratdezimeter der Diaphragmaoberfläche beträgt.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Diaphragma aus einem derart porösen Material besteht, daß die Durchlässigkeit für Wasser zwischen 10 und 40 ml je Minute und je Quadratdezimeter der Diaphragmaoberfläche beträgt.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Platinanode und zweckmäßig eine Graphitkathode verwendet wird.

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