FI61527C - Elektrod - Google Patents

Description

FTmjFTI r , KUULUTUSjULKAISU ,,γλπ 40¾ lbJ (11) utlAggningsskpuft 6)5^/ •SjS C (45)patcnUi nyär.eUy 10 03 1712

Vs^v->/ (51) Kvl^ct ^ C 25 B 11 /02 SUOMI —FINLAND P1) htwttihikiwi-PKwiinrttain, 772359 (22) HakamiipUYl —Anaeknlngadag .08.77 ^ ^ (23) Alkupllvt—Glklghaudag 0i*. 08.77 (41) Tulkit |ulkl«akal — Riivit offantlig q2 jg tatanttl- j. rakl.terlh.IHtu. Nihuvtluipanon ,. kuuleka™, p*m._

Patent· ocn regirtentyrelMn ' AmMcm utiagd och uti.«krtft*n pubiicartd 30.0^.82 (32)(33)(31) ^*«y aoiolkeu* —.«gird prior It «t Q ^.08.76

Englanti-England(GB) 32^89/76 (71) Imperial Chemical Industries Limited, Imperial Chemical House,

Millbank, London SW1P 3JF, Englanti-England(GB) (72) Thomas Wesley Boulton, Runcorn, Cheshire, Englanti-England(GB) (7*0 Oy Kolster Ab (5I+) Elektrodi - Elektrod ! Tämä keksintö koskee elektrodia ja elektrodin sisältävää elekt-rolyysikennoa, erityisesti suotopuristimen tyyppisessä yksinapai-sessa (monopolaarisessa) elektrolyysikennossa käytettävää elektrodia, joka sopii käytettäväksi alkalimetallihalogenidien, erityisesti aikaiimetallikloridien, vesiliuosten elektrolyysissä.

Yksinapaisten suotopuristinelektrolyysikennojen tiedetään sisältävän päätyanodin ja päätykatodin ja päätyanodin ja -katodin väliin vuorotellen sijoitettuja useita katodeja ja anodeja. Erotin, joka voi olla diafragma tai membraani, on sijoitettu jokaisen vierekkäisen anodin ja katodin väliin jakamaan kennon useisiin anodi- ja katodiosastoihin. Jokainen anodiosasto on varustettu tuloaukolla, jonka kautta elektrolyyttiä voidaan syöttää osastoon ja poistoaukol-la tai poistoaukoilla, joiden kautta nesteitä tai kaasuja voidaan poistaa osastosta, ja jokainen katodiosasto on samoin varustettu poistoaukolla tai poistoaukoilla ja tarvittaessa tuloaukolla, jonka 61 527 2 kautta nestettä, esimerkiksi vettä, voidaan syöttää katodiosastoi-hin. Kennon jokainen anodi on varustettu myös kontakteilla, joiden kautta sähkövirtaa voidaan syöttää kennoon ja jokainen katodi on varustettu kontakteilla, joiden kautta sähkövirtaa voidaan johtaa pois kennosta.

Yksinapaisessa suotopuristimen tyyppisessä diafragma- tai membraanikennossa on edullista toimia anodin ja sen viereisen katodin etäisyyden (anodi/katodiväli) ollessa mahdollisimman pieni tarkoituksena pitää ohmiset häviöt ja siten kennojännite minimissä. Uusimman malliset yksinapaiset kennot käsittävät anodin, joka on sopivasti kalvon muodostavan metallin, tavallisesti titaanin, levy, levyn kannattaessa sähkökatalyyttisesti aktiivista päällystettä, esimerkiksi platinaryhmän metallin oksidia, ja katodin, joka on sopivasti rei'itetty, esim. huokoinen metallilevy, joka on yleensä tavallista terästä.

Diafragmat tai membraanit ovat yleensä kosketuksissa huokoiseen katodiin, ja pienen anodi-katodivälin saavuttamiseksi, samaan aikaan diafragmaa tai membraania vahingoittamatta on tarpeen toimia varsin varovaisesti sopivan tasaisuuden asteen omaavien anodien valmistamiseksi ja on myös välttämätöntä säilyttää tämä tasaisuus sähkökat alyyt t i s e st i aktiivisella päällysteellä pinnoittamiseen liittyvän lämpökäsittelyn aikana. Edelleen täytyy toimia hyvin varovaisesti asennettaessa elektrodeja elektrolyysikennoon, jos on vältettävä diafragmojen tai membraanien vahingoittumista.

Nyt on keksitty elektrodi käytettäväksi yksinapaisessa suotopuristimen tyyppisessä elektrolyysikennossa, joka elektrodi mahdollistaa hyvin pienet tai jopa puuttuvat anodi/katodivälit, käytettäväksi sellaisissa kennoissa vahingoittamatta diafragmoja tai membraa-ne j a.

Tämä keksintö saa aikaan suotopuristimen tyyppisessä yksinapaisessa elektrolyysikennossa käytettäväksi sopivan elektrodin, mainitun elektrodin muodostuessa pitkänomaisten metal1ielinten ryhmästä, joka on asennettu sähköä johtavasti metallilevyn ainakin toiselle pinnalle ja joka työntyy siitä esiin niin, että osa elimistä on tasossa sivusuunnassa erotettuna levyn pinnasta ja olennaisesti yhdensuuntaisena siihen nähden, mainittujen elinten ollessa taipuisia.

! 3 61 527 Käytettäessä elektrodia anodina elektrolyysikennossa elektrodi on sopivasti tehty kalvon muodostavasta metallista, jolla tarkoitetaan yhtä metalleista titaani, sirkonium, niobi, tantaali tai volframi tai metalliseosta, joka muodostuu pääasiassa yhdestä näitä metalleja ja jolla on vastaavan metallin ominaisuuksiin verrattavat polarisaatio-ominaisuudet. Pidetään edullisena käyttää titaania yksinään tai titaaniin pohjautuvaa lejeerinkiä, jonka polarisaatio-ominaisuudet ovat verrattavissa titaanin ominaisuuksiin. Esimerkkejä sellaisista lejeeringeistä ovat titaani-sirkoniumlejeeringit , jotka sisältävät lU $:in saakka sirkoniumia, titaanin metalliseokset 5 %:in saakka olevan platinaryhmän metallin, esim. platinan, rodiumin tai iridiumin kanssa ja titaani1ejeeringit, joissa on 10 %:in saakka seostusaineena olevaa niobia tai tantaalia. Elektrodin ollessa anodi, se on sopivasti päällystetty myös sähkökatalyyttis esti aktiivisella pinnoitteella.

Kun elektrodia on tarkoitus käyttää katodina elektrolyysikennossa, voidaan käyttää anodin kalvon muodostavasta metallista eroavaa mitä tahansa sopivaa metallia, edellyttäen, että metalli johtaa riittävästi sähköä ja on vastustuskykyinen elektrolyysikennossa käytettävään elektrolyyttiin nähden. Kun elektrodia on tarkoitus käyttää katodina aikaiimetaliin halogenidien vesiliuosten elektro-lyysikennon katodina, sopiva metalli on rauta tai teräs, esim. tavallinen teräs, vaikkakin muita metalleja, esim. nikkeliä, voidaan käyttää.

Elektrodin pitkänomaiset elimet ovat edullisesti metallilan-koja tai tankoja. Pitkänomaiset elimet voidaan tehdä taipuisiksi säätämällä niiden muotoa ja mittoja, esim. niiden paksuutta. Esimerkiksi olennaisesti suorat langat tai tangot, jotka on taivutettu toisesta päästä läheltä niiden kiinnityspistettä elektrodin metallilevyyn, voivat olla olennaisesti jäykkiä, kun taas taipuisuutta voidaan saada taivuttamalla langat tai tangot kahdesta tai useammasta kohtaa esimerkiksi silmukoiden muodostamiseksi. Myös on niin, että kuta pienempi on langan tai tangon paksuus, sitä suurempi on langan tai tangon taipuisuus.

Sopiva lankojen tai tankojen paksuus on alueella 1-6 mm, edullisesti 2-k mm, esimerkiksi 3 mm.

Kun elektrodia on määrä käyttää päätyanodina elektrolyytti-kennossa, ainoastaan metallilevyn toinen puoli varustetaan pitkänomaisten taipuisien metai1ielinten ryhmällä, ja samoin, kun elektrodia on tarkoitus käyttää päätykatodina elektrolyysikennossa, aino- 4 61527 astaan metallilevyn toinen puoli varustetaan pitkänomaisten taipuisien metallielinten ryhmällä.

Elektrodi voi olla sopiva käytettäväksi toisena elektrodeista, se on, joko anodina tai katodina tai molempina, jotka on sijoitettu vuorotellen elektrolyysikennoon päätyanodin ja päätykatodin väliin. Tässä tapauksessa metallilevyn molemmilla pinnoilla on sopivasti pitkänomaisten metallielinten ryhmä, joka on sähköä johtavas-ti asennettu levyn pinnalle ja työntyy esiin siitä, ja sijaitsee levyn pintoihin nähden olennaisesti yhdensuuntaisissa tasoissa ja on sivusuunnassa erotettuna levyn pinnoista, ainakin yhden pitkänomaisten elinten ryhmistä ollessa taipuisa. Levyn kummallakin puolella olevat pitkänomaisten metallielinten ryhmät voivat olla taipuisia, tai halutessa toinen ryhmä voi olla taipuisa ja toinen voi olla jäykkä. Kun toinen pitkänomaisten metallielinten ryhmistä on jäykkä, elimet voivat sopivasti olla jäykkiä lankoja tai tankoja, vaikkakin ! voidaan käyttää muun tyyppisiä jäykkiä elimiä, erityisesti anodien tapauksissa, esim. liuskoja tai uurrettuja elimiä, esim. säleikön muotoisia elimiä tai metalliverkkoa.

Käytettäessä edellä kuvatun keksinnön mukaisia elektrodeja elektrolyysikennossa pidetään edullisena, että katodina käytettävät elektrodit sisältävät päätykatodin tapauksessa elektrodin metalli-levyn toisella pinnalla taipuisten elinten ryhmän, tai välissä olevan katodin tapauksessa elektrodin metallilevyn molemmilla puolilla taipuisien elinten ryhmän. Anodina käytettävällä elektrodilla olevat pitkänomaiset elimet voivat sellaisessa elektrolyysikennossa olla jäykkiä. Sellaista järjestelyä pidetään edullisena, koska ottaen huomioon anodina käytettävän kalvon muodostavan metallin korkeammat kustannukset suhteessa katodimetalliin, esim. rautaan tai teräkseen, ja yleensä sellaisten kalvon muodostavien metallien alemman johtavuuden, pidetään edullisena käyttää kalvon muodostavan metallin pitkänomaisia elimiä, jotka ovat niin lyhyitä kuin mahdollista ja jotka suhteellisen lyhyyden huomioon ottaen ovat täten yleensä jäykkiä. Vaihtoehtoisesti anodin pitkänomaiset elimet voivat myös olla taipuisia.

Koska keksinnön mukainen elektrodi muodostaessaan elektro-lyysikennon anodin ja/tai katodin käsittää taipuisten pitkänomaisten elinten ryhmän tai ryhmiä, elektrodit voidaan asentaa elektro- 61 527 5 lyysikennoon aiheuttaen vain vähän tai ei ollenkaan vahinkoa elektrodien väliin sijoitetulle diafragmalle tai membraanille, ja pitkänomaisten elinten ryhmien tulisi tulla kontaktiin diafragman tai memb-raanin kanssa. Jos kontakti tehdään sen jälkeen, diafragmalle tai membraanille aiheutuvaa vahinkoa voidaan vähentää tai se välttää, koska pitkänomaiset elimet kykenevät taipumaan osan elektrodista muodostuvaa metallilevyä kohden.

Pidetään edullisena, että elektrodissa jokaisen pitkänomaisen elimen olennainen osa on sivusuunnassa erotettuna elektrodin metallilevystä ja olennaisesti yhdensuuntainen siihen nähden. Tasossa olevat pitkänomaisten elinten osat ovat olennaisesti yhdensuuntaisia toisiinsa nähden.

Pitkänomaiset elimet voidaan kiinnittää elektrodin metallilevyyn hitsaamalla, esim. kondensaattoripurkaushitsaamalla.

Kun elektrodia on määrä käyttää anodina alkalimetallihaloge-nidien vesiliuosten elektrolyysiin tarkoitetussa elektrolyysiken-nossa, niin elektrodilla on sopivasti sähkökatalyyttisesti aktiivinen päällyste, se on, päällyste, joka on vastustuskykyinen sähkökemialliselle vaikutukselle, mutta on aktiivinen elektronien siirtämisessä elektrolyytin ja anodielektrodin välillä. Anodin pitkänomaisten elinten ainakin ne osat, jotka ovat sivusuunnassa erotettuja metallilevystä, esim. kalvon muodostavasta metallista, mielellään omaavat pinnallaan sähkökatalyyttis esti aktiivisen pinnoitteen. Haluttaessa pitkänomaiset elimet kokonaan ja vaihtoehtoisesti metallilevy voivat omata pinnallaan sähkökatalyyttisesti aktiivisen pinnoitteen.

Sähkökatalyyttisesti aktiivinen materiaali voi sopivasti muodostua yhdestä tai useammasta platinaryhmän metallista, esim. platinasta, rodiumista, iridiumista, ruteniumista, osmiumista ja palladiumista, ja/tai mainittujen metallien lejeeringeistä, ja/tai niiden oksideista, tai jostain muusta metallista tai yhdisteestä, joka toimii anodina ja joka on vastustuskykyinen kennon sähkökemialliseen liuotusvaikutukseen nähden, esimerkiksi reniumista, reniumtrioksi-dista, magnetiitista, titaaninitridistä ja platinaryhmän metallien borideista, fosfideista ja s ilisideistä. Päällyste voi muodostua yhdestä tai useammasta mainitusta platinaryhmän metallista ja/tai niiden oksideista, jotka ovat seoksena yhden tai useamman epäjalon me- 6 61527 tallin oksidien kanssa. Vaihtoehtoisesti päällyste voi muodostua yhdestä tai useammasta epäjalon metallin oksidista joko yksinään tai seoksena epäjalon metallin kloridipurkauskatalysaattorin kanssa. Sopivia epäjalon metallin oksideita ovat esimerkiksi kalvon muodostavien metallien (titaani, sirkonium, niobi, tantaali ja volframi) oksidit, tinadioksidi, germaniumdioksidi ja antimonin oksidit. Sopivia klooripurkauskatalysaattoreitä ovat mangaanin, raudan, koboltin, nikkelin ja näiden seosten difluoridit. Erityisen sopivia sähkökatalyyt-tisesti aktiivisia päällysteitä ovat itse platina ja ruteniumoksidi/ titaanidioksidiin ja ruteniumdioksidi/tinadioksidi/titaanidioksidiin perustuvat.

Muita sopivia päällysteitä ovat ne, joita on kuvattu GB-pa-t ent t i j ulkai sus samme n:o l.U02.Ull+ ja GB-pat enttihakemuksessamme n:o 1+9898/73 (belgialainen patentti n:o 821.U70), joissa päällysteissä sähköä johtamaton hiukkasmainen tai kuitumainen tulenkestävä materiaali on upottamalla kiinnitetty sähkökatalyyttisesti aktiivista materiaalia (edellä kuvatun tyyppistä) olevaan matriisiin. Sopivia sähköä johtamattomia hiukkasmaisia tai kuitumaisia materiaaleja ovat oksidit, fluoridit, nitridit ja sulfidit. Sopivia oksideja, kompleksiset oksidit mukaan lukien, ovat sirkoniumoksidi, alumiinioksidi, piidioksidi, toriumoksidi, titaanidioksidi, ceriumoksidi, hafniumok-sidi, ditantaalipentoksidi, magnesiumaluminaatti, esim. spinelli MgCNAl^O^, aluminosilikaatit, esim. mulliitti (Al^^)^ (Si02)2, sir-koniumsi1ikaatti, lasi, kaisiumsilikaatti, esim. belliitti (CaO)2 SiC>2, kalsiumaluminaatt i , kalsiumt itanaatti , esim. perovskiitti CaTiO^» attapulgiitti , kaoliniitti, asbesti, kiille, kordieriitti ja bentoniitti, sopivia sulfideita ovat diceriumtrisulfidi, sopivia nitidejä ovat boorinitridi ja piinitridi ja sopivia fluorideja on kalsiumfluoridi. Edullisena pidetty sähköä johtamaton tulenkestävä materiaali on sirkoniumsi1ikaatin ja sirkoniumoksidin seos, esim. sirkoniumsi1ikaattihiukkasia ja sirkoniumoksidikuituja.

Tämän keksinnön mukaisten elektrodien ne osat, jotka on tarkoitus pinnoittaa sähkökatalyyttisesti aktiivisella päällysteellä, voidaan päällystää käyttämällä maalausta ja polttoa, jolloin metallia ja/tai metallioksidia oleva päällyste muodostetaan elektrodin pinnalle, esim. taipuisten pitkänomaisten elinten pinnalle, levittämällä elinten pinnalle kerros maalikoostumusta, joka sisältää nes- !· ! ·.

7 61 527 temäisen sideaineen ja jokaisten niiden metallien termisesti hajotettavissa olevia yhdisteitä, joiden on määrä olla valmiissa päällysteessä, kuivaamalla maalikerros haihduttamalla nestemäinen sideaine ja sitten polttamalla maalikerros kuumentamalla päällystetty elektrodi sopivasti lämpötila-alueessa 250-800°C maalin metalliyh-disteiden hajottamiseksi ja halutun koostumuksen omaavan päällysteen muodostamiseksi. Kun tulenkestävät hiukkaset tai kuidut on määrä kiinnittää upottamalla päällysteen metalliin ja/tai metallioksi-diin, tulenkestävät hiukkaset tai kuidut voidaan sekoittaa edellä mainittuun maalikoostumukseen ennen kuin se levitetään elektrodiin. Vaihtoehtoisesti tulenkestävät hiukkaset tai kuidut voidaan levittää edellä mainitun maalikoostumuksen kerrokseen maalin ollessa vielä nestemäisessä tilassa elektrodin pinnalla, ja maalikerros kuivataan sitten haihduttamalla nestemäinen sideaine ja poltetaan tavallisella tavalla.

Elektrodilla oleva sähkökatalyyttisesti aktiivinen päällyste muodostetaan edullisesti levittämällä elektrodille useita maaliker-roksia ja kuivaamalla ja polttamalla jokainen kerros ennen seuraa-van kerroksen levittämistä.

Keksinnön erään toisen toteutustavan mukaan saadaan aikaan suotopurist imen tyyppinen yksinapainen elektrolyysikenno, joka sisältää (a) metallia olevan päätyanodin, esimerkiksi kalvon muodostavasta metallista, jonka pinnalla on sähkökatalyyttisesti aktiivinen päällyste (b) metallia olevan päätykatodin, esimerkiksi raudasta tai teräksestä, joka on olennaisesti yhdensuuntainen mainittuun anodiin nähden, ja (e) erottimen, esim. diafragman tai kationinvaihtomembraanin, joka on sijoitettu mainitun amodin ja mainitun katodin väliin ja joka siten muodostaa anodi- ja katodiosaston, anodin tai katodin, tai molempien muodostuessa metallilevystä, ja pitkänomaisten metallielinten ryhmä on sähköä johtavasti asennettu metallilevyn toiselle pinnalle ja työntyy esiin siitä, niin että osa elimistä on tasossa sivusuunnassa erotettuna levyn pinnasta ja olennaisesti yhdensuuntaisena siihen nähden, mainittujen _ ; i1 8 61527 elinten ollessa taipuisia ja mainitun anodiosaston ollessa varustettu elektrolyytin tuloaukolla ja nesteiden ja kaasujen poistoaukoil-la, ja mainitun katodiosaston ollessa varustetun nesteiden ja kaasujen poistoaukoilla.

Elektrolyysikenno voi käsittää välissä olevan katodin tai katodeita ja välissä olevan anodin tai anodeita, jotka on sijoitettu vuorotellen päätyanodin ja -katodin väliin ja olennaisesti yhdensuuntaisiksi niihin nähden, ja erottimen, esim. diafragman tai merabraa-nin, joka on asennettu jokaisen vierekkäisen anodin ja katodin väliin muodostamaan kennossa useita anodi- ja katodiosastoja.

Anodeilla tai katodeilla voi olla mikä tahansa edellä kuvatuista muodoista.

Erotin voi olla huokoinen diafragma tai kationinvaihtomembraa- ni .

Mitä tahansa sopivaa diafragman materiaali voidaan käyttää, mutta pidetään edullisena käyttää huokoista fluoripolymeeriä, esim. polytetrafluorieteeniä olevia diafragmoja. Sopivia diafragmoja voidaan valmistaa polytetrafluorieteenin ja poistettavan täyteaineen vesidispersioista menetelmillä, joita kuvataan GB-patenttijulkai-suissamme n:ot I.O81.OH6 ja 1.1+21+. 80U . Täyteaine voidaan poistaa ennen kuin diafragma tuodaan kennoon, esimerkiksi käsittelemällä hapolla täyteaineen liuottamiseksi. Vaihtoehtoisesti täyteaine voidaan poistaa diafragmasta in situ kennossa, esim. siten kuin kuvataan GB-pat entt i j ulkai sus samme n:o 1.1+68.355» jossa joko korroosionesto-ainetta sisältävää happoa käytetään täyteaineen liuottamiseen tai täyteaine poistetaan elektrolyyttisesti.

Vaihtoehtoisesti diafragma voidaan muodostaa tetrafluorieteenistä johdettuja yksiköitä sisältävän huokoisen polymeerimateriaalin levyistä, mainitun materiaalin mikrorakenteelle ollessa tunnusomaista fibrillien keskenään yhdistämät palloset. Edellä mainittua polymeerimateriaalia ja sen valmistusta kuvataan GB-patentissa n:o 1.355-373, ja sen käyttöä elektrolyysikennojen diafragmana kuvataan yhdessä tutkittavina olevista GB-patenttihakemuksistamme n:o 23275/ 7l+ ja 23316/7!+ (belgialainen patentti 829-388).

Diafragma voidaan myös muodostaa elektrostaattisella kehräys-menetelmällä. Sellaista menetelmää kuvataan yhdessä toisen hakemuk- H l ' ’· · λ n 61 527 9 sen kanssa tutkittavana olevassa GB-patenttihakemuksessamme n:o U1273/71+ (belgialainen patentti n:o 833.912), ja menetelmä sisältää orgaanista kuitua muodostavaa polymeerimateriaalia, esim. fluorattua polymeeriä, esimerkiksi polytetrafluorieteeniä, sisältävän kehruunes-teen johtamisen sähkökenttään, jolloin kuidut vedetään nesteestä elektrodille ja niin valmistetut kuidut kerätään elektrodin pinnalle huokoisena tuotteena tai mattona.

Mitä tahansa sopivaa kationinvaihtomembraanin materiaalia voidaan käyttää membraanina. Sellaiset materiaalit tehdään yleensä synteettisestä orgaanisesta polymeerimateriaalista, johon on oksastettu kationinvaihtoryhmiä, esim. sulfonaatti-, karboksylaatti- tai sulfonamidiryhmiä. Erityisesti synteettiset fluoripolymeerit, jotka kestävät kennon olosuhteita pitkiä aikoja, ovat käyttökelpoisia, esim. perfluorisulfonihappomembraanit, joita valmistaa ja myy E I du Pont de Nemours and Company kauppanimellä "NAFION" ja jotka perustuvat tetrafluorieteenin ja fluorattujen vinyylieettereiden se-kapolymeereihin. Sellaisia membraaneja kuvataan esimerkiksi US-pa-tenttijulkaisuissa n:ot 2.636.851» 3.017-338, 3.^96.077, 3-560.568, 2.967.807, 3.282.875 ja GB-patenttijulkaisussa n:o 1.18U.321.

Kennon sisältäessä kationinvaihtomembraanin varustetaan jokainen katodiosasto nesteen tuloaukolla.

Anodi/katodiväli on sopivasti alueella 3 ministä nollaan, edullisesti 1 ministä nollaan. Niinpä anodi/katodivälin ollessa nolla sekä anodin että katodin, se on, päätyanodin ja -katodin välissä olevien anodien ja katodien ja päätyanodin ja katodin pitkänomaiset elimet ovat kosketuksissa viereisiin erottimiin.

Membraaneja, esim. "NAFI0N"ia käytettäessä on keksinnön etu, että membraania voidaan tukea anodin ja katodin pitkänomaisten elinten välissä näin estäen membraanin liiallisen vääristymisen, kun käytön aikana tapahtuu paisumista elektrolyysikennossa.

Kennon sisältämä päätyanodi ja -katodi ja välissä oleva anodi tai anodit ja katodi tai katodit voidaan pitää kiinni millä tahansa sopivalla tavalla, esim. pulttien, tukien hydraulisten tai pneumaattisten nostimien avulla.

Elektrolyysikenno on erikoisen käyttökelpoinen valmistettaessa klooria vesipitoisten alkalimetallikloridiliuosten, erityisesti natriumkloridi1iuosten elektrolyysillä.

10 61527

Keksintöä havainnollistetaan liitteenä olevilla pi irvfstuksil-la, joissa kuva 1 on pystysuuntainen poikkileikkaus keksinnön mukaisen elektrodin osasta kuva 2 on kaaviomainen kuva kuvan 1 mukaisen elektrodin ainoastaan yhdestä sivusta kuva 3 pystysuuntainen poikkileikkaus keksinnön mukaisen muunnetun elektrodin osasta kuva U on pystysuuntainen poikkileikkaus yksinapaisesta elekt-rolyysikennosta, joka sisältää kuvassa 1 esitetyn kaltaisen elektrodin, ja kuva 5 on pystysuuntainen poikkileikkaus suotopurist imen tyyppisen yksinapaisen elektrolyysikennon osasta, joka sisältää kuvassa 1 esitetyn kaltaisen elektrodin ja kuvassa 3 esitetyn kaltaisen elektrodin.

Kuvassa 1 esitetty elektrodi, joka tässä toteutuksessa on yk-sinapaisessa elektrolyysikennossa päätykatodina käytettäväksi soveltuva elektrodi, käsittää rautaa tai terästä olevan levyn 1 ja useita 3 mm paksuja rautaa tai terästä olevia lankoja 2, jotka on kon-densaattoripurkaushitsattu kohdassa 3 levyyn 1. Langoista on suorat osuudet L, 5, 6 ja mutkat kohdissa 7 ja 8 silmukoiden muodostamiseksi, jotka antavat langalle taipuisuutta. Jokainen suora osuus on tasossa ja on olennaisesti yhdensuuntainen levyn 1 pintaan nähden ja on sivusuunnassa siirretty siitä erilleen. Viitaten kuvaan 2 elektrodi käsittää toisiinsa nähden olennaisesti yhdensuuntaisten ja viiteen riviin järjestettyjen pitkänomaisten elinten ryhmän.

Kuvissa 1 ja 2 esitetty elektrodi voi olla yksinapaisessa elektrolyysikennossa käytettäväksi sopiva anodi, missä tapauksessa levy 1 ja langat 2 ovat kalvon muodostavaa metallia, esim. titaania, ja ainakin suorilla osilla U on sähkökatalyyttisesti aktiivinen päällyste.

Kuvan 3 mukainen elektrodi, joka tässä toteutusmuodossa on yksinapaiseen elektrolyysikennoon väliin sijoitettavaksi katodiksi käytettäväksi soveltuva elektrodi, muodostuu rautaa tai terästä olevasta levystä 9* jonka molemmilla puolilla on useita rautaa tai terästä olevia lankoja 10, 11, jotka ovat sen tyyppisiä kuin on kuvattu· . r. ♦ v · ' «t ··· l .

61527 11 tu kuvaan 1 viitaten, silmukoiden antaessa taipuisuutta. Kuten on laita kuvassa 1 esitetyn elektrodin kanssa, kuvan 3 elektrodi voi olla yksinapaisessa elektrolyysikennossa käytettäväksi soveltuva anodi, missä tapauksessa levy 9 ja langat 10, 11 ovat kalvon muodostavaa metallia, esim. titaania, ja lankojen päällä on sähkökatalyyttises-ti aktiivinen päällyste.

Kuva 1» esittää osaa yksinapaisesta elektrolyysikennosta, jossa on titaanilevystä 12 oleva anodi ja sen pinnalla useita jäykkiä 3 mm paksuja titaanilankoja, joiden suorat osuudet lU ovat tasossa sivusuunnassa erilleen siirretynä levystä 12 ja olennaisesti yhdensuuntaisina siihen nähden. Langoissa 13 ei ole silmukkaa ja ne ovat suhteellisen jäykkiä. Suorilla osuuksilla 1U on sähkökatalyyttises-ti aktiivinen päällyste. Kenno sisältää myös rauta- tai teräslevyä olevan katodin 15, joka on sitä tyyppiä kuin on kuvattu viitaten kuvaan 1.

Erotin l6 on sijoitettu anodin 12 lankojen ja katodin 15 lankojen väliin ja erotin voi olla koksetuksissa näiden lankojen kanssa ja jakaa kennon erillisiin anodi- ja katodiosastoihin. Erotin voi olla huokoinen diafragma tai kationinvaihtomembraani.

Kuvassa 5 esitetään suotopuristimen tyyppinen yksinapainen elektrolyysikenno, joka sisältää päätyanodin 17, joka on samaa rakennetta kuin kuvaan U viitaten kuvattu anodi, ja päätykatodin 18, joka on samaa rakennetta kuin kuviin 1 ja 2 viitaten kuvattu katodi. Päätyanodin ja päätykatodin väliin on sijoitettu katodi 19, joka on samaa rakennetta kuin kuvaan 3 viitaten kuvattu katodi, ja titaanilevyn 20 käsittävä anodi, jonka molemmilla puolilla on useita olennaisesti jäykkiä 3 mm paksuja titaanilankoja 21, 22, joissa on suorat osuudet 23, 2k tasossa sivusuunnassa erilleen siirrettyinä levystä 20 ja olennaisesti yhdensuuntaisina sen kanssa ja omaten pinnaltaan sähkökatalyyttisesti aktiivisen päällysteen.

Erottimet 25, 26 ja 27 on sijoitettu lankojen ja viereisten anodien ja katodien väliin siten jakamaan kennon erillisiin anodi-ja katodiosastoihin. Vaikkakaan kuvassa 5 ei ole näytetty, anodiosas-tot yhdistetään käytön aikana ja varustetaan elektrolyytin tuloau-koilla ja nesteiden ja kaasujen poistoaukoilla, ja katodiosastot yhdistetään ja varustetaan nesteiden ja kaasujen poistoaukoilla ja va- k - '· ‘ _ ’» 61527 12 linnaisesti nesteiden tuloaukoilla. Edelleen jokainen anodi varustetaan sähkövirran lähteeseen johtavalla kontaktilla (ei esitetty), ja jokainen katodi varustetaan kontaktilla (ei esitetty) sähkövirran johtamiseksi pois kennosta.

Erotin voi olla huokoinen diafragma tai kationinvaihtomembraa-ni. Seuraava esimerkki havainnollistaa edelleen keksintöä.

Kuvan osittain esittämän kaltainen laboratorion membraani-kenno koottiin, anodin käsittäessä mitat 300 mm x 970,5 mm omaavan titaanilevyn ja omatessa toisella puolella kuusi riviä titääni lankoja, jokaisen rivin sisältäessä 32 lankaa ja jokaisen langan omatessa 151* mm pitkän suoran osuuden läpimitan ollessa 3 mm. Langat oli varustettu sähkökatalyyttisesti aktiivisella päällysteellä.

Katodi muodostui tavallista terästä olevasta levystä, jossa oli viisi riviä taipuisia silmukalle käännettyjä tavallista terästä olevia 3 mm:n läpimittaisia lankoja, jokaisen rivin sisältäessä 32 lankaa. Silmukat antoivat langoille taipui suutta. Titaanilevyn 12 ja membraanin 16 välinen etäisyys, se on, anodiosaston leveys ja tavallista terästä olevan levyn 15 ja membraanin 16 välinen etäisyys, se on, katodiosaston leveys, olivat kumpikin 28 mm.

Membraani 16 oli tetrafluorieteenin ja fluorattujen vinyyli-eettereiden "NAFION" ("NAFION" on du Pontin rekisteröity tavaramerkki) sekapolymereihin perustuva perfluorisulfonihappomembraani. Membraani oli sekä katodin että anodin viereillä, se on, anodi/katodi-väli oli nolla.

Natriumkloridiliuosta (pitoisuus 300 g/l NaCl) syötettiin anodiosastoon nopeudella 6 litraa tunnissa. Ioninvaihdolla puhdistettua vettä lisättiin katodiosastoon. Kennon lämpötila pidettiin 85°C:ssa.

2 300 amperin virta (vastaa virran tiheyttä 1,8 kA/m ) syötettiin kennon läpi. Kennon toimintajännite oli 2,9 volttia. Tuotettu kloori sisälsi 9*+ paino-# Cl^ ja vähemmän kuin 0,1 paino-# H^. Tuotettu natriumhydroksidi sisälsi 10 paino-# kaustista soodaa. Kenno toimi natriumhydroksidin virtahöytysuhteella 86 #.

Anodin ja katodin langat eivät vahingoittaneet membraania.

. m »· · 2 f*

Claims (8)

13 61527

1. Elektrodi, joka sopii käytettäväksi suotopurist imen tyyppisessä yksinapaisessa elektrolyysikennos s a , tunnettu siitä, että elektrodi muodostuu ryhmästä pitkänomaisia metallielimiä (2), jotka on sähköä johtavasti asennettu metallilevyn (1) ainakin toiselle pinnalle ja joka työntyy siitä esiin, niin että osa elimistä (4, 5, 6) on tasossa sivusuunnassa erotettuna levyn pinnasta ja olennaisesti yhdensuuntaisena siihen nähden, mainittujen elinten ollessa taipuisia.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrodi, tunnettu siitä, että pitkänomaiset elimet (2) ovat lankoja tai tankoja.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen elektrodi, tunnettu siitä, että langat tai tangot ovat silmukoiden muotoisia.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen elektrodi, tunnettu siitä, että lankojen tai tankojen paksuus on alueella 1 ... 6 mm.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen elektrodi, tunnettu siitä, että lankojen tai tankojen paksuus on alueella 2...4 mm.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1...5 mukainen elektrodi, tunnettu siitä, että metallilevyn (9) molemmat puolet on varustettu pitkänomaisten metallielinten (10, 11) ryhmällä toisen pitkänomaisten elinten ryhmän ollessa jäykän ja toisen taipuisan.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1...5 mukainen elektrodi, tunnettu siitä, että metallilevyn molemmat pinnat on varustettu ryhmällä pitkänomaisia elimiä, jotka molemmat ryhmät ovat taipuisia.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1...7 mukainen elektrodi, tunnettu siitä, että tasossa olevat pitkänomaisten elinten osat ovat olennaisesti yhdensuuntaisia toisiinsa nähden.