FI87936C - Produktion av klordioxid i en elektrolytisk cell - Google Patents

Description

5 87936

Klooridioksidin valmistus elektrolyyttikennossa Produktion av klordioxid i en elektrolytisk cell

Oheinen keksintö kohdistuu klooridioksidin valmistukseen olennaisesti puhtaassa muodossa, eli olennaisesti kloorivapaana.

Klooridioksidia käytetään laajasti valkaisevana kemikaalina ja alalla 10 on tunnettua valmistaa sitä pelkistämällä natriumkloraattia happamassa vesipitoisessa reaktioväliaineessa. Reaktio, jossa muodostuu klooridioksidia, voidaan esittää seuraavalla yhtälöllä:

C103' + Cl" + 2H+ -> C102‘ + 1/2C12 + HzO

15 Täten yleensä klooria syntyy klooridioksidin ohella.

Alalla tunnetaan menetelmiä, joissa tällä tavalla syntyvä kloori pelkistetään kemiallisesti esimerkiksi rikkidioksidia tai metanolia käyt-20 täen, jolloin syntyy kloridi-ioneja reaktiota varten in situ. Näissä menetelmissä rikkihappoa käytetään happolähteenä, jolloin sivutuotteena saadaan natriumsulfaattia.

Alalla ollaan lisäksi ehdotettu elektrolyyttisten menetelmien käyttöä 25 klooridioksidin valmistamiseksi. Tähän liittyen voidaan mainita US-patenttijulkaisut 3 904 495, 3 904 496, 3 920 801, 4 308 117, --- 4 324 635 ja 4 456 510.

Viimeksi mainittua patenttijulkaisua lukuunottamatta kaikissa tapauk-30 sissa klooridioksidia tuotetaan kloorin ohella kloraattien vesiliuok-sesta monitilaisen kennon anoditilassa. US-patenttijulkaisussa 4 456 510 natriumkloriitin vesiliuosta käsitellään elektrolyyttisesti klooridioksidin tuottamiseksi.

35 Oheisen keksinnön mukaisesti aikaan saadaan elektrolyyttinen mene-telmä klooridioksidin tuottamiseksi, joka menetelmä toteutetaan .··. kationinvaihtokalvolla jaetun kennon katoditilassa, ja jossa mene- 2 87936 1 telmässä samalla muodostuva kloori pelkistetään elektrolyyttisesti katoditilassa, johon on sijoitettu pinta-alaltaan suuri, kolmiulotteisen sähköä johtavan pinnan käsittävä katodi. Kloraatti-ionit, jotka ovat tavallisesti natriumkloraatin vesiliuoksena, syötetään 5 katoditilaan, jossa on läsnä vetyioneja ja kloridi-ioneja. Kloraatti-ionit pelkistyvät vetyioneilla ja kloridi-ioneilla katoditilassa, jolloin syntyy klooridioksidia, joka johdetaan pois katoditilasta, kun taas sähkövirtaa käytetään samalla muodostuneen kloorin pelkistämiseksi kloridi-ioneiksi. Vetyioneja muodostetaan elektrolyyttisesti 10 anoditilassa ja ne siirretään anoditilasta katoditilaan. Tällä tavalla erittäin puhdasta klooridioksidia saadaan syntymään elektrolyyttisesti kloraattisyötöstä.

Klooridioksidia syntyy kemiallisesti katoditilassa seuraavan reaktio-15 yhtälön mukaisesti:

NaC103 + 2H+ + 2C1' - Cl02 + l/2Cl2 + NaCl + H20

Kloori, jota syntyy tämän yhtälön mukaisesti klooridioksidin ohella 20 katoditilassa, pelkistetään elektrolyyttisesti kloridi-ioneiksi, jolloin tuotteena oleva klooridioksidi poistuu katoditilasta olennaisesti kloorivapaana.

Vettä syötetään kennon anolyyttitilaan sen jälkeen, kun siihen on 25 ensin laitettu happihappo. Kennossa toteutettu elektrolyysi tuottaa :V: happikaasua, joka johdetaan ulos anoditilasta, ja vetyioneja, jotka kulkevat kationinvaihtokalvon läpi anoditilaan vetyionien saamiseksi siihen klooridioksidia tuottavaa kemiallista reaktiota varten. Kloorin, joka pelkistetään sähkökemiallisesti katoditilassa Cl"-ioniksi, 30 kutakin gramma-atomia kohden yksi mooli H+-ioneja siirtyy katoditilaan ‘ saaden aikaan 1 moolin vetyionien ja kloridi-ionien niistä kahdesta moolista, jotka tarvitaan klooridioksidia tuottavan reaktion jatkuvaan etenemiseen. Näin ollen katoditilaan on syötettävä 1 mooli natrium-kloraattia, 1 mooli vetyioneja ja 1 mooli kloridi-ioneja, jotta 35 klooridioksidin tuotanto saataisiin ylläpidetyksi jatkuvana proses-sinä.

3 87936 1 Vaihtoehtoisesti 0,5 moolia klooria voidaan syöttää katoditilaan natriumkloraatin yhden moolin ohella. Tässä tapauksessa kaksi moolia H+-ioneja siirtyy anoditilasta katoditilaan reaktion vetyionitarpeen tyydyttämiseksi, kun taas katoditilaan syötetty 0,5 moolia klooria 5 ja katoditilassa samanaikaisesti syntynyt 0,5 moolia klooria pelkistetään sähkökemianisesti siten, että saadaan kaksi moolia kloridi-ionej a.

Keksintöä havainnollistetaan edelleen liitteenä olevien piirustusten 10 avulla, joissa:

Kuvio 1 esittää kaavamaisesti elektrolyyttikennoa klooridioksidin tuottamiseksi keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti; 15 Kuvio 2 esittää kaavamaisesti klooridioksidin tuottamista varten tarkoitetun elektrolyyttikennon yhdistämistä natriumkloriitin tuottamista varten tarkoitettuun elektrolyyttikennoon keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaisesti; ja 20 Kuvio 3 esittää kaavamaisesti klooridioksidin tuottamista varten tarkoitetun elektrolyyttikennon yhdistämistä natriumhydroksidin Ja kloorin tuottamista varten tarkoitettuun elektrolyyttikennoon.

: Seuraavassa tarkastellaan kuviota 1, jossa nähdään elektrolyytti- 25 kenno 10 klooridioksidin tuottamiseksi keksinnön erään suoritus-:V: muodon mukaisesti. Natriumkloraatin vesiliuosta syötetään linjaa 12 pitkin kennon 10 katoditilaan 14, jossa on kolmiulotteinen elektrodi. Katoditilaan 14 syötetään myös happoa, edullisesti kloorivetyhappoa, linjaa 16 pitkin.

30

Linjaa 12 pitkin syötetyn natriumkloraatin vesiliuoksen pitoisuus on riittävä saamaan aikaan, sen virtausnopeus huomioon ottaen, katodi-" tilassa 14 natriumkloraatin suhteellisen suuren pitoisuuden, joka on yleensä suurempi kuin noin 5 molaarinen, edullisesti noin 5-6,5 35 molaarinen. Natriumkloraatin syöttöliuoksen pitoisuus on tavallisesti noin 3-7 molaarinen.

4 87936 1 Kennossa 10 on katlonlnvaihtokalvo 18, joka erottaa katoditllan 14 anoditilasta 20. Sen jälkeen, kun anodltilaan 20 on ensin laitettu happihappoa, tavallisesti rikkihappoa, siihen syötetään vettä linjaa 22 pitkin ja anolyytin elektrolyysissä syntyneet vetyionit siirtyvät 5 kationinvaihtokalvon 18 läpi katoditilaan 14. Anolyyttinä toimivaa rikkihappoliuosta kierrätetään linjaa 23 pitkin.

Sen seurauksena, että vetyioneja siirtyy kationinvaihtokalvon 18 läpi ja kloorivetyhappoa syötetään linjaa 16 pitkin, hapon kokonais· JO normaalisuus vakiintuu katoditilassa 18 vähintään noin arvoon 0,01 normaalinen, edullisesti vähintään noin 0,05 normaalinen.

Happi, jota syntyy samanaikaisesti elektrolyysivaiheen aikana anodi-tilassa, johdetaan linjaa 24 pitkin pois anoditilasta 20.

15

Kuten jäljempänä esitetään, linjaa 12 pitkin syötetty natriurakloraatti reagoi kemiallisesti katoditilassa 14 linjaa 16 pitkin syötettyjen vetyionien ja kloridi-ionien, elektrolyyttisesti tuotettujen, kationinvaihtokalvon läpi siirtyneiden vetyionien ja katoditilassa 14 20 elektrolyyttisesti tuotettujen kloridi-ionien kanssa, jolloin syntyy klooridioksidia ja klooria seuraavan yhtälön mukaisesti:

NaC103 + 2H+ + 2C1‘ -* C102 + 1/2C12 + NaCl + H20 25 Puolet tarvittavista vetyioneista saadaan linjaa 16 syötetystä haposta, ja loput tarvittavista vetyioneista saadaan anoditilasta 20 siirtyneinä vetyioneina.

Samanaikaisesti syntyvä kloori pelkistyy katoditilassa 14 vallitse-30 vissa sähkökemiallisissa olosuhteissa selektiivisesti siinä läsnäolevaan klooridioksidiin nähden. Täten syntyvät kloridi-ionit saavat aikaan puolet kloridi-ioneista kloraatin kemiallista pelkistämistä varten, ja loput tarvittavista kloridi-ioneista saadaan linjaa 16 pitkin syötetystä kloorivetyhaposta tai jostakin muusta tarkoituksen-35 mukaisesta ulkopuolisesta kloridi-ionien lähteestä, kuten natrium-kloridista.

5 87936 1 Katoditilassa vallitsevista elektrolyyttisistä olosuhteista riippuen kloridi-ioneja voidaan tuottaa suoraan oheistuotteena muodostuneesta kloorista pelkistämällä sähkökemiallisesti seuraavan yhtälön mukaisesti : 5 1/2C12 + e -► Cl* tai epäsuorasti pelkistämällä kemiallisesti kloraatti-ionilla, joka on tuotettu elektrolyyttisesti klooridioksidista seuraavien yhtälöiden -|q mukaisesti: C102 + e + C102 4— 1/2C12 + C102’ - C102 + Cl" 15 Tässä viimeksi esitetyssä menettelytavassa kloriitti-ionien muodostumista säädetään siten, että vältetään kloriitin elektrolyyttinen pelkistyminen edelleen, jolloin syntyisi tehottomasti klooria.

20 Klooripitoisuutta linjaa 26 pitkin poistuvassa tuotekaasuvirrassa • voidaan seurata ja kennoon johdettua virtaa käytetään klooripitoi- . " suuden säätämiseen.

Sen seurauksena, että natriumkloraattia syötetään linjaa 12 pitkin, 25 kloridi-ioneja syötetään linjaa 16 pitkin ja kloridi-ioneja syntyy sähkökemiallisesti, kloraatti- ja kloridi-ionien välinen suhde katoditilassa 14 vakiintuu yleensä vähintään noin arvoon 1:1, edullisesti noin alueella 2:1-4:1.

30 Katodiin aiheutettu elektrodipotentiaali on positiivisempi kuin ! . -1 volttia kylläiseen kalomelielektrodiin (SCE) verrattuna, katodiin johtavasta virransyöttäjästä määritettynä, ja negatiivisempi kuin avoimen piirin potentiaali vallitsevissa olosuhteissa, edullisesti : noin -0,2 volttia.

35 . . Katodin elektrodipotentiaalilla tarkoitetaan virransyöttäjästä mitat- • * tua liuospotentiaalia, analogisesti litteästä levystä muodostuvan 6 87936 1 elektrodin kanssa. Kolmiulotteiseen elektrodiin, jollaista käytetään ohessa, liittyy luontaisesti potentiaalin jakautumista rakenteessa, ja varsinainen potentiaali riippuu määrityskohdasta ja voi olla negatiivisempi kuin -1 volttia SCE-elektrodiin nähden.

5

Katoditilaa IA pidetään edullisesti korotetussa lämpötilassa klooridioksidin muodostumisnopeuden parantamiseksi. Tavallisesti käytetään suurempaa kuin noin 50 eC:n lämpötilaa, edullisesti noin 60-70 eC:n lämpötilaa.

10

Vaihtoehtoisesti klooria voidaan syöttää katoditilaan 14 linjaa 16 pitkin syötettyjen vetyionien ja kloridi-ionien sijasta sen selektiiviseksi pelkistämiseksi kloridi-ioneiksi oheistuotteena muodostuneen kloorin selektiivisen pelkistämisen ohella. Tässä tapauksessa ano-15 lyyttisyöttöä suurennetaan siten, että kalvon 18 läpi siirtyy kaksi kertaa enemmän vetyioneja, jotka tällöin tyydyttävät katoditilan 14 vetyionien tarpeen.

Kemiallisessa reaktiossa muodostunut, olennaisesti kloorivapaa kloo-20 ridioksidi poistetaan katoditilasta 14 tuotekaasuvirtana linjaa 26 pitkin. Tätä klooridioksidivirtaa voidaan käyttä edelleen esimerkiksi tavalla, joka kuvataan alla olevan kuvion 2 mukaisen suoritusmuodon ----- yhteydessä.

25 Klooridioksidin kemiallisessa reaktiossa sivutuotteena muodostunut natriumkloridi poistetaan katoditilasta vesiliuoksena linjaa 28 pitkin. Tämä natriumkloridin vesiliuos voidaan johtaa kloraatti-kennoon sen muuttamiseksi elektrolyyttisesti natriumkloraatin vesi-liuokseksi ja kierrättämiseksi edelleen takaisin katoditilaan 14 30 vähintään natriumkloraatin osan aikaansaamiseksi linjassa 12.

.· Katoditilassa 14 käytetty katodi on pinta-alaltaan suuri elektrodi, jossa on kolmiulotteinen, elektrolyyttiä koskettava pinta, joka tekee mahdolliseksi reaktanttien välisen pitkän kosketusajan.

Katodin yhteydessä käytetyllä käsitteellä "suuri pinta-ala" viitataan elektrodiin, jonka tapauksessa elektrolyytti koskettaa elek- ’ : 35 7 87936 1 trodin suurta pinta-alaa elektrodin fysikaalisiin ulottuvuuksiin verrattuna. Elektrodissa on välitiloja, joiden läpi elektrolyytti virtaa, ja näin ollen elektrolyytin kanssa kosketuksessa oleva pinta on kolmiulotteinen.

5 Tämä pinta-alaltaan suuri katodi voi olla niinkutsuttua "läpivirtaus tyyppiä", jolloin elektrodi on muodostettu sähköä johtavasta huokoisesta materiaalista, esimerkiksi sähköä johtavan kankaan kerroksista, ja jolloin elektrolyytti virtaa tämän huokoisen rakenteen jO läpi yleensä yhdensuuntaisesti virran kulkusuunnan kanssa elektrolyysin aikana, ja näin ollen elektrolyytti voi koskettaa elektrodiverkon suurta pinta-alaa.

Tämä pinta-alaltaan suuri katodi voi myös olla niinkutsuttua 15 "ohivirtaustyyppiä", jolloin elektrodi käsittää erillisistä sähköä johtavista hiukkasista muodostetun pakkautuneen petin ja elektrolyytti virtaa tämän pakkautuneen petin läpi yleensä virran kulkusuuntaa vastaan kohtisuorassa suunnassa elektrolyysin aikana, ja jolloin se voi koskettaa pakkautuneessa petissä olevien sähköä joh-20 tavien hiukkasten suurta pinta-alaa.

Elektrodi on voitu valmistaa materiaaleista, joilla on reaktioon CI2 -* Cl* nähden pieni ylijännite tai edullisesti suuri ylijännite, erityisesti grafiitista. Kuten sähkökemiaa tuntevat henkilöt hyvin - 25 tietävät, elektrodin ylijännite sähkökemialliseen reaktioon CI2/CI' nähden tarkoittaa kohtuullisella nopeudella etenevän sähkökemiallisen reaktion ylläpitämiseksi elektrodiin aiheutetun potentiaalin suhdetta tasapainopotentiaaliin. Mikäli elektrodipotentiaali on lähellä tasa-painopotentiaalia, niin tällöin elektrodin ylipotentiaali katsotaan 30 "pieneksi", kun taas siinä tapauksessa, että huomattavasti negatiivisempi potentiaali on välttämätön merkittävän pelkistymisnopeuden / saavuttamiseksi, elektrodin ylipotentiaali katsotaan "suureksi".

Tällaisten elektrodien, joiden ylipotentiaali on pieni, valmistus-35 materiaalit ovat tunnettuja ja niitä käytetään niinkutsutuissa "ulottuvuuksiltaan pysyvissä elektrodeissa". Tällaiset elektrodit käsittävät yleensä substraatin, joka on titaania, zirkoniumia, tantaalia β 87936 1 tai hafniumia, ja joka on pinnnoitettu sähköä johtavalla materiaalilla, joka voi olla jalometallia kuten platinaa; jalometallin lejeerin-kiä kuten platina-iridium-lejeerinkiä; metallioksidia kuten rutenium-oksidia tai titaanidioksidia; platinaattia kuten litiumplatinaattia 5 tai kalsiumplatinaattia; tai yhden tai useamman tällaisen materiaalin seos. Mitä tahansa näistä materiaaleista voidaan käyttää katodin, jonka ylipotentiaali on pieni, rakennusmateriaalina.

Kennolla 10, jossa klooridioksidia tuotetaan elektrolyyttisesti 10 oheisen keksinnön mukaisesti, voi olla mikä tahansa tarkoituksenmukainen rakenne. Tämä kenno on tavallisesti jaettu anolyyttitilaan ja katolyyttitilaan 14 ioninvaihtokalvolla 18, joka on tavallisesti kationinvaihtokalvo, joka edistää vetyionien siirtymistä ja estää anodilla syntyneiden kaasujen, tavallisesti hapen, ja klooridioksidin 15 välistä vuorovaikutusta sekä sähköistä pelkistymistä katodilla.

Kennon anodi on voitu valmistaa mistä tahansa toivotusta, sähköä johtavasta materiaalista, esimerkiksi grafiitista tai metallista.

Seuraavassa tarkastellaan kuviota 2, joka esittää kuvion 1 mukaisen 20 klooridioksidituottajan 10 yhdistämistä kloraattikennoon 30 ja klo- riittia tuottavaan kennoon 32, kuten seuraavassa yksityiskohtaisemmin esitetään. Tässä suoritusmuodossa sivutuotteena saatu natriumkloridi johdetaan linjaa 28 pitkin kloraattikennoon 30, jossa natriumkloridi elektrolysoidaan natriumkloraatiksi, joka kierrätetään puolestaan 25 linjaa 12 pitkin klooridioksidituottajaan 10. Kloraattikennossa 30 toteutetun elektrolyysin sivutuotteena saatu vety poistetaan linjan 34 pitkin.

Tuottajassa 10 muodostunut klooridioksidi johdetaan linjaa 26 pitkin 30 kloriittia tuottavan kennon 32 katoditilaan 36. Natriumkloridia syötetään linjaa 38 pitkin kloriittia tuottavan kennon 32 anoditilaan 40. Anodinen elektrolyysi tuottaa klooria kun taas natriumionit kulkevat kationinvaihtokalvon 42 läpi, joka kalvo erottaa anoditilan 40 katoditilasta 36. Katoditilassa linjaa 26 pitkin johdettu kloori-35 dioksidi muodostaa klorlitti-ioneja, minkä seurauksena katoditilasta 36 poistetaan natriumkloriittiliuosta linjaa 44 pitkin.

9 87936 1 Anoditilasta 40 poistuvaa ehtynyttä natriumkloridiliuosta kierrätetään linjaa 46 pitkin. Anoditilassa 40 muodostunut kloori johdetaan linjaa 48 pitkin klooridioksidituottajan 10 katoditilaan 14. Kuvioon 1 verrattuna kaikki vetyionit ja kloridi-ionit, joita tarvitaan kloori-5 dioksidin tuottamiseen katodilla, tuotetaan in situ tilassa 14 linjaa 48 pitkin syötetystä kloorista ja siirtyneistä vetyioneista. Tämä tulos saavutetaan suurentamalla kennoon johdettua virtaa 1 Faraday:sta 2 Faraday:hin tuotetun klooridioksidin yhtä moolia kohden.

10

Klooridioksidituottajan 10 ja kloriittikennon 32 välistä kokonais-reaktiota varten ei tarvitse (teoreettisesti) lisätä vetyioneja eikä kloridi-ioneja, koska kaikki klooridioksidituottajan tarvitsemat vetyionit ja/tai kloridi-ionit saadaan aikaan itse järjestelmässä, 15 eikä siinä tarvitse käsitellä poistuvaa klooria. Yhdistämällä tämä järjestelmä edelleen kloraattikennoon saadaan aikaan järjestelmä, johon on syötettävä vain natriumkloridia ja tehoa, ja josta poistuu vain natriumkloriittia, vetyä ja happea.

20 Kuvion 2 mukaisen menettelytavan muunnoksessa natriumkloridia johdetaan klorittia tuottavan kennon 32 anolyyttitilasta 40 kloraattiken-: noon 30. Tämän lisäksi poistuvassa vetykaasuvirrassa 34 mahdollistesti T": läsnäoleva hypokloorihappo voidaan tiivistää ja kierrättää takaisin klooridioksidituottajan 10 katoditilaan.

25

Kuvio 3 esittää klooridioksidituottajan 10 yhdistämistä lipeä-kloori-kennoon 50. Tässä tapauksessa sivutuotteena saatu natriumkloridi sekä reagoimatta jäänyt natriumkloraatti johdetaan linjaa 28 pitkin lipeä-kloori-kennon 50 anoditilaan 52. Elektrolyyttiä johdetaan 30 linjaa 54 pitkin lipeä-kloori-kennon 50 katoditilaan 56, joka on erotettu anoditilasta 52 kationinvaihtokalvolla 58.

Anoditilassa 52 syntynyt kloori johdetaan reagoimatta jääneessä natriumkloraatissa olevana vesiliuoksena linjaa 60 pitkin kloorl-- - 35 dioksidituottajan katoditilaan. Natriumhydroksidia otetaan talteen tuotteena katoditilasta 50 linjaa 62 pitkin ja sivutuotteena saatu vetykaasu poistetaan linjaa 64 pitkin.

ίο 87936 1 Kokonaisreaktio kuvion 3 mukaisen suoritusmuodon tapauksessa voidaan esittää yhtälöllä: H20 + NaCl03 + 2e -*· C102 + NaOH + l/202 + 1/2H2.

5

Vaadittavat syötöt ovat natriumkloraatti ja teho kloorldloksidin, natriumhydroksidin, hapen ja vedyn tuottamiseksi. Natrlumhydroksidia voidaan käyttää muualla laitoksessa ja sivutuotteina syntyneet kaasut voidaan johtaa ilmakehään.

10

Keksintöä havainnollistetaan seuraavalla esimerkillä:

Koekenno muodostettiin kuvion 1 mukaisesti. Kenno oli tavallinen MP-kenno yhtiöstä Electrocell AB, jota oli muokattu siten, että siinä 15 voitiin käyttää kolmiulotteista elektrodia, joka kolmiulotteinen elektrodi oli muodostettu sijoittamalla grafiittihuopaa (Union Carbide Corporation) katoditilaan. Kenno jaettiin anoditilaan ja katoditilaan kationinvaihtokalvolla (NAFION 120). Kalvon pinta-ala oli 1 dm^, kun taas katodin pinta-alaksi arvioitiin noin 100-100 kertaa kalvon 20 pinta-ala. Anodina käytettiin happea kehittävää, ulottuvuuksiltaan ' : pysyvää elektrodia.

Katoditilaan syötettiin 8,626 moolia natriumkloraattia, 2,356 moolia natriumkloridia ja 1,536 moolia kloorivetyä HC1. Käytetty anolyytti -·- 25 oli 6N H2S04· Katodiin aiheutettiin 70 eC:n lämpötilassa 4 tunniksi noin -0,7 voltin elektrodipotentiaali SCE-elektrodiin verrattuna, virran tiheyden ollessa 1,97 kA/m^. Katodikammion poiste sisälsi 7,659 moolia yhdistettä NaC103 ja 3,548 moolia yhdistettä NaCl. Poistuvat kaasut analysoitiin ja ne sisälsivät 0,626 moolia kloori-30 dioksidia C102 ja 0,068 moolia klooria Cl2.

Klooridioksidin puhtaus oli 90,2 %, ja sitä tuotettiin 82,2 %:n V kemiallisella hyötysuhtella.

35 Tämän julkaisun yhteenvetona voidaan esittää, että keksinnössä saadaan aikaan uusi elektrolyyttimenetelmä klooridioksidin tuottamiseksi olennaisesti puhtaassa muodossa. Muunnokset ovat mahdollisia keksinnön puitteissa.

Claims (12)

11 87936

1. Elektrolyyttinen menetelmä klooridioksldin tuottamiseksi, tunnettu siitä, että sen käsittämissä vaiheissa (a) saadaan 5 aikaan elektrolyyttinen kenno (10), johon kuuluvassa katoditilassa (14) on kolmiulottinen, pinta-alaltaan suuri katodi, ja johon kuuluva anodi-tila on erotettu katoditilasta kationinvaihtokalvolla (18); (b) katodi-tilaan (14) syötetään kloraatti-ioneja ja katoditilassa (14) saadaan aikaan vetyioneja ja kloridi-ioneja; (c) kloraatti-ionit pelkistetään 10 katoditilassa (14) vetyioneilla ja kloridi-ioneilla klooridioksldin muodostamiseksi samalla kun sähkövirtaa johdetaan katoditilaan (14) klooridioksldin ohella muodostuneen kloorin pelkistämiseksi kloridi-ioneiksi; (d) täten muodostunut klooridioksidi poistetaan katoditilasta (14); ja (e) anoditilassa muodostetaan elektrolyyttisesti vetyioneja, 15 jotka siirtyvät ioninvaihtokalvon läpi anoditilasta katoditilaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vetyionit ja kloridi - ionit saadaan aikaan katoditilassa (14) osittain anoditilasta katoditilaan (14) siirtyneinä vetyioneina sekä klori- 20 di-ioneina, jotka on saatu pelkistämällä elektrolyyttisesti oheistuotteena muodostunutta klooria, ja osittain katoditilaan (14) syötetystä ;*·.· kloorivetyhaposta. ____; 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, ... 25 että vetyionit ja kloridi-ionit saadaan aikaan katoditilassa (14) vety- "! ionien osalta kokonaan anoditilasta katoditilaan (14) siirtyneinä vety- ; _ ioneina, sekä kloridi-ionien osalta osittain kloridi-ioneina, jotka on saatu pelkistämällä elektrolyyttisesti oheistuotteena muodostunutta klooria, ja osittain kloridi-ioneina, jotka on saatu pelkistämällä 30 elektrolyyttisesti katoditilaan (14) ulkoisesta lähteestä syötettyä r r : klooria.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että katoditilassa olevassa katolyytissä kloraatti-ionipitoisuus • - · 35 on vähintään 5 molaarinen, edullisesti noin 5-6,5 molaarinen, kloraat- ; ti-ionien ja kloridi-ionien välisen suhteen ollessa edullisesti noin h 87936 2:1-4:1, ja hapon kokonaisnormaalisuuden ollessa vähintään noin 0,01 normaalinen, edullisesti noin 0,05-normaalinen.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu 5 siitä, että katoditilassa olevan katolyytin lämpötila on vähintään noin 50 eC, edullisesti noin 60-70 *C.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että katodiin aiheutettu elektrodipotentiaali on positiivisempi 10 kuin -1 volttia kylläiseen kalomelielektrodiin verrattuna ja kolmiulotteisen katodin virransyöttäjästä määritettynä, ja negatiivisempi kuin avoimen piirin potentiaali vallitsevissa olosuhteissa, edullisesti noin -0,2 volttia.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kloraatti-ioneja syötetään katoditilaan natriumkloraatin vesiliuoksena, jonka pitoisuus on noin 3-7 molaarinen.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukaisen menetelmän suorittamiseksi 20 tarkoitettu katodi, tunnettu siitä, että se on muodostettu sähköä johtavan verkkomaisen materiaalin pinotuista kerroksista, joissa olevien välitilojen läpi kloraattiliuos kulkee yleensä yhdensuuntaises-;·. ti virran kulkusuunnan kanssa, tai se on muodostettu erillisten sähköä ____; johtavien hiukkasten pakatusta petistä, jonka läpi kloraattiliuos kul- 25 kee yleensä kohtisuoraan virran kulkusuuntaan nähden, joka katodi on I” muodostettu materiaalista, jolla on suuri ylipotentiaali reaktion ; C12/C1" suhteen, erityisesti grafiitista tai muusta hiilipitoisesta materiaalista.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen katodi, tunnettu siitä, että : : : se on tehty materiaalista, jolla on korkea ylipotentiaali reaktiolle ... cio2 -> ci·.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen katodi, tunnettu siitä, - 35 että materiaali, jolla on korkea ylipotentiaali, on grafiitti tai muu hiilipitoinen materiaali. 13 87936

11. Patenttivaatimuksen 3 mukaisen menetelmän käyttö natriumkloriittla tuottavan elektrolyyttisen menetelmän (32) yhteydessä, jossa poistettua klooridioksidia pelkistetään elektrolyyttisesti kloriitti-ioneiksi ja klooria muodostetaan elektrolyyttisesti ja sitä johdetaan katodltilaan 5 sen kloorisyöttönä, joka menetelmä on valinnaisesti yhdistetty lisäksi natriurakloraattia tuottavaan elektrolyyttiseen menetelmään (30), jossa katoditilassa sivutuotteena saatua natriumkloridia elektrolysoidaan katodltilaan johdettavan natriumkloraattisyötön aikaansaamiseksi.

12. Patenttivaatimuksen 3 mukaisen menetelmän käyttö lipeä-kloori-ken- non (50) yhteydessä, jossa katoditilassa sivutuotteena saatua natriumkloridia elektrolysoidaan katodltilaan (56) johdettavan kloorisyötön aikaansaamiseksi. » » · m m „ w 87936