ES2621579T3 - Método electrolítico para obtener alcoholatos alcalinos mediante el uso de un separador/electrolito conductor de iones alcalinos - Google Patents

Método electrolítico para obtener alcoholatos alcalinos mediante el uso de un separador/electrolito conductor de iones alcalinos Download PDF

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Abstract

Un método para producir alcoholato alcalino, que comprende: (a) proporcionar una celda electrolítica (10) que comprende: un electrolito sólido conductor de iones alcalinos (16) configurado para transportar selectivamente iones alcalinos, el electrolito sólido colocado entre un compartimento del anolito (22) configurado con un ánodo y un compartimento del tampón (24), y un separador poroso (14) configurado para transportar iones alcalinos, el separador (14) se coloca entre el compartimento del tampón (24) y un compartimento del catolito (20) configurado con un cátodo; (b) introducir una primera solución que comprende alcoholato alcalino y alcohol en el compartimento del catolito (20) de la celda electrolítica (10) de manera que dicha primera solución esté en comunicación con el separador poroso (14) y el cátodo (28); (c) introducir una segunda solución que comprende al menos una sal alcalina en el compartimento del anolito (22) de la celda electrolítica (10) de manera que dicha segunda solución esté en comunicación con el electrolito sólido conductor de iones alcalinos (16) y el ánodo (26); (d) introducir una tercera solución que comprende alcoholato alcalino, alcohol y sal alcalina en el compartimento del tampón (24); (e) aplicar un potencial eléctrico a la celda electrolítica para provocar que los iones alcalinos pasen a través del electrolito sólido conductor de iones alcalinos (16) al compartimento del tampón (24) y provocar que los iones alcalinos del compartimento del tampón (24) difundan a través del separador poroso (14) al compartimento del catolito (20) y formen alcoholato alcalino en el compartimento del catolito (20), en donde la concentración de iones alcalinos en el compartimento del tampón (24) permanece sustancialmente constante; y (f) mantener la concentración del alcoholato alcalino en el compartimento del catolito (20) de la celda electrolítica (10) entre 2 % en peso y 28 % en peso de los contenidos del compartimento del catolito.

Description

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Los materiales del electrolito de cerámica, sólido, conductor de iones alcalinos, descritos en este documento son particularmente adecuados para usar en la electrólisis de soluciones salinas de metal alcalino debido a que tienen una alta conductividad iónica para cationes de metales alcalinos a bajas temperaturas, alta selectividad para cationes de metales alcalinos, buena eficacia de corriente y estabilidad en agua y medios corrosivos en condiciones estáticas y electroquímicas. Comparativamente, la beta alúmina es un material cerámico con alta conductividad iónica a temperaturas superiores a 300 °C, pero tiene una baja conductividad a temperaturas inferiores a 100 °C, por lo que es menos práctica para aplicaciones por debajo de 100 °C.
La conductividad de iones de sodio en las estructuras de NaSICON tiene una dependencia de Arrhenius de la temperatura, generalmente aumenta como una función de la temperatura. La conductividad de iones de sodio de las membranas de cerámica que comprenden materiales NaSICON varía de aproximadamente 1x10-4 S/cm a aproximadamente 1x10-1 S/cm a partir de la temperatura ambiente a 85 °C.
Las membranas cerámicas conductoras de iones alcalinos que comprenden materiales NaSICON, especialmente del tipo descrito en la presente, tienen una conductividad electrónica baja o insignificante, y como tal ayudan en la eliminación de prácticamente la ocurrencia de cualquier reacción galvánica cuando se retira el potencial o corriente aplicados. Algunos análogos de NaSICON de acuerdo con la presente invención tienen cationes muy móviles, que incluyen, pero sin limitaciones iones de litio, sodio y potasio, que proporcionan una conductividad iónica alta, una conductividad electrónica baja y una resistencia a la corrosión comparativamente alta.
El electrolito sólido conductor de iones alcalinos 16 puede tener una geometría de placa plana, geometría tubular, o geometría soportada. El electrolito sólido 16 puede intercalarse entre dos bolsillos, que se fabrican de un plástico de HDPE químicamente resistente y sellado, por carga de compresión mediante el uso de una junta adecuada o junta tórica, tal como una junta de goma de EPDM (monómero de dieno de etileno y propileno) o junta tórica.
La frase "significativamente impermeable al agua", como se usa en la presente descripción, significa que una pequeña cantidad de agua puede pasar a través del electrolito sólido 16, pero que la cantidad que pasa no es una cantidad que disminuya la utilidad del producto de la solución de metóxido de sodio. La frase "esencialmente impermeable al agua", como se usa en la presente descripción, significa que el agua no pasa a través del electrolito sólido 16 o que si el agua pasa a través él, su paso es tan limitado que no puede detectarse por medios convencionales. Las palabras "significativamente" y "esencialmente" se utilizan de manera similar como intensificadores en otros lugares dentro de esta descripción.
El separador 14 dispuesto entreel compartimento del catolito20 y el compartimento central del tampón 24 es permeable a los iones alcalinos. Separa físicamente la solución del catolito en el compartimento de la solución tampón en el compartimento del tampón. Puede ser un material separador polimérico o cerámico poroso. El separador 14 puede ser un electrolito sólido conductor de iones alcalinos similar o idéntico al electrolito sólido que separa el compartimento del anolito y el compartimento del tampón. El separador 14 puede ser una membrana polimérica conductora de cationes alcalinos.
En una modalidad de la presente invención puede ser ventajoso emplear membranas poliméricas conductoras de cationes alcalinos que son sustancialmente impermeables a al menos los componentes del disolvente de la solución tampón en el compartimento central del tampón y de la solución del catolito en el compartimento del catolito. Los materiales poliméricos de la membrana conductora de cationes son sustancialmente estables en los medios a los que se exponen. Una variedad demateriales poliméricos dela membrana conductora de cationes se conocen en la técnica y serían adecuados para la construcción de la membrana polimérica conductora de cationes de la presente invención, como entenderá un experto en la técnica. En algunas modalidades específicas, las membranas poliméricas conductoras de cationes pueden incluir al menos una de las siguientes: membranas de intercambio catiónico NEOSEPTA® (ASTOM Corporation, Japón, una empresa conjunta de Tokuyama Corporation y Asahi Chemical Industry Co., Ltd.), tales como los grados de NEOSEPTA® CM-1, NEOSEPTA® CM-2, NEOSEPTA® CMX, NEOSEPTA® CMS, o NEOSEPTA® CMB; membrana catiónica MC-3470 Ionac® (Sybron Chemicals Inc, NJ); membrana catiónica CMI-7000 de ULTREX™ (Socada LLC, NJ); películas Nafion® de DuPont™ (E.I. du Pont de Nemours, Wilmington, DE), tales como los grados de NAFION® N112, NAFION® N115, NAFION® N117, NAFION® N1110, NAFION® NE1035, NAFION® NE1135, NAFION® PFSA NRE-211, o NAFION® PFSA NRE-212; y membrana catiónica de PC-SK (PCA GmbH, Alemania).
Las membranas poliméricas conductoras de cationes pueden utilizarse o producirse para usar en los procesos y aparato de la presente invención en cualquier forma adecuada, como entenderá un experto en la técnica. En algunas modalidades específicas, la forma de las membranas poliméricas conductoras de cationes puede incluir al menos una de las siguientes: geometrías planas monolíticas, estructuras soportadas en geometrías planas, estructuras soportadas en geometrías tubulares, o estructuras soportadas en geometrías de panal. Las estructuras soportadas pueden comprender capas densas de materiales poliméricos conductores de cationes apoyadas en soportes porosos. Una variedad de formas de los soportes porosos se conocen en la técnica y serían adecuadas para proporcionar los soportes porosos para membranas poliméricas conductoras de cationes con estructuras soportadas, que incluyen: capas de cerámica sinterizadas a una densidad total menor con una porosidad abierta continua resultante, capas de forma ranurada, capas de forma perforada, capas de forma expandida, que incluyen una malla, o combinaciones de
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