FI72150C - Alkalimetallkloridelektrolyscell. - Google Patents

Description

1 72150

Alkalimetallikloridi-elektrolyysikenno Tämä keksintö koskee alkalimetallikloridi-elektro-lyysikennoa ja erityisesti alkalimetallikloridin elektro-5 lyysikennoa alkalimetallihydroksidin tuottamiseksi pienellä jännitteellä.

Prosessina alkalimetallihydroksidin saamiseksi elektrolyysillä alkalimetallikloridin vesiliuoksesta, on dia-fragmaprosessi viime aikoina korvannut elohopeaprosessin 10 ympäristön saastumisen estämisen kannalta katsottuna.

Diafragmaprosesseinä on ehdotettu useita eri prosesseja, joissa käytetään diafragmana ioninvaihtokalvoa asbestin sijasta, jotta saataisiin puhtaampaa ja suuremman konsentraation omaavaa alkalimetallihydroksidia.

15 Toiselta puolen energian säästämisen kannalta kat sottuna, mitä viime aikoina on yritetty maailmanlaajuisesti toteuttaa, halutaan tässä tekniikassa minimoida elektro-lyyttinen jännite.

Keinoina elektrolyyttisen jännitteen alentamiseksi 20 on tähän asti ehdotettu useita sellaisia kuten anodin tai katodin materiaalin, koostumuksen ja muodon oikea valinta, käytettävän ioninvaihtokalvon koostumuksen tai ioninvaih-toryhmien lajin valinta ja senkaltaiset.

Näillä keinoilla on jonkin verran vaikutusta, mut-25 ta useimmilla niistä on rajoituksensa tuloksena olevan alkalimetallihydroksidin konsentraation suhteen, so. konsent-raatio ei ole kovinkaan korkea ja kun konsentraatio ylittää tietyn tason, on seurauksena nopea nousu elektrolyyttisessä jännitteessä taikka lasku virran tehokkuudessa (hyö-30 tysuhteessa) taikka muutoin elektrolyyttisen jännitteen alentamisilmiö ei ole pysyvä taikka kestävyys tulee huonoksi. Täten mikään tavanomaisista prosesseista ei ole täysin tyydyttävä teolliselta kannalta katsottuna.

Äskettäin on ehdotettu alkalimetallikloridin vesi-35 liuoksen elektrolysointia käyttämällä elektrolyysikennoa, 2 72150 jossa anodi tai katodi, johon kuuluu kaasua ja nestettä läpäisevä huokoinen kerros, on läheisessä kosketuksessa fluorattua polymeeriä olevan kationinvaihtokalvon pintaan, jolloin saadaan alkalimetallihydroksidia ja klooria 5 (kts. japanilainen tutkimaton patenttijulkaisu nro 112 398/79).

Tämä prosessi tekee mahdolliseksi minimoida elektro-lysoitavan liuoksen sähköresistanssi ja kehitettävän vety-tai kloorikaasun sähköresistanssi, mitä on pidetty väistä-10 mättömänä tässä tekniikassa, mikä täten on erinomainen keino johtaa elekttolyysi paljon alemmalla jännitteellä kuin tavanomaisessa tekniikassa.

Tässä prosessissa anodi tai katodi on yhdistetty ioninvaihtokalvon pintaan elektrodin upottamisella kalvoon 15 ja on tehty kaasua ja nestettä läpäiseväksi päästämään kalvon ja elektrodin kosketusrajapinnalla kehittyvä elektro-lyysikaasu helposti poistumaan elektrodista. Tällaiset huokoiset elektrodit ovat tavallisesti huokoista ainetta, joka on valmistettu tasaisesti sekoittamalla aktiivisia hiukka-20 siä, jotka toimivat anodina tai katodina, sideainetta ja edullisesti johtavaa ainetta, kuten grafiittia tai senkaltaista ja muodostamalla seos ohueksi filmiksi.

Meidän tutkimuksemme ovat kuitenkin paljastaneet, että kysymyksen ollessa elektrolyysikennosta, jossa edellä 25 kuvatut elektrodit on suoraan sidottu ioninvaihtokalvoon, esimerkiksi anodi tulee elektrolyysikennossa kosketukseen hydroksidi-ionin kanssa, joka vastakkaisuuntaisesti diffu-soituu katodikammiosta, ja sen vuoksi täytyy anodin tässä tapauksessa omata alkalikestävyys sekä tavanomaisesti 30 vaadittu kloorikestävyys, mikä tekee väistämättömäksi erityisen ja kalliin materiaalin valitsemisen elektrodiin. Lisäksi, vaikka elektrodin elinikä tavallisesti hyvin paljon poikkeaa ioninvaihtokalvon eliniästä, täytyy hylätä toisiinsa sidotut sekä elektrodi että ioninvaihtokalvo, 35 kun jompikumpi niistä on saavuttanut käyttöikänsä lopun.

Sen vuoksi, jos käytetään kalliista jalometallista tehtyä 3 72150 anodia, on seurauksena vakava taloudellinen menetys.

Tuloksena jatkuvista tutkimuksista sellaisen elektrolyysiprosessin löytämiseksi, jolla ei ole mainittuja epäkohtia ja joka vaatisi mahdollisimman alhai-5 sen kennojännitteen, olemme aikaisemmin keksineet, että alkalimetallihydroksidia ja klooria voidaan saada, saavuttamalla olennaisesti edellä kuvattu tavoite, odottamattoman alhaista jännitettä käyttämällä, kun alkalimetal-likloridin vesiliuos elektrolysoidaan elektrolyysikennos-10 sa, jossa anodi tai katodi on sijoitettu kaasua ja nestettä läpäisevän huokoisen kerroksen kautta, niin että mitään elektrodiaktiviteettia ei muodostu kationinvaihtokal-von pinnalle ja olemme jättäneet tätä tekniikkaa koskevan hakemuksen GB-patenttihakemuksena nro 2 064 586. Jatkotut-15 kimukset elektrodien sijoittamisesta ovat lopulta johtaneet esillä olevan keksinnön mukaiseen elektrolyysikennoon al-kalimetallihydroksidin tuottamiseksi.

Esillä olevan keksinnön mukaan saadaan aikaan alka-limetallikloridia elektrolysoiva kenno, johon kuuluu ka-20 tionivaihtokalvo, joka on sijoitettu anodin ja katodin väliin ja jolle kennolle on tunnusomaista, että mainitun ka-tioninvaihtokalvon ainakin yhdellä sivulla on kaasua ja nestettä läpäisevä huokoinen kerros, jolla ei ole mitään elektrodiaktiviteettia ja että anodista ja katodista ai-25 nakin toinen on huokoinen, taipuisa (joustava) elektrodi, jolla on suurempi jäykkyys kuin mainitulla kationivaihto-kalvolla ja mainittu taipuisa elektrodi on suunniteltu voimalla deformoitavaksi, niin että kationinvaihtokalvo tulee läheiseen kosketukseen kummankin elektrodin pinnan kanssa. 30 Kuvio 1 on osittainen leikkauskuva, joka kuvaa suh detta huokoisen, kerrossidonnaisen kationinvaihtokalvon, anodin ja katodin sijoittamisen välillä esillä olevaa keksintöä toteutettaessa.

Kuvio 2 on osittainen leikkauskuva, joka kuvaa tu-35 losta, kun voima vaikuttaa kuviossa 1 kuvattuun taipuisaan katodiin.

4 721 50

Kuvio 3 on osittainen leikkauskuva, joka kuvaa sijaintia huokoisen kerrossidonnaisen kationinvaihtokalvon, anodin ja katodin keskinäisissä suhteissa toteutettaessa esillä olevaa keksintöä käyttämällä johtavaa ripaelintä 5 johtavana tukena.

Kuvio 4 on osittainen leikkauskuva, joka kuvaa tilaa, kun kuvion 3 esittämä katodi on johtavalla ripaelimel-lä työnnetty kohti huokoista, kerrossidonnaista kationin-vaihtokalvoa.

10 Kuvio 5 on osittainen leikkauskuva, joka kuvaa huo koisen, kerrossidonnaisen kationivaihtokalvon, anodin ja katodin keskinäistä sijoittamista toteutettaessa esillä olevaa keksintöä käyttämällä johtavaa aallotettua elintä johtavana tukena.

15 Kuvio 6 on osittainen laikkauskuva, joka kuvaa huo koisen, kerrossidonnaisen kationinvaihtokalvon, anodin ja katodin keskinäistä sijoittamista toteutettaessa esillä olevaa keksintöä käyttämällä johtavaa verkkoelintä johtavana tukena.

20 Kuvio 7 on osittainen leikkauskuva, joka kuvaa huo koisen, kerrossidonnaisen kationinvaihtokalvon, anodin ja katodin keskinäistä sijoittamista toteutettaessa esillä olevaa keksintöä käyttämällä johtavaa yhdistettyä tukirakennetta, joka on muodostettu laminoimalla johtava verk-25 koelin johtavalle aallotetulle elimelle.

Kuviot 1-7 kuvaavat suoritusmuotoja, joissa vain katodi on joustava.

Kuvio 8 on osittainen leikkauskuva, joka kuvaa huokoisen, kerrossidonnaisen kationivaihtokalvon, anodin ja 3Q katodin keskinäistä sijoittamista toteutettaessa esillä olevaa keksintöä käyttämällä joustavaa anodia ja joustavaa katodia.

Kuvio 9 on osittainen leikkauskuva, joka kuvaa tilaa sen jälkeen, kun kuvion 8 esittämä joustava katodi on 35 deformoitu antamalla voiman vaikuttaa johtavaan tukeen.

5 72150

Kuvio 10 on osittainen leikkauskuva, joka kuvaa huokoisen, kerrossidonnaisen kationivaihtokalvon, anodin ja katodin keskinäistä sijoittamista toteutettaessa esillä olevaa keksintöä käyttämällä joustavaa anodia ja joustavaa 5 katodia sekä johtavia tankoelimiä johtavina tukina.

Kuvio 11 on osittainen leikkauskuva, joka kuvaa yhtä suoritusmuotoa anodin, katodin ja huokoisen, kerrossidonnaisen kationinvaihtokalvon keskinäisestä sijoittamisesta ja johtavasta, pehmentävästä tuesta elektrolyysikennossa 10 esillä olevan keksinnön toteuttamiseksi siten, että jousia käytetään mainittuna johtavana tukena.

Kuvio 12 on osittainen leikkauskuva, joka kuvaa yhtä suoritusmuotoa anodin, katodin ja huokoisen, kerrossidonnaisen kationinvaihtokalvon keskinäisestä sijoittami-15 sesta ja johtavasta, pehmentävästä tuesta elektrolyysikennossa esillä olevan keksinnön toteuttamiseksi siten, että levyjousia käytetään mainittuna johtavana tukena.

Kuvio 13 on osittainen leikkauskuva, joka kuvaa yhtä suoritusmuotoa anodin, katodin ja huokoisen, kerrossi-20 donnaisen kationinvaihtokalvon keskinäisestä sijoittamisesta ja johtavasta, pehmentävästä tuesta elektrolyysikennossa esillä olevan keksinnön toteuttamiseksi siten, että molemmat elektrodit ovat joustavat ja johtavat tuet ovat levyjousia molemmilla puolilla.

25 Esillä olevan keksinnön mukaisesti elektrodit eivät suoraan kosketa kalvoa, koska ne ovat sijoitetut edellä kuvatun kaasua ja nestettä läpäisevän huokoisen kerroksen kautta. Sen vuoksi anodin ei tarvitse omata suurta kestävyyttä alkalia vastaan ja voidaan sellaisenaan käyttää ta-30 vanomaisesti laajaltai käytettyjä elektrodeja, joilla on vain kloridikestävyys. Lisäksi, koska elektrodit eivät välttämättä ole sidotut kalvoon tai huokoiseen kerrokseen, ei elektrodien elinikä riipu kalvon eliniästä.

Lisäksi sijaitsevat anodi ja katodi melkein tasai-35 sella elektrodi-elektrodi-välillä huokoisen, kerrossidonnai- 6 72150 sen kationinvaihtokalvon sijaitessa niiden välissä/ mistä on seurauksena se, että paikallisia epätasaisuuksia ei esiinny sähkövirrassa ja virrantiheys paikallisesti on vakio.

Koska elektrodi-elektrodi-väli on niin lyhyt kuin likimää-5 rin edellä kuvatun kationinvaihtokalvon paksuus, voidaan luonnollisesti odottaa elektrolyysijännitteen äärimmäistä alenemista.

Edelleen, kennojännite on odottamattoman alhainen esillä olevan keksinnön mukaisessa prosessissa. Esimerkiksi, 10 kennojännite on paljon alempi kuin alkalimetallikloridin elektrolyysiprosessissa elektrolyysikennossa, jossa anodi tai katodi on suorassa kosketuksessa kationinvaihtokalvoon, ilman että niiden välissä on edellä kuvattua huokoista ainetta. Tämän on sanottava olevan odottamaton vaikutus kun 15 otetaan huomioon, että efekti voidaan myös saavuttaa, kun edellä kuvattu huokoinen kerros on muodostettu olennaisesti ei-johtavasta hiukkaskerroksesta, jolla ei ole elektro-diaktiviteettia, toisin kuin siinä prosessissa, joka on kuvattu edellä mainitussa japanilaisessa patenttijulkaisussa 2Q nro 112398/79.

Esillä olevassa keksinnössä käytettävät elektrodit ovat huokoisista (aukkoisista) metalleista, kuten metalli-lankaverkosta tai -harsosta taikka huokoisista metalleista, jotka on päällystetty aineksella, jolla on elektrodiaktivi-25 teetti ja jotka yleensä ovat niin ohuita kuin noin 0,1-3 mm.

Mitä tulee elektrodin kokoon, vastaa sen koko melkein elektrodikammion kokoa ja joissakin tapauksissa on niin suuri kuin esimerkiksi 1 x 2 m.

Silloinkin, kun pinta-ala on pienempi kuin edellä 30 mainittu, on huomattavan vaikeaa sijoittaa sellaisten elektrodien pintoja, jotka ovat niin ohuita kuin edellä kuvattiin, toisiaan vastaan huokoisen, kerrossidonnaisen kationinvaihtokalvon kautta pienelle välille pitäen elektrodi-elektrodi-väli melkein vakiona joka kohdassa. Koska nämä 35 elektrodit ovat ohuita niiden pinta-alaan nähden ja ovat 7 72150 herkkiä taipumaan, niitä voivat taivuttaa muutokset elek-trolyysiliuoksen paineessa taikka ne voivat itsestään taipua niiden tuotantovaiheiden kuluessa.

Menettelyksi näiden pulmien ratkaisemiseksi olemme 5 keksineet, että tavoitteet voidaan täysin saavuttaa tekemällä ainakin yksi elektrodi joustavasta aineesta, jolla on suurempi jäykkyys kuin huokoisella kerrossidonnaisella kationinvaihtokalvolla ja deformoimalla mainittua joustavaa elektrodia kationinvaihtokalvoon päin.

10 Seuraavassa selitetään esillä olevaa keksintöä ohei siin piirustuksiin liittyen.

Kuvio 1 on osittainen leikkauskuva, joka kuvaa yhtä suoritusmuotoa kationinvaihtokalvon, jolla on huokoinen kerros (huokoinen kerros on sijoitettu molemmille puolille 15 kationinvaihtokalvoa), sijoittamiseksi. Kuviossa 1 tarkoittaa viitenumero 1 huokoista, kerrossidonnaista kationinvaihtokalvoa, 11 tarkoittaa kationinvaihtokalvoa, 12 ja 13 osoittavat huokoisia kerroksia anodin ja katodin puolella, 2 osoittaa anodia, jona on esimerkiksi metallilankaverkko, jolla 2Q on ainesta, jolla on anodista aktiviteettia. Anodi on esitetty jonkin verran liioitellun kaarevassa tilassa, koska se tavallisesti ei ole täysin taso. Viitenumero 3 tarkoittaa joustavaa (taipuisaa) katodia ja nuolet osoittavat joustavaan katodiin vaikuttavan voiman suuntaa.

25 Kuvio 2 on osittainen leikkauskuva, joka kuvaa voi man vaikutusta kuvion 1 mukaiseen joustavaan katodiin. Kuviossa 2 on huokoinen, kerrossidonnainen kationinvaihtokal-vo voiman deformoiman joustavan katodin työntämä anodin muotoon. Tässä tilanteessa on joustavalla katodilla suurempi 30 jäykkyys kuin huokoisella, kerrossidonnaisella kationinvaihtokalvolla ja tästä syystä katodi ja kalvo tulevat lopullisesti deformoiduiksi anodin muotoon. Jos jäykkyys-suhde on päinvastainen, voi lopputuloksena olla osittainen väli anodin ja huokoisen, kerrossidonnaisen kationinvaihto-35 kalvon välillä, mikä tilanne olisi epäsuotuisa.

8 72150

Kuviot 1 ja 2 kuvaavat suoritusmuotoja, joissa huokoiset kerrokset on muodostettu kationinvaihtokalvon molemmille sivuille. Aina ei kuitenkaan ole tarpeen muodostaa huokoisia kerroksia kalvon molemmille sivuille ja huo-5 koinen kerros voidaan muodostaa vain yhdelle sivulle riippuen huokoisen kerroksen tarkoituksesta.

Kuviot 1 ja 2 kuvaavat suoritusmuotoja, joissa katodi on joustava, mutta luonnollisesti on mahdollista käyttää joustavaa anodia. Joustavina elektrodeina voidaan käytin tää sekä anodia että katodia, mutta tavallisesti on parempi tehdä vain yksi elektrodeista joustavaksi.

Kokemuksemme ovat osoittaneet, että kun huokoinen kerros on muodostettava vain yhdelle sivulle, on edullista muodostaa se anodin puolelle kationinvaihtokalvoa. Syytä 15 tähän ei ole täysin selvitetty, mutta se voi johtua siitä, että anodit yleensä eivät ole täysin alkaliakestäviä ja jos ne ovat suorassa kosketuksessa kationinvaihtokalvoon, ne kärsivät niiden hydroksidi-ionien haitallisesta vaikutuksesta, jotka diffusoituvat läpi kationinvaihtokalvon.

20 Seuraavassa selitetään esillä olevaa keksintöä yk sityiskohtaisemmin käsittelemällä tapausta, jossa huokoinen kerros on muodostettu kationinvaihtokalvon molemmille sivuille ja vain katodi on joustava. Edellä annetusta selityksestä on kuitenkin ilmeistä, että keksintö ei ole rajoi-25 tettu vain tällaiseen suoritusmuotoon.

Keinoina joustavan katodin työntämiseksi kohti huokoista, kerrossidonnaista kationinvaihtokalvoa on harkittu erilaisia tapoja. Yksi näistä on työntää joustavaa katodia johtavalla tuella. Tämä johtava tuki on kytketty säh-3Q köteholähteen miinusnapaan jollakin muulla johtavalla elimellä.

Edullisena johtavana tukena voidaan käyttää tanko-tai levymäistä johtavaa ripaelintä, johtavaa aallotettua elintä ja johtavaa verkkoelintä.

35 Kuviot 3 ja 4 esittävät suoritusmuotoa, jossa on käytetty johtavaa ripaelintä. Kuvio 3 on osittainen leik- 9 72150 kauskuva, joka kuvaa huokoisen, kerrossidonnaisen kationin-vaihtokalvon, anodin ja katodin ja johtavan ripaelimen keskinäistä sijoittamissuhdetta ja kuvio 4 on osittainen leikkauskuva, joka kuvaa tilaa, jossa katodi johtavalla ripa-5 elimellä on työnnetty kohti huokoista, kerrossidonnaista kationinvaihtokalvoa. Kuvioissa 3 ja 4 osoittaa viitenumero 4 johtavaa ripaelintä levyistä, jotka on järjestetty pystysuoraan (kohtisuoraan paperin tasoa vastaan). Tämä johtava ripaelin 4 on sähköisessä kosketuksessa katodiin 3. 1Q Kuvio 5 kuvaa suoritusmuotoa, jossa johtavana tuke na käytetään aallotettua johtavaa elintä 5, joka on sijoitettu sähköiseen kosketukseen katodin kanssa työntäen katodia kohti huokoista, kerrossidonnaista kationinvaihtokalvoa.

15 Kuvio 6 esittää suoritusmuotoa, jossa johtavana tu kena käytetään johtavaa verkkoelintä 6, joka on sijoitettu sähköiseen kosketukseen katodin kanssa työntäen tätä kohti huokoista, kerrossidonnaista kationinvaihtokalvoa.

Kuvio 7 esittää suoritusmuotoa, jossa on yhdiste-2Q tysti käytetty johtavaa verkkoelintä ja johtavaa aallotettua elintä ja jossa yhdistetty rakenne 7 on muodostettu laminoimalla johtava verkko 71 johtaville aallotetuille elimille 72 ja 73, jolloin elimet 71, 72 ja 73 ovat täysin sähköisessä kosketuksessa toisiinsa ja johtava yhdistetty 25 rakenne 7 työntää katodia kohti huokoista, kerrossidonnaista kationinvaihtokalvoa pitämällä sähköinen kosketus katodiin. Johtava yhdistetty rakenne 7 ei välttämättä koostu yhdestä johtavasta verkkoelimestä ja kahdesta johtavasta aallotetusta elimestä, vaan voi koostua useiden näiden eli-30 mien sopivasta laminaatista.

Kuviot 8 ja 9 kuvaavat suoritusmuotoa, jossa sekä anodi että katodi ovat joustavat. Kuvio 8 on osittainen leikkauskuva, joka kuvaa huokoisen, kerrossidonnaisen ka-tioninvaihtokalvon,joustavan anodin ja joustavan katodin 35 sekä johtavan tuen keskinäistä sijoittamista. Koska sekä anodi 2 että katodi 3 on sijoitettava kerroksittaisesti 10 721 50 huokoisen, kerrossidonnaisen kationinvaihtokalvon 1 kanssa ja molemmat elektrodit ovat joustavat, on johtava tuki 41 anodin puolella ja johtava tuki 42 katodin puolella edullisesti sijoitettu vuorottaiseen eikä vastakkaiseen jär-5 jestelyyn.

Olemme keksineet, että mainittu joustava elektrodi edullisesti on tuettava johtavalla, kimmoisalla tuella deformaation toteuttamiseksi. Lisätutkimusten tuloksena olemma keksineet, että jousielimet, kuten kierrejouset, levyjouset jne., jotka ovat metallista, joka on elektrolyysi liuoksen korroosiota vastustavaa (esimerkiksi venttii-limetalleja kuten titaania anodipuolta varten ja alkalia kestävää metallia kuten nikkeliä katodipuolella), ovat sopivia johtavaksi, kimmoisaksi tueksi.

15 Jousielimen jousivoima (jousivakio) voidaan valita oikein työntämään joustavaa elektrodia huokoista, kerros-sidonnaista kationinvaihtokalvoa vastaan tasaisella voimalla, joka riippuu joustavan elektrodin taivutettavuu-desta, jousielimen sijoitusetäisyydestä ja senkaltaisista 2Q seikoista.

Kuvio 11 on osittainen leikkauskuva, joka kuvaa yhtä suoritusmuotoa kationinvaihtokalvon, jolle on muodostettu huokoinen kerros (huokoinen, kerrossidonnainen kationin-vaihtokalvo), anodin ja katodin sekä johtavan kimmoisan 25 tuen keskinäisestä sijoittamisesta esillä olevan keksinnön toteuttamiseksi. Kuviossa 11 osoittaa viitenumero 1 huokoista, kerrossidonnaista kationinvaihtokalvoa, 2 osoittaa anodia, jona on esimerkiksi metallilankaverkko, jolla on anodista aktiviteettia omaavaa ainetta, ja joka on kuvattu 3Q jonkin verran liioitellun kaarevassa tilassa, koska se tavallisesti ei ole täysin taso. Viitenumero 3 osoittaa joustavaa katodia ja 9 osoittaa johtavaa, kimmoisaa tukea, jona on kierukkajousi. Huokoinen, kerrossidonnainen katio-ninvaihtokalvo on työnnetty ja deformoitu pitkin anodin muo-35 toa joustavalla katodilla, joka on deformoitu johtavan, kim-moisantuen voimalla.

11 72150 Tässä tilanteessa on joustavalla katodilla suurempi jäykkyys kuin huokoisella/ kerrossidonnaisella ka-tioninvaihtokalvolla ja tästä syystä tulevat mainitut kaksi elintä deformoiduiksi anodin muotoon. Jos jäykkyyssuh-5 de on päinvastainen, voi tuloksena olla osittainen väli anodin ja huokoisen, kerrossidonnaisen kationin vaihtokal-von välissä, mikä tekee sellaisen suhteen epäsuotuoisaksi.

Edellä mainittu huokoinen kerros voi olla sijoitettu kationinvaihtokalvon molemmille sivuille taikka vain anodin 10 puoleiselle sivulle tai katodin puoleiselle sivulle.

Kokemuksemme ovat osoittaneet, että kun huokoinen kerros on sijoitettava vain yhdelle sivulle, on edullista sijoittaa se anodin puolelle kationinvaihtokalvoa. Syytä tähän ei ole täysin selvitetty, mutta se voi johtua siitä, 15 että anodit eivät yleensä ole täysin alkaliakestäviä ja kun ne ovat suorassa kosketuksessa kationinvaihtokalvoon, ne kärsivät niiden hydroksidi-ionien haitallisista vaikutuksista, jotka diffusoituvat läpi kationinvaihtokalvon.

Esillä olevaa keksintöä selitetään seuraavassa yk-20 sityiskohtaisemmin viitaten tapaukseen, jossa huokoinen kerros on sijoitettu kationinvaihtokalvon molemmille sivuille ja jossa vain katodi on joustava. Edellä esitetystä on kuitenkin ilmeistä, että keksintö ei ole rajoitettu tällaiseen suoritusmuotoon. Johtava, kimmoisa tuki on kyt-25 ketty jollakin muulla johtavalla elimellä sähkötehon lähteeseen.

Kuvio 12 on osittainen leikkauskuva, joka kuvaa suoritusmuotoa, jossa johtavana kimmoisana tukena on levy-jousielin. Kuviossa 12 osoittaa viitenumero 9' levyjousi-50 elintä ja viitenumero 10 osoittaa johtavaa elintä,jolla on esimerkiksi tasomuoto.

Kuvio 13 on osittainen leikkauskuva, joka kuvaa suoritusmuotoa, jossa levyjousia on käytetty kimmoisana elimenä joustavaa anodia ja katodia varten. Kuviossa 13 osoit-55 taa viitenumero 21 joustavaa anodia, 91 osoittaa johtavaa, 12 721 50 kimmoisaa tukea anodipuolella. Tässä tilanteessa johtavat kimmoisat tuet anodi- ja katodipuolella on edullisesti sijoitettu vuorottaisesti eikä vastakkaisesti järjestettyinä .

5 Esillä olevassa keksinnössä käytettävänä anodina ovat edullisia oikein valitut tunnetut anodit/ kuten me-tallilankaverkot (esim. titaani, tantaali jne) päällystettynä platinaryhmän metalleilla (esim. ruteeni, iridium, palladium, platina jne.), näiden seoksilla tai näiden ok-10 sideilla, huokoiset levyt tai verkkorakenteet platinaryhmän metalleista (esim. platina, iridium, rodium jne), näiden seoksista tai oksideista jne. Näistä anodeista edullisia ovat metalliverkot titaanista jne. päällystettyinä platinaryhmän metalleilla, näiden seoksilla tai metallien tai 15 seosten oksideilla, koska ne mahdollistavat elektrolyysin toteuttamisen erityisen matalalla jännitteellä.

Katodina käytetään sellaisia, jotka on valmistettu päällystämällä platinaryhmän metalleja (esim. platina, palladium, rodium jne.) tai niiden seoksia alustalle (esim.

20. rauta) ja valantateräs, nikkeli, ruostumaton teräs jne. Näitä käytetään huokoisen levyn, metalli lankaverkon jne.: muodossa. Näistä ovat edullisia katodit, jotka aktiivisina aineina sisältävät platinaryhmän metalleja, näiden seoksia tai nikkeliä, koska niiden voidaan odottaa toteutta-25 van elektrolyysin erityisen matalalla jännitteellä.

Toiselta puolen on esillä olevassa keksinnössä käytettävä kaasua ja nestettä läpäisevä, korroosiota kestävä, huokoinen kerros epäaktiivinen anodina tai katodina. Tämä tarkoittaa, että kerros on valmistettu aineesta, jolla on 30- suurempi klooriylijännite tai suurempi vety-ylijännite kuin elektrodilla, joka on sijoitettava mainitun huokoisen kerroksen kautta, kuten esimerkiksi ei-johtavalla aineella. Aineina ovat kuvaavia esimerkiksi oksidit, nitridit ja karbidit titaanista, sirkoniumista, niobista, tantaalista, 35 vanadiinista, mangaanista, molybdeenista, tinasta antimonista, vismutista, indiumista, koboltista, nikkelistä, 13 721 5 0 berylliumista, alumiinista, kromista, raudasta, galliu-mista, germaaniumista, seleenistä, yttriumista, hopeasta, lantaanista, seriumista, hafniumista, lyijystä, toriumista, harvinaisista maa-alkuaineista jne. Näitä käytetään yksi-5 nään tai yhdistelminä.

Näistä titaanin, sirkoniumin, niobin, raudan, tantaalin, vanadiinin, mangaanin, molybdeenin,titan, antimonin, volframin, vismutin jne, oksideja, nitrideja ja karbideja käytetään edullisesti yksinään tai yhdistelminä katodin puoleisina aineina.

Anodin puoleisina aineina käytetään edullisesti yksinään tai yhdistelminä oksideja, nitridejä ja karbideja raudasta, hafniumista, titaanista, sirkoniumista, niobista, tantaalista, indiumista, tinasta, mangaanista, koboltista, 15 nikkelistä jne.

Esillä olevassa keksinnössä käytetään huokoisissa kerroksissa näitä aineita jauheisessa tai hiukkasmuodossa, edullisesti sidottuna suspensiolla fluoria sisältävästä polymeeristä, kuten polytetrafluorietyleenista. Tarvittaessa 20- voidaan käyttää pinta-aktiivisia aineita mainittujen kahden aineen sekoittamiseen tasaisesti. Sen jälkeen kun seos on kunnollisesti muodostettu kerrosmuotoon, se sidotaan, edullisesti upotettuna, ioninvaihtokalvon pintaan käyttämällä painetta ja lämpöä.

25 Huokoisilla kerroksilla katodin puolella ja anodin puolella on melkein samat fysikaaliset ominaisuudet ja sopivasti niissä on keskimääräinen huokoskoko 0,01.2000 ^u, huokoisuus 10-99 % ja huokoisen kerroksen painosuhde pinnan 2 2 alaan 0,01-30 mg/cm , edullisesti 1-15 mg/cm .

30 jos nämä fysikaaliset ominaisuudet ovat edellä an nettujen rajojen ulkopuolella, on olemassa pelko, että ei saavuteta haluttua matalaa elektrolyysijännitettä tai että elektrolyysijännitteen matalyysilmiö tulee epästabiiliksi. Täten fysikaaliset ominaisuudet ulkopuolella edellä annet-35 tujen alueiden eivät ole edullisia. Mitä tulee edellä mai- 14 721 5 0 nittuihin fysikaalisiin ominaisuuksiin, ovat edullisia keskimääräinen huokoskoko 0,1-10QQ ^u ja huokoisuus 20-98 %, koska stabiilia elektrolyysiä matalalla jännitteellä voidaan odottaa tällaisessa tapauksessa.

5 Huokoisen kerroksen paksuus on yleensä 0,01-200 ^u, edullisesti 0,1-100 ^u, erikoisen edullisesti 1-50 ^u, vaikkakin tämä on täsmälleen päätettävä riippuen käytetyn aineen laadusta ja fysikaalisista ominaisuuksista.

On edullista, että huokoisen kerroksen paksuus on 10 pienempi kuin kationinvaihtokalvon paksuus. Tämä johtuu siitä, että muutoin tulee virtahyötysuhde alemmaksi.

Jos paksuus on edellä kuvatun alueen yläpuolella, on seurauksena kasvu sähköresistanssissa, vaikeus kaasun poispääsyssä ja vaikeus elektrolyysi liuoksen siirtymisessä huo-15 koisen kerroksen läpi.

Esillä olevassa keksinnössä on edellä mainitun huokoisen kerroksen kautta sijoitettu anodi kosketuksessa huokoisen kerroksen pintaan. Elektrolyysikennon jännitteen alentamista silmälläpitäen on erityisen edullista sijoit-20 taa huokoinen kerros ioninvaihtokalvon molemmille sivuille, anodin puolelle ja katodin puolelle, vaikka on myös mahdollista sijoittaa huokoinen kerros vain anodin puolelle tai vain katodin puolelle.

Jos anodi tai katodi on sijoitettu ioninvaihtokal-25 voile esillä olevan keksinnön mukaisen huokoisen kerroksen kautta, käytetään vastaelektrdina elektrodia, jolla on sama koostumus ja sama muoto kuin mitä vastaelektrodina käytetään tavallisissa prosesseissa alkalikloridin tuottamiseksi.

Elektrodi tosiasiassa sijoitetaan ioninvaihtokalvol-30 ie edellä kuvatun huokoisen kerroksen kautta esimerkiksi päällystämällä kerroksen muodostavaa jauhetta ioninvaihto-kalvolle viirapainomenetelmällä tai senkaltaisella, kuuma-puristamalla päällyste muodostamaan huokoinen kerros ioninvaihtokalvon pinnalle ja työntämällä elektrodi huokoisen 35 kerroksen pintaa vasten.

72150

Esillä olevassa keksinnössä käytetään ioninvaihto-kalvona sellaisia, jotka kuuluvat polymeeriä sisältäviin kationinvaihtoryhmiin, kuten karboksyyliryhmä, sulfoni-happoryhmä, fosforihapporyhmä, fenolihydroksiryhmä jne.

5 Sellaisena polymeerinä ovat erityisen edullisia fluoria sisältävät polymeerit. Fluoria sisältävinä polymeereinä, joissa on ioninvaihtoryhmiä, käytetään sopivasti kopoly-meereja vinyylimonomeerin (esim. tetrafluorietyleeni, kloo-ritrifluorietyleeni tai senkaltaiset) perfluorivinyylimono-10 meerin, joka sisältää reaktiivisen ryhmän, joka pystytään muuttamaan ioninvaihtoryhmäksi kuten sulfonihappo, karboksyy-lihappo, fosforihappo tai senkaltaiset ja perfluorivinyyli-monomeerin välillä, joka sisältää ioninvaihtoryhmän, kuten sulfonihappo, karboksyylihappo tai fosforihappo.

15 Lisäksi voidaan käyttää sellaisia ioninvaihtokalvoja, jotka koostuvat trifluoristyreeni-kalvopolymeerista, johon on viety ioninvaihtoryhmiä, kuten sulfonihapporyhmä ja sellaisia, jotka on valmistettu viemällä sulfonihapporyhmiä styreeni-divinyylibenseenikopolymeeriin.

20 Näistä ovat erityisen edullisia polymeerit, jotka on valmistettu käyttämällä monomeereja, jotka pystyvät muodostamaan seuraavat polymerisaatioyksiköt (i) ja (ii), koska ne pystyvät aikaansaamaan hyvin puhdasta alkalihydr-oksidilipeää huomattavan suurella virtahyötysuhteella: 25 -(cf2-cxx')- -(CF2-C-X)-

Y

(i) (ii) 30 missä X edustaa fluoriatomia, klooriatomia, vetyatomia tai -CF3, X' on X tai CF3(CF2)m- (j°ssa m on 1_5) ja Y on valittu sellaisista, joiden kaavat ovat:

-P-A ja -O- (CF,)_- (P, Q, R)-A

2 m (missä P on -(CF2) -(CXX')(CF2)Q, Q on -(CF2~0-CXX')d~, 35 16 72150 R on - (CXX'-O-CF^ e~, (P, Q, R) edustavat sitä, että ainakin yksi P, yksi Q ja yksi R ovat samalla linjalla mielivaltaisessa järjestyksessä, X ja X’ ovat sama kuin edellä määriteltiin, n = 0...1, a, b, c, d ja e kukin 5 edustavat -COOH tai funktionaalista ryhmää, joka pystytään muuttamaan -COOH:ksi hydrolyysillä tai neutraloinnilla /esim. -CN, COF, COOR-^, COOM, CON^R^, jne. (missä R-^ edustaa alkyyliryhmää, joka sisältää 1...10 hiiliatomia, M edustaa alkalimetallia tai kvaternääristä ammonium-10 ryhmää, R2 ja R^ kumpikin edustavat vetyatomia tai alkyyli-ryhmää, joka sisältää 1...10 hiiliatomia)/.

Edullisia edellä kuvattuja esimerkkejä Y ovat esimerkiksi seuraavat, joissa A on sidottu fluoria sisältävään hiiliatomiin: 15

-fCF2*xA, -<XCF2*xA, -(0-CF2-CFtyA

Z

-f0-CFo-CFt -(0-CF„-CF> A

20 2 » x 2 , y Z Rf -0-CF_-(CF-0-CF,> -(CFo-0-CFt A 2 1 2x2 z

Z

25 missä x, y ja e kukin ovat 1-10, Z ja Rf kumpikin ovat -F tai perfluorialkyyliryhmä, joka sisältää 1-10 hiiliatomia ja A on sama kuin edellä määriteltiin.

Kun käytetään fluoria sisältävää kationinvaihtokal-voa, joka koostuu sellaisesta kopolymeerista ja jossa kal-vonsisäinen karboksyylihappotiheys on 0,5-2,0 meq kuivan hartsin grammaa kohden, voidaan saavuttaa niinkin korkea virtahyötysuhde kuin 90 % tai enemmän silloinkin, kun nat-riumhydroksidikonsentraatio tulee 40 % tai yli. Kalvonsi-säinen karboksyylihappotiheys 1,12-1,7 meq kuivan hartsin grammaa kohden on erityisen edullinen, koska sellainen 17 721 50 tiheys varmistaa natriumhydroksidin saannin niin suurena konsentraationa kuin edellä selitettiin ja suurella vir-tahyötysuhteella pitkän ajan. Edellä kuvatun ioninvaihto-kapasiteetin saavuttamiseksi kopolymeerit, jotka koostu-5 vat edellä kuvatuista polymerisointiyksiköistä (i) ja (ii) edullisesti sisältävät 1-40 mol-%, erityisen edullisesti 3-25 mol-% yksikköä (ii).

Edullisia ioninvaihtokalvoja käytettäväksi esillä olevassa keksinnössä muodostetaan ei-ristisidoksisella ko-10 polymeerillä, joka saadaan kopolymerisaatiolla edellä kuvatun fluoria sislltävän olefiinimonomeerin ja sellaisen polymeroitavan monomeerin välillä, jossa on karboksyyli-happoryhmä tai funktionaalinen ryhmä, joka pystytään muuttamaan karboksyylihapporyhmäksi. Kopolymeerin molekyyli-15 paino on edulliseti alueella noin 100 0000-2 000 000, erityisen edullisesti 150 000-1 000 000. Sellaista kopoly-meeria valmistettaessa käytetään yhtä tai useampaa monomee-ria kutakin monomeeriyksikköä kohden, optionaalisesti ko-polymeroidaan kolmas monomeeri kalvon modifioimiseksi.

20 Esimerkiksi yhdistetty käyttö CF2=CF0R^ (missä edustaa perfluorialkyyliryhmää, joka sisältää 1-10 hiiliatomia) voi antaa joustavuutta tuloksena olevalle kalvolle ja yhdistetty divinyylimonomeerin käyttö, kuten CF2CF=CF-CF2 tai CF2“CF0(CF2)^_2CF”CF2 voi ristisitoa kopolymeerin siten 25 antaen mekaanista lujuutta kalvolle.

Kopolymerisaatio fluoratun olefiinimonomeerin ja polymerisoitavan monomeerin välillä, jossa on karboksyyli-happoryhmä tai funktionaalinen ryhmä, joka pystytään muuttamaan karboksyylihapporyhmäksi ja tarvittaessa kolmannen 30 monomeerin välillä voidaan toteuttaa millä tahansa tavanomaisella, tunnetulla prosessilla. Tämä tarkoittaa, että kopolymerisaatio voidaan toteuttaa katalyyttisellä poly-merisaatiolla, termisellä polymerisaatiolla, säteilypoly-merisaatiolla jne. käyttäen, tarvittaessa, liuotinta, ku-35 ten halogenoitua hiilivetyä. Prosessit, joita käytetään 18 721 50 täten saadun kopolymeerin muodostamiseksi filmiksi ionin-vaihtokalvoa varten, eivät ole erityisesti rajoitetut ja tunnettuja prosesseja, kuten puristusvalantaa, telavalan-taa, pursotusvalantaa, liuosvalantaa, dispersiovalantaa, 5 jauhevalantaa jne. voidaan sopivalla tavalla käyttää.

Täten saadun kalvon paksuus säädetään sopivasti arvoon 20-500 yU, erityisen sopivasti 50-400 yU.

Kun kopolymeeri sisältää funktionaalisia ryhmiä, jotka pystytään muuttamaan karboksyylihapporyhmiksi eikä 10 sisällä karboksyylihapporyhmiä, muutetaan funktionaaliset ryhmät karboksyylihapporyhmiksi sopivalla käsittelyllä ennen tai jälkeen filminmuodostamisvaihetta, edullisesti filminmuodostamisvaiheen jälkeen. Esimerkiksi kun funktionaalisina ryhminä ovat -CN, -COF, -COOR^, -COOM tai 15 -CONR2R3 (missä M, R^, R2 ja R^ ovat samat kuin edellä aikaisemmin määritellyt), ne muutetaan karboksyylihapporyhmiksi hydrolyysillä tai neutraloinnilla käyttäen hapanta tai alkalista alkoholiliuosta ja kun funktionaaliset ryhmät ovat kaksoissidoksisia, ne saatetaan reagoimaan -COF2 2Q kanssa karboksyylihapporyhmiksi muuttamista varten.

Edelleen voidaan esillä olevassa keksinnössä käytettävä kationinvaihtokalvo tarvittaessa sekoittaa olefii-nipolymeerin, kuten polyetyleenin tai polypropyleeni, edullisesti fluoria sisältävän polymeerin, kuten polytet-25 rafluorietyleeni tai etyleeni-tetrafluori-etyleeni-kopoly-meerin kanssa ennen valantaa. On myös mahdollista lujittaa kalvoa käyttämällä tukena tekstiiliä (esim. kangasta, verkkoa jne.) non^-woven-kudosta, huokoista filmiä tai senkaltaista, jotka ovat näitä kopolymeereja taikka metallilankaa, 3° verkkoa tai huokoista kappaletta.

Elektrolyysin kohteena olevana alkalimetallikloridina käytetään yleensä natriumkloridia. Lisäksi kuuluu näihin alkalimetalliklorideihin kaliumkloridi, litiumkloridi jne.

Seuraavassa selitetään esillä olevaa keksintöä esi-35 merkkien avulla.

19 72150

Esimerkki 1 73 mg tinaoksidijauhetta, jonka hiukkaskoko oli 3 enintään 44 suspendoitiin 50 cm :een vettä ja siihen lisättiin polytetrafluorietyleeni (PTEE) suspensio (valmis-5 taja E. I. du Pont Nemours & Co Inc; tavaranimi Teflon 30 J), jossa PTEE määrä oli 7,3 mg. Sen jälkeen kun oli lisätty pisara ei-ionista pinta-aktiivista ainetta (Triton X-100; valmistaja Rhom & Haas Co.), seosta hämmennettiin ultra-ääniaaltohämmentimellä jää-jäähdytyksen alaisena, sitten 10 imusuodatettiin huokoiselle PTEE kalvolle, niin että saatiin ohut, huokoinen tinaoksidikerros.

Tämän ohuen kerroksen paksuus oli 30 ,u ja huokoi- 2' suus 75 % ja se sisälsi tinaoksidia 5 mg/cm .

Toiselta puolen muodostettiin samalla tavalla ohut 15 kerros, jonka paksuus oli enintään 44 yU ja huokoisuus 73 %. Sitten laminoitiin nämä kaksi ohutta kerrosta 250 yU paksuisen ioninvaihtokalvon asianomaisille sivuille. Ionin-vaihtokalvo koostui kopolymeerista tetrafluorietyleenin ja CF2=CFO(CF2)^COOCH^ välillä ja sen ioninvaihtokapasi-20 teetti oli 1,45 meq hartsin grammaa kohden, niin että huokoinen PTEE kalvo oli vastakkaisella puolella ioninvaihto- kalvoa ja siihen pantiin lämpötilassa 160°C vaikuttamaan 2 paine 60 kg/cm , niin että huokoiset ohuet kerrokset tulivat sidotuiksi ioninvaihtokalvoon. Tämän jälkeen poistettiin 25 huokoinen PTEE kalvo, niin että saatiin ioninvaihtokalvo, jossa asianomaisiin puoliin läheisesti sidottuna oli huokoiset kerrokset tinaoksidista ja nikkelioksidista.

Tämä ioninvaihtokalvo upotettiin 16 tunniksi 90°C, 25 painoprosenttiseen natriumhydroksidiliuokseen ioninvaih-30 tokalvon hydrolysoimiseksi.

Sitten valmistettiin anodi, joka koostui titaani-lankaverkosta, aukkokoko 6 x 13 mm, paksuus 1,5 mm, päällysteenä ruteenioksidi. Katodina käytettiin nikkelilankaverk-koa, aukkokoko 3x6 mm, paksuus 0,5 mm. Nämä elektrodit 35 sijoitettiin kuvioiden 3 ja 4 mukaisesti käyttäen seuraavaa 20 721 50 menettelyä. Johtavaksi tueksi sijoitettiin 4 mm paksuja nikkelilevyjä 10,3 mm välein, levyjen yläpäät hitsattiin kiinni edelle kuvattuun nikkelilankaverkkoon ja nikkeli-elektrodi löyhennettiin vähän tukivälin kaventamiseksi 5 10 mm:iin, kuten on esitetty kuviossa 2. Sitten johtava tuki työnnettiin kohti anodipuolta, kuten on esitetty kuviossa 3. Tämän jälkeen käytettiin tunnettuja kennokehyk-sen onttoja putkia tai senkaltaisia elektrolyysikennon ko-koonpanemiseen.

10 Elektrolyysi toteutettiin lämpötilassa 90°C pitämällä elektrolyysikennon anodikammiossa natriumkloridin vesiliuoksen konsentraatio 4 N:nä ja syöttämällä vettä katodikam-mioon katodi liuoksen natriumhydroksidikonsentraation pitämiseksi 35 painoprosenttina. Täten saatiin seuraavat tulokin set.

2

Virrantiheys (A/dm )_Kenno jännite (V) 10 2,70 20 2,90 30 3,11 20 40 3,28

Esimerkki 2

Konstruoitiin elektrolyysikenno samalla tavoin kuin esimerkissä 1 paitsi että käytettiin 0,5 mm paksua 15 mm amplitudilla ja 70 jaolla aallotettua nikkelilevyä johta-25 vana tukena ja hitsattiin tämän levyn harjaosat nikkelilan-kaverkkokatodiin ja elektrolyysi toteutettiin samalla tavoin kuin esimerkissä 1, jolloin saatiin seuraavat tulokset: 2

Virrantiheys (A/dm )_Kennoiännite (V) 10 2,73 30 20 2,94 30 3,15 40 3,31

Esimerkki 3

Elektrolyysi toteutettiin samalla tavoin kuin esi-35 merkissä 1, paitsi että nikkelilankaverkkokatodi hitsattiin 21 7215 0 johtavaan tukeen, jona oli 20 mesh nikkeliverkkoelin, yh- 2 teen kohtaan jokaista 2 cm kohden. Saadut tulokset on annettu seuraavassa taulukossa: 2

Virrantiheys (A/dm )_Kennojännite (V) 5 10 2,68 20 2,89 30 3,09 40 3,26

Esimerkki 4 10 Käytettiin samaa aallotettua nikkelilevyä kuin esi merkissä 2 ja samaa nikkeliverkkoeiintä kuin esimerkissä 3 laminoituna ja hitsattuna järjestyksessä aallotettu nikkelilevy/aallotettu nikkelilevy/nikkeliverkkoelin johtavan yhdistetyn rakenteen saamiseksi. Sitten tämän yhdis- 15 tetyn johtavan kerroksen nikkeliverkkosivu hitsattiin nik- 2 kelimetalliverkkokatodiin yhdestä kohdasta jokaista 2 cm kohden. Muut toimenpiteet olivat samat kuin esimerkissä 1 elektrolyysikennon kokoonpanemiseksi ja elektrolyysi toteutettiin samalla tavoin kuin esimerkissä 1. Saadut tulokset 20 on annettu seuraavassa taulukossa: 2

Virrantiheys (A/dm )_Kennojännite (V) 10 2,69 20 2,90 30 3,12 25 40 3,27

Esimerkki 5

Anodina käytettiin titaanilankaverkkoa, 3 x 6 mm aukkokoko, päällystettynä ruteenioksidilla ja katodina käytettiin nikkelilankaverkkoa, aukkokoko 3x6 mm. 4 mm pak- 30. suiset titaanilevyt hitsattiin tukena anodiin 10 cm välein ja 4 mm paksuiset nikkelilevyt hitsattiin katodiin 10 cm välein. Tukilevyt sijoitettiin siten, että ne olivat järjestetyt vuorottaisesti laminoiden huokoinen, kerrossidon-nainen kationinvaihtokalvo, joka oli valmistettu samalla 35 tavoin kuin esimerkissä 1, kahden elektrodin väliin ja 22 7 2 1 50 elektrodeja työnnettiin kohti kationinvaihtokalvoa. Muut toimenpiteet elektrolyysikennon kokoonpanemiseksi suoritettiin kuten esimerkissä 1 ja elektrolyysi toteutettiin samalla tavoin kuin esimerkissä 1. Täten saadut tulokset 5 on annettu seuraavassa taulukossa.

2

Virrantiheys (A/dm )_Kennojännite (V) 10 2,68 20 2,88 30 3,08 10 4Q 3,28

Esimerkki 6 73 mg tinaoksidijauhetta, jonka hiukkaskoko oli enintään 44 u, suspendoitiin 50 cm3reen vettä ja siihen lisättiin polytetrafluorietyleeni (PTFE) suspensiota (valmis-15 taja E. I. du Pont de Nemours & Co. Inc; tavaranimi Teflon 30 J) PTFE määrän ollessa 7,3 mg. Sen jälkeen kun oli lisätty pisara ei-ionista pinta-aktiivista ainetta (Triton X-100; valmistaja Rhom & Haas Co), seosta hämmennettiin ultraääniaaltohämmentimellä jää-jäähdytyksen alaisena, sit-20 ten imusuodatettiin huokoiselle PTFE kalvolle, niin että saatiin huokoinen, ohut tinaoksidikerros.

Tämän ohuen kerroksen paksuus oli 30 ^u,huokoisuus 75 % ja se sisälsi tinaoksidia 5 mg/cm^.

Toiselta puolen muodostettiin samalla tavoin ohut 25 kerros, jonka paksuus oli enintään 44 ^u ja huokoisuus 73 %. Sitten nämä kaksi kerrosta laminoitiin asianomaisille puolille 250 ^u paksuista ioninvaihtokalvoa, joka koostui kopo-lymeerista tetrafluorietyleenin ja CF2=CFO(CF2)^COOH^ välillä ja jonka ioninvaihtokapasiteetti oli 1,45 meq hartsin 30 grammaa kohden, niin että huokoinen PTFE kalvo oli ionin-vaihtokalvon vastakkaisella puolella ja siihen annettiin lämpötilassa 160°C vaikuttaa paine 6Q kg/cm3 huokoisen ohuen kerroksen sitomiseksi ioninvaihtokalvoon. Senjälkeen poistettiin huokoinen PTFE kalvo, niin että saatiin ionin-35 vaihtokalvo, jonka asianomaisille puolille oli tiiviisti 23 7215 0 sidotti huokoiset kerrokset tinaoksidista ja nikkeli-oksidista.

Tämä ioninvaihtokalvo upotettiin lämpötilassa 9Q°C 25 painoprosenttiseen natriumhydroksidin vesiliuok-5 seen 16 tunniksi ioninvaihtokalvon hydrolysoimiseksi.

Sitten valmistettiin anodi, joka koostui titaani-lankaverkosta, aukkokoko 6 x 13 mm ja paksuus 1,5 mm, jolle oli päällystetty ruteenioksidia. Katodina käytettiin nikkelilankaverkkoa, aukkokoko 3x6 mm, paksuus 5 mm, 10 johon hitsaamalla kiinnitettiin nikkelistä tehdyt levyjou-set, paksuus 0,3 mm ja kaarevuussäde 7 mm, kiinnitysvälit 7 mm. Elektrolyysikenno konstruoitiin kiinnittämällä anodi ja katodi tunnettuun kennorunkoon, joka oli valmistettu ontoista putkista tai senkaltaisista, niin että elektrodit 15 ja huokoinen, kerrossidonnainen kationinvaihtokalvo sijoitettiin siten, kuin on esitetty kuviossa 2, työntämään katodia kohti anodia.

Elektrolyysi toteutettiin lämpötilassa 90°C pitämällä natriumkloridin vesiliuoksen konsentraatio elektro-20 lyysikennon anodikammiossa 4 N:nä ja syöttämällä vettä ka-todikammioon pitämään natriumhydroksidin konsentraatio katodiliuoksessa 35 painoprosenttina. Täten saatiin seu-raavat tulokset.

2

Virrantiheys (A/dm )_Kennojännite (V) 25 10 2,70 20 2,90 30 3,11 40 3,28

Esimerkki 7 30 Titaaniset lehtijouset, paksuus Q,15 mm ja kaare vuussäde 7 mm, hitsattiin 7 mm välein kiinni anodiin, joka koostui titaanilankaverkosta, aukkokoko 3x6 mm, jolle oli päällystetty ruteenioksidia. Tämä anodi ja esimerkin 1 mukainen katodi sijoitettiin siten, että elektrodien 35 lehtijousien keskukset olivat vuorottaisessa järjestyk- 24 7 2 1 50 sessä (ei kohdakkain). Nämä elektrodit ja huokoinen, ker- rossidonnainen kationinvaihtokalvo, joka oli valmistettu samaan tapaan kuin esimerkissä 6, sijoitettiin siten kuin on esitetty kuviossa 3. Sen jälkeen meneteltiin samalla 5 tavoin kuin esimerkissä 6 elektrolyysikennon kokoamiseksi.

Elektrolyysi toteutettiin samalla tavoin kuin esimerkissä 6 ja saatiin seuraavat tulokset.

2

Virrantiheys (A/dm )_Kennojännite (V) 10 2,68 10 20 2,88 30 3,09 40. 3,27

Claims (10)

25 721 50

1. Alkalimetallikloridin elektrolyysikenno, johon kuuluu kationinvaihtokalvo (1) sijoitettuna anodin (2) ja 5 katodin (3) väliin, tunnettu siitä, että kationin-vaihtokalvon (1) ainakin yhdellä sivulla on kaasua ja nestettä läpäisevä, huokoinen kerros (12, 13), jolla ei ole mitään elektrodiaktiviteettia, ja ainakin toinen anodista (2) tai katodista (3) on huokoinen, joustava elektrodi, 10 jolla on suurempi jäykkyys kuin kationinvaihtokalvolla ja joustava elektrodi on suunniteltu voimalla deformoitavaksi, niin että kationinvaihtokalvo tulee läheiseen kosketukseen kummankin elektrodin pinnan kanssa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen alkalimetalliklori-15 din elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että huokoinen, joustava elektrodi (2, 3) on sähköisessä kosketuksessa johtavaan tukeen (4;5;6;7;41,42;8;9;9';91,92).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen alkalimetallikloridin elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että johta- 20 vana tukena on johtava ripaelin (4).

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen alkalimetallikloridin elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että johtavana tukena on johtava aallotettu elin (5).

5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen alkalimetalliklori-25 din elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että johtavana tukena on johtava verkkoelin (6).

6. Patenttivaatimuksen 2 mukainen alkalimetallikloridin elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että johtavana tukena on johtava, yhdistetty rakenne (7), johon kuu- 30 luu johtava aallotettu elin (5) ja johtava verkkoelin (6) laminoituna päällekkäin.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen alkalimetallikloridin elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että anodi (2) ja katodi (3) ovat joustavia ja että anodia ja katodia 35 tukevat johtavat tuet (41,42;8;91,92) ovat sijoitetut vuo-rottaiseen eikä vastakkaiseen järjestelmään. 26 7 2 1 50

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen alkalimetalliklori-din elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että johtavana tukena on johtava kimmoisa tuki (9;9 *;91,92).

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen alkalimetalliklori-5 din elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että johtavaan, kimmoisaan tukeen (9) kuuluu jousielin, kuten kierukka jousi, lehtijuosi tai senkaltainen.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen alkalimetalliklori-din elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että kaasua 10 ja nestettä läpäisevän huokoisen kerroksen (12,13) paksuus on pienempi kuin kationinvaihtokalvon (1) paksuus. 721 50