NL8005092A

NL8005092A - Elektrolysecel en werkwijze voor het elektrolyseren van alkalimetaalchloride-oplossingen.

Info

Publication number: NL8005092A
Application number: NL8005092A
Authority: NL
Original assignee: Ppg Industries Inc
Priority date: 1979-11-08
Filing date: 1980-09-10
Publication date: 1981-06-01
Also published as: NO802980L; GB2063918B; IT1129825B; DE3041844A1; GB2063918A; SE8006868L; US4315805A; DE3041844C2; FR2469473B1; IT8068709A0; BE886072A; FR2469473A1; CA1207277A

Description

^ ‘ \ 4

Elektrolysecel en werkwijze voor het elektrolyseren van alkali-metaalchlo ride-oploss ingen.

Chlooralkalicellen met vast-polymeer-elektro-lyt hebben een kationselectief permionisch membraan waarbij de anodische elektrokatalysator hetzij gedragen wordt op het anodi-sche oppervlaken het membraan, dat wil zeggen in contact met 5 maar niet fysisch of chemisch gebonden aan het naar de anolyt gerichte oppervlak van het permionische membraan, hetzij fysisch of chemisch gebonden aan en ingebed in het permionische membraan, en een kathodische hydroxylontwikkelingkatalysator, dat wil zeggen een kathodische elektrokatalysator, hetzij gedragen op het katho-10 dische oppervlak van het membraan, dat wil zeggen in contact met maar niet fysisch of chemisch gebonden aan het naar het katholyt gerichte oppervlak van het permionische membraan, hetzij fysisch of chemisch gebonden aan en ingebed in het permionische membraan. Volgens de onderhavige uitvinding zijn hetzij de anode hetzij de 15 kathode hetzij beide gedragen op, maar niet ingebed in of gebonden aan, het permionische membraan.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding is er geen vloeistofkloof, dat wil zeggen geen elektrolyt-kloof, tussen de anodische elektrokatalysator die gedragen wordt 20 op het anodische oppervlak van het permionische membraan, en het membraan, terwijl de kathodische elektrokatalysator is gebonden aan en ingebed in het kathodische oppervlak van het permionische membraan. Aldus worden de hoge stroomdichtheid en de lage spanning van een cel met vast-polymeer-elektrcfyt verkregen terwijl eenvoudige 25 mechanische stroomverzamelaars en elektrodesteunen worden behouden voor zover praktisch.

Chlooralkali-elektrolyse-inrichtingen met vast-polymeer-elektrolyt volgens de uitvinding behouden de verwachte 8005092 2 voordelen van vast-polymeer-elektrolyten met de elektrokatalysa-toren ingebed in en gebonden aan het permionische membraan, dat wil zeggen hoge produktie per volume-eenheid van de cel, hoog stroomrendement en alles bij spanningen lager dan die van een con-5 ventionele elektrolytcel met permionisch membraan.

In de tekening is figuur 1 een schematisch zijaanzicht in doorsnede van de elektrolysecel met vast-polymeer-elektrolyt; figuur 2 een schematische weergave van de 10 chlooralkali-werkwijze met vast-polymeer-elektrolyt.

De chlooralkalicel die schematisch is weergegeven in de figuren 1 en 2 heeft een vast-polymeer-elektrolyt 31 met daarin een permionisch membraan 33. Het permionische membraan 33 heeft een anodisch oppervlak 35 met chloorkatalysator 37 daar-15 op gedragen en een kathodisch oppervlak 41 met kathodische hydroxy1-ontwikkelingskatalysator 43 daaraan gebonden en daarin ingebed.

Ook is weergegeven een uitwendige energietoevoer verbonden met de anodische katalysator 37 door stroomverdeler of katalysatordrager 57 en verbonden met de kathodische katalysator 43 door stroomver-20 deler 55.

Zoutoplossing wordt toegevoerd aan de anodische zijde van de vast-polymeer-elektrolyt 31, waar deze in aanraking komt met de anodische chloorontwikkelingskatalysator 37 op het anodische oppervlak 35 van het permionische membraan 31.

25 Het alkalimetaalion, dat wil zeggen natrium- ion of kaliumion, in figuur 2 aangegeven als natriumion, en het hydratatiewater daarvan, gaan door het permionische membraan 33 naar de kathodische kant 41 van het permionische membraan 33.

Water wordt toegevoerd aan de katholytkamer zowel van buitenaf 30 als in de vorm van hydratatiewater dat door het permionische memr braan 31 komt.

De opstelling voor het verwezenlijken van deze reactie wordt algemeen weergegeven in figuur 1, waarin de elektrolysecel 11 wordt getoond met wanden 21 en een permionisch membraan 35 33 en pakkingen 61 daartussen. Het permionische membraan 33 heeft een anodisch oppervlak 35 met een gedragen anodische elektro- 8005092 * ( 3 katalysator 37 rustend op het anodische oppervlak 35, en een katho-disch oppervlak 41 met een kathodische elektrokatalysator 43 gebonden aan en ingebed in het kathodische oppervlak 41. In een alternatieve uitvoeringsvorm bevindt zich een kathode-depolarisatie-5 katalysator, dat wil zeggen een HC^ -disproportioneringskatalysa-tor (niet getoond), in de nabijheid van het kathodische oppervlak 41 van het membraan 33 teneinde de ontwikkeling van waterstofgas te vermijden.

Middelen voor het geleiden van elektrische stroom 10 vanaf de wanden 41 naar de elektrokatalysatoren 37 en 43 zijn als getoond als stroomverdelerkatalysatordrager 57 in de katholyt-ruimte 39, welke stroom geleidt vanaf de wand 21 naar de anodische chloorontwikkelingskatalysator 37, en stroomverdeler 55 in de katholytruimte 45 welke stroom geleidt vanaf de wand 21 naar de 15 kathodische hydroxylontwikkelingskatalysator 43.

Gevonden is nu dat de celspanning, de elektrode-potentiaal en het elektrodestroomrendement functies zijn van de druk van het elektrode-materiaal dat gedragen wordt door het perm-ionische membraan 33. De spanning neemt aanvankelijk af met toe-20 nemende druk, dat wil zeggen compressie van het membraan 33 tussen de elektroden 37 en de stroomcollector 55. Daarna neemt de snelheid waarmee de spanning afneemt met toenemende druk af en uiteindelijk wordt een constante spanning bereikt welke spanning nagenoeg onafhankelijk is van toenemende druk.

25 De relatie tussen druk en spanning is een func tie van de veerkracht en elasticiteit van de stroomcollectoren, bijvoorbeeld de kathodestroomcollector 57, van de elektrodesubstra-ten, bijvoorbeeld het anodesubstraat of katalysatordrager 55, en van het permionische membraan 33, de geometrie van de stroomcollec-30 toren en de elektrodesubstraten, dat wil zeggen het open oppervlak, de ruimte tussen afzonderlijke substraatelementen en de grootte van de afzonderlijke substraatelementen, de inwendige versterking van het permionische membraan en de dikte van het permionische membraan. Voor elke combinatie van elektrode en permionisch mem-35 braan is de bepaling van een bevredigende druk, bijvoorbeeld de druk waarbij toenemende opgelegde drukken geen significante ver- 8005092 4 mindering in spanning geven, een kwestie van routine-experimenten.

Voor niet versterkte Asahi Glass FLEMION carbonzuurmembranen met elektrodesubstraten van 8 tot 10 strengen van ongeveer 1 mm diameter per 25,4 mm, waarbij het anodesubstraat 5 titaan is en de kathodestroomdrager ongeveer 40 tot 60 % open 2 oppervlak en ongeveer 200 tot 300 opemngen per cm heeft, waarbij de stroomcollector staal is of nikkel en de kathodestroomcol-lector een anodesubstraat£ompressiedrukken van tenminste 6,9 tot 138 kPa, verkrijgt men spanningsverminderingen.

10 Zoals hierboven beschreven bevat de vast- polymeer-elektrolyt 31 een permionisch membraan 33. Het permioni-sche membraan 33 dient chemisch bestendig te zijn, kationselectief, met anodische chloorontwikkelingskatalysator 37 op het anodische oppervlak 35, dat wil zeggen rustend op het anodische oppervlak 15 35, of gebonden aan en ingebed in het anodische oppervlak 35, en kathodische hydroxylontwikkelingskatalysator 43 op of, bij voorkeur ingebed in en gebonden aan het kathodische oppervlak 41 daarvan.

Het permionische membraan 33 van fluorkoolstof-hars, gebruikt voor het verschaffen van de vaste-polymeer-elektro- 20 lyt 31 wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van kationselectieve ionenuitwisselingsgroepen, de ionenuitwisselingscapaciteit van het membraan, de concentratie van ionenuitwisselingsgroepen in het membraan op basis van water geabsorbeerd in het membraan, en de glasovergangstemperatuur van het membraanmateriaal.

25 De hier beschouwde fluorkoolstofharsen hebben de groepen van formule 1 en 2, waarin X -F, -Cl, -H of -CF^ is; X’ -F, -Cl, -H, -CF, of CF,(CF,) is; o o z m m een geheel getal van 1 tot 5 is en Y -A, -0-A, -P-A of -°-(cF2)n (P, Q, R)-A is.

30 In de eenheid (P, Q, R) is P -(CF,) (CXX'). (CF,) , z a o z c Q is (-CF2-0-CXX')d, R is (-CXX'-0-CF2) , en (P, Q, R) bevat ëën of meer van P, Q, R en is een discretionaire groepering daarvan.

0 is de fenyleengroep, n is 0 of 1, a, b, c, d 35 en e zijn gehele getallen van 0 tot 6.

De typerende groepen van Y hebben de structuur 8005092 • * 5 met de zuurgroep A verbonden aan een koolstofatoom dat verbonden is met een fluoratoom. Deze omvatten {CF»)· A, en zijketens met

Z X

ether-bindingen zoals -0—(CF»}· A, {-0-CF--CF}· A, /x c. j y

Z

5 {0-CF»-CF}· {0-CF»-CF_}· A en -0-CF„{CF»-0-CF}· {CF»}· {CF„-0-CF> A

z j x zzy z z i x z y z z

Z ZR

waarin x, y en z 1 tot 10 zijn; Z en R -F of een Cj_jq per-fluoralkylgroep zijn en A de zuur-groep is als hieronder omschreven.

10 In het geval van copolymeren met de hierboven beschreven olefinische en olefine-zure groepen verdient het de voorkeur 1 tot 40 mol.% en liefst in het bijzonder 3 tot 20 mol.% van de olefine-zuur-groep-eenheden te hebben om een membraan te verschaffen met een ionenuitwisselingscapaciteit binnen het 15 gewenste traject.

A is een zuurgroep, gekozen uit:

-S°3H

-C00H -PO3H2 en 2° -Ï02H2, of een groep die kan worden omgezet in een van de voornoemde groepen door hydrolyse of door neutralisatie. Wanneer een voltooide, geassembleerde vast-polymeer-elektrolyt, geïnstalleerd in een elektrolysecel, wordt aangeduid als zijnde in de 25 zuurvorm, spreekt het vanzelf dat de alkalizoutvorm ook daaronder begrepen is.

In een uitvoeringsvorm kan A hetzij -SO^H zijn hetzij een functionele groep die in -SO^H kan worden omgezet door hydrolyse of neutralisatie of gevormd uit -SO^H zoals 30 -S03Mr, (S02-NH)M", -SO^-Rj-NB^ of -SO^^NR^; M' is een alkalimetaal; M" is H, NH^, een alkalimetaal of een aardalkalimetaal, R^ is H, Na of K; R^ is een C^ tot Cg alkylgroep, (Rj)2 NRg of R-jNRg (^2^2 ^6 Na’ ^ *"^2’ en RI 6611 C2-Cg alkyl-groep.

35 In een bijzondere voorkeur verdienende uit voeringsvorm van de uitvinding kan A hetzij -C00H zijn hetzij een 8005092 6 een functionele groep die in -COOH kan worden omgezet door hydrolyse of neutralisatie, zoals -CN, -COF, -C0C1, -COORj, -COOM, -CQNI^Rg» Rj een Cj_jq alkylgroep en R2 en R^ zijn hetzij waterstof hetzij Cj tot C^jq alkylgroepen, waaronder perfluoralkyl-5 groepen, of beide. M is waterstof of een alkalimetaal; wanneer M een alkalimetaal is is dit bij voorkeur natrium of kalium.

Kationselectieve permionische membranen waarin A hetzij -CQOH is hetzij een functionele groep afleidbaar van of omzetbaar in -COOH, bijvoorbeeld -CN, -COF, C0C1, -COORj, 10 -COOM of -CONR^R^» als hierboven beschreven, verdienen bijzondere voorkeur in verband met hun spanningsvoordeel ten opzichte van sulfonylmembranen. Dit spanningsvoordeel is in de orde van grootte van ongeveer 0,1 tot 0,4 V bij een stroomdichtheid van 16,15-2 26,9 A/dm , een zoutgehalte van 150 tot 300 gram per liter na-15 triumchloride en een natriumhydroxydegehalte van 15 tot 40 gew.%. Verder hebben de membranen van het carbonzuurtype een stroomren-dementsvoordeel ten opzichte van membranen van het sulfonyltype bij hoge pH-waarden van de anolyt, bijvoorbeeld boven ongeveer 4,0, en met anoden met een zuurstofontwikkelingsoverspanning die 20 tenminste ongeveer 0,2 V ligt boven de chloorontwikkelingsover-spanning daarvan.

Het hier beschouwde membraanmateriaal heeft een ionenuitwisselingscapaciteit van ongeveer 0,5 tot ongeveer 2,0 milli-equivalent per gram droog polymeer en bij voorkeur van 25 ongeveer 0,9 tot ongeveer 1,8 milli-equivalent per gram droog polymeer en in een bijzondere voorkeursuitvoeringsvorm van ongeveer 1,3 tot ongeveer 1,7 milli-equivalenten per gram droog polymeer, Wanneer de ionenuitwisselingscapaciteit minder dan ongeveer 0,5 milli-equivalent per gram droog polymeer is is de 30 spanning hoog bij de hoge concentraties aan alkalimetaalhydroxyde zoals hier in aanmerking komen, terwijl wanneer de ionenuitwisselingscapaciteit meer dan ongeveer 2,0 milli-equivalenten per gram droog polymeer is het straomrendement van het membraan te laag is.

35 Het gehalte aan ionenuitwisselingsgroepen per gram geabsorbeerd water is van ongeveer 8 milli-equivalenten per 8005092 • 4 7 gram geabsorbeerd water tot ongeveer milli-equivalent per gram geabsorbeerd water en bij voorkeur van ongeveer 10 tot ongeveer 28 milli-equivalenten per gram geabsorbeerd water, en in een voorkeursuitvoeringsvorm van ongeveer 14 tot ongeveer 26 milli-equi-5 valenten per gram geabsorbeerd water. Wanneer het gehalte aan ionenuitwisselingsgroepen per gewichtseenheid geabsorbeerd water minder dan ongeveer 8 milli-equivalenten per gram of meer dan ongeveer 30 milli-equivalenten per gram is is het stroomrendement te laag.

10 De glasovergangstemperatuur is bij voorkeur tenminste ongeveer 20°C lager dan de temperatuur van de elektrolyt.

Wanneer de elektrolyttemperatuur tussen ongeveer 95 en 110°C is is de glasovergangstemperatuur van het fluor-koolstofharsmateriaal waaruit het permionische membraan bestaat 15 beneden ongeveer 90 C en in een bijzondere voorkeur verdienende uitvoeringsvorm beneden ongeveer 70°C. De glasovergangstemperatuur dient echter boven ongeveer -80 C te zijn om een bevredigende treksterkte van het membraanmateriaal te verschaffen. Bij voorkeur is de glasovergangstemperatuur van ongeveer -80 tot ongeveer 70°C 20 en in een bijzondere voorkeursuitvoeringsvorm van ongeveer -80 tot ongeveer 50°C.

Wanneer de glasovergangstemperatuur van het membraan minder dan ongeveer 20°C van de elektrolyt verschilt of hoger is dan de temperatuur van de elektrolyt neemt de weerstand 25 van het membraan toe en neemt de permselectiviteit van het membraan af. Met glasovergangstemperatuur wordt bedoeld de temperatuur beneden welke de polymeersegmenten niet voldoende energetisch zijn om langs elkaar te bewegen of ten opzichte van elkaar door seg-mentaire Brownse-beweging. Dat wil zeggen beneden de glasover-30 gangstemperatuur is de enige reversibele respons van het polymeer op spanningen inwendige spanning, terwijl boven de glasovergangstemperatuur de respons van het polymeer op spanning segmentaire herrangschikking is ter opheffing van de van buitenaf opgelegde spanning, 35 De hier in aanmerking komende fluorkoolstof- harsmaterialen voor het permionische membraan hebben een water- 8005092 2 8 permeabiliteit van minder dan ongeveer 100 ml per uur per m bij 60°C in 4N natriumchloride bij een pH van 10 en bij voorkeur min- der dan 10 ml per uur per m bij 60°C in 4N natriumchloride bij pH 10. Waterpermeabiliteiten hoger dan ongeveer 100 ml per uur per 2 5 m , gemeten als hierboven beschreven, kunnen resulteren m een onzuiver alkalimetaalhydroxydeprodukt,

De elektrische weerstand van het droge membraan 2 dient te zijn van ongeveer 0,5 tot ongeveer 10 Ω/cm en bij voor- 2 keur van ongeveer 0,5 tot ongeveer 7 Ω/cm .

10 Bij voorkeur heeft het permionische membraan van fluorhars een molecuulgewicht, dat wil zeggen een polymerisa-tiegraad, voldoende om een volumestroomsnelheid van ongeveer 100 3 mm /sec. te verschaffen bij een temperatuur van ongeveer 150 tot ongeveer 300°C.

15 De dikte van het permionische membraan 33 dient zodanig te zijn dat het membraan sterk genoeg is om drukwisselin-gen en vervaardigingsprocessen te doorstaan, maar dun genoeg om een hoge elektrische weerstand te vermijden. Bij voorkeur is het membraan 10 tot 1000 yiim dik en liefst ongeveer 50 tot ongeveer 20 400 yum. Verder kan inwendige versterking of vergrote dikte of ver knoping of zelfs laminering worden toegepast om een sterk membraan te verschaffen.

De katalysatordeeltjes, dat wil zeggen hetzij de anodische elektrokatalysator rustend op het oppervlak van het 25 permionische membraan 33 en gedragen op het substraat, hetzij de kathodische elektrokatalysator gebonden aan en ingebed in het permionische membraan 33, als hierboven beschreven, kunnen zijn grafiet, een edelmetaal bevattende katalysator, zoals een platina-groepmetaal of legering van een platinagroepmetaal of een inter-30 metallische verbinding van een platinagroepmetaal of een oxyde, carbide, nitride, boride, silicide of sulfide van een platinagroepmetaal, een overgangsmetaal of een verbinding van een overgangsmetaal, Geschikte verbindingen van overgangsmetalen omvatten pyro-chloren, delafossieten, spinellen, perovskieten, bronzen, 35 wolframbronzen, siliciden, nitriden, carbiden en boriden.

Bijzonder wenselijke kathodische katalysatoren 8005092 9 die kunnen rusten op of kunnen gebonden zijn aan en ingebed in het permionische membraan 33 van vast-polymeer-elektrolyt, of, in een voorkeursuitvoeringsvorm, kunnen zijn ingebed daarin en gebonden daaraan, omvatten staal, roestvast staal, cobalt, nikkel, 5 legeringen van nikkel of ijzer, samenstellingen van nikkel, in het bijzonder poreus nikkel met molybdeen, tantaal, wolfram, titaan, nioob of dergelijke, en boriden, elektrisch geleidende, katalytisch actieve boriden, nitriden, siliciden en carbiden, zoals de platinagroepmetaal siliciden, -nitriden, -carbiden en 10 -boriden en titaandiboride.

De kathode-elektrokatalysatordeeltjes gebonden aan en ingebed in het permionische membraan 33 kunnen zijn ingebed in een thermoplastisch deformaat van het permionische membraan.

Dat wil zeggen het permionische membraan 33 15 kan zijn in een thermoplastische vorm, bijvoorbeeld een carbonzuur, een lage alkylester van een carbonzuur, een zuurchloride van een carbonzuur of een zuurchloride van een sulfonzuur, en men kan de kathode-elektrokatalysatordeeltjes daaraan doen hechten door het toepassen van warmte en druk. Daarna wordt de thermoplastische 20 vorm van het ionenuitwisselingsharsmateriaal gehydrolyseerd tot een onsmeltbare alkalirnetaalzoutvorm, bijvoorbeeld door installatie in een chlooralkalicel. Het bereiden van een vast-polymeer-elektrolyt met elektrokatalysator afgezet in, ingebed in en gebonden aan een thermoplastisch deformaat daarvan, wordt beschreven 25 in Amerikaanse octrooiaanvragen van aanvraagster, die gelijktijdig zijn ingediend met de Amerikaanse aanvragen waarop de onderhavige Nederlandse octrooiaanvrage is gebaseerd.

De stroomdichtheid van de elektrolysecel met vast-polymeer-elektrolyt kan hoger zijn dan die in een conventione- 30 le cel met permionisch membraan of diafragma, bijvoorbeeld meer 2 2 dan 21,53 A/dm en bij voorkeur meer dan 43,06 A/dm . Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding kan elektrolyse worden 2 uitgevoerd bij een stroomdichtheid van 86,1 of zelfs 129,2 A/dm , waarbij de stroomdichtheid wordt gedefinieerd als de totale stroom 35 die door de cel gaat, gedeeld door het oppervlak van ëën zijde van het permionisch membraan 33.

8005092 10

Om de hier beschouwde hoge stroomdichtheden te bereiken is een gelijkmatige stroomverdeling over het oppervlak van het permionische membraan 33 wenselijk. Dit kan worden verwezenlijkt door elektrodesubstraten te gebruiken, bijvoorbeeld 5 voor de anode en de stroomcollectoren, bijvoorbeeld voor de kathode, met een hoog percentage open oppervlak, bijvoorbeeld meer dan 40 tot 60 % open oppervlak, en een kleine afstand, bijvoorbeeld 0,5 tot 2 mm tussen substraatelementen. Een geschikt substraat is zeef of gaas met 10 tot 30 of meer strengen per 10 2,54 cm, waarbij de strengen zich onderling op afstanden van ongeveer 0,5 tot ongeveer 2,5 mm bevinden, van as tot as, en een diameter zodanig dat tenminste ongeveer 40 en bij voorkeur meer dan ongeveer 60 % open oppervlak en ongeveer 75 tot ongeveer 2 400 openingen per cm worden verschaft. Het zeef of gaas wordt 15 vervaardigd uit een materiaal dat bestand is tegen de elektrolyt en elektrisch geleidend en heeft daarop een elektrokatalytisch oppervlak. Alternatief kan de elektrodedrager een bekleed vel of een beklede plaat zijn, met perforaties op afstanden van 0,5 tot 1,5 mm en tenminste ongeveer 40 tot 60 % open oppervlak.

20 Volgens een bijzondere voorkeur verdienende uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt een eenheid van kathode en permionisch membraan vervaardigd door ongeveer 0,01 tot onge- 2 veer 0,1 gram per cm platxnazwart af te zetten op één kant van een 100 tot 400 yum dik permionisch membraan. Het permionische 25 membraan is een copolymeer van CF^CF^ en een geperfluoreerde vinylether met zijdelingse carbonzuurmethylestergroepen. Het platinazwart wordt heet geperst in het permionische membraan bij een temperatuur voldoende om het permionisch membraan thermoplastisch te maken, dat wil zeggen boven ongeveer 150°C, en bij 30 voorkeur ongeveer 200°C, een druk voldoende om het thermoplastische membraan te deformeren, dat wil zeggen boven ongeveer 1380 kPa, en gedurende een tijd voldoende om de katalysatordeel-tjes daarin in te bedden en de katalysatordeeltjes daaraan te binden, bijvoorbeeld ongeveer 1 tot 20 minuten.

35 Daarna wordt het permionische membraan, waar aan nu kathodische elektrokatalysator is gebonden en daarin inge- 8005092 11 bed, geïnstalleerd in een elektrolysecel, tussen een anodische katalysatordrager en een kathodische stroomcollector. De anodische katalysatordrager heeft anodische elektrokatalysator daaraan gebonden, bijvoorbeeld - TiC^ gebonden aan een titaansubstraat.

5 De kathodische stroomcollector is een stalen, roestvaststalen, nikkelen of ko-peren gaas, rustend op het kathodische oppervlak van het permionische membraan.

Zowel de kathodestroomcollector als de anode- katalysatordrager zijn fijnmazig, met 75 tot 400 openingen per 2 10 cm en tenminste 40 % open oppervlak.

Het permionische membraan dat de kathode-elektrokatalysator draagt wordt geperst tussen de kathodestroomcollector en de anodekatalysatordrager, bijvoorbeeld bij een druk van ongeveer 6,9 tot 138 kPa.

15 Daarna wordt begonnen met elektrolyse, teneinde een natriumhydroxyde-sterkte van ongeveer 30 tot 40 gew.% te verschaffen.

Voorbeeld

Een chlooralkalicel met vast-polymeer-elektro-20 lyt werd vervaardigd met de kathode-elektrokatalysator gebonden aan en ingebed in een thermoplastisch deformaat van het permionische membraan en een met anode elektrokatalysator bekleed gaas rustend op de tegenovergestelde zijde van het permionische membraan.

25 De vast-polymeer-elektrolyt werd bereid door 3,5 g platinazwart af te zetten op een gebied van 7,6 x 7,6 cm op een zijde van een vel permionisch membraan van geperfluoreerd carbonzuur in de methylestervorm van Asahi Glass Go. )Flemion) van 12,6 cm x 12,6 cmx 300 yum. Dit werd heet geperst bij 200°C 30 bij 2760 tot 4140 kPa gedurende 8 minuten. Het membraan werd verwijderd van de hete plaat en gekookt in 30 %-ig waterig NaOH gedurende 24 uren.

Het membraan werd geïnstalleerd in een labo-ratoriumelektrolysecel met vast-polymeer-elektrolyt met een met 35 nikkel bekleed roestvast stalen scherm als kathodestroomcollector rustend op het met platinazwart beklede oppervlak en een met 8005092 12 rutheniumdioxyde-titaandioxyde bekleed gaas als anodische kataly- satordrager rustend op het onbeklede oppervlak. Beide schermen bestonden uit geëxpandeerde plaat met ruitvormige openingen, met openingen van 1,27 mm van centrum tot centrum in de lengterichting 5 van de ruit en van 0,66 tot 0,76 mm van centrum tot centrum in de breedterichting van de ruit, en met ongeveer 217 openingen 2 per cm .

Natriumchlorideoplossing werd toegevoerd aan de anolytruimte van de cel en natriumhydroxyde werd aanvankelijk toe-10 gevoerd aan de katholytruimte van de cel, waarbij vervolgens water werd toegevoerd. De aanvankelijke celspanning was 3,08 V bij 2 20,45 A/dm , dalend tot 3,03 V na 50 minuten elektrolyse.

Ofschoon de werkwijze en de inrichting volgens de uitvinding zijn beschreven aan de hand van specifieke uitvoe-15 ringsvormen en voorbeelden daarvan is zij uiteraard niet daartoe beperkt.

8005092

Claims

1. Elektrolysecel met een anode gescheiden van een kathode door een permionisch membraan, waarbij de anode en de kathode beide in aanraking zijn met het permionische mem- 5 braan, met het kenmerk, dat de anode en/of de kathode doorlaatbaar is en rust op het permionische membraan.

2. Cel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het permionische membraan is geperst tussen de anode en de kathode.

3. Cel volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het permionische membraan is geperst met een druk tussen 6.9 en 138 kPa.

4. Cel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de anode samengedrukt rust op het permionische membraan en 15 de kathode is ingebed in het permionische membraan.

5. Cel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de kathode samengedrukt rust op het permionische membraan en de anode is ingebed in het permionische membraan.

6. Cel volgens conckusie 1, met het kenmerk, 20 dat de anode en de kathode beide samengedrukt rusten op het permionische membraan.

7. Elektrolysecel met een anode gescheiden van een kathode door een permionisch membraan, waarbij de anode en de kathode beide in aanraking zijn met het permionische membraan, 25 met het kenmerk, dat de anode doorlatend is en rust op het permionische membraan en de kathode gebonden is aan en ingebed in het permionische membraan.

8. Cel volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de kathode is gebonden aan en ingebed in een thermoplastisch 30 deformaat van het permionische membraan.

9. Cel volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het permionische membraan is samengedrukt met een druk tussen 6.9 en 138 kPa,

10 -C0C1, -C00R, -C00M, -CONR^, -SO^H, -PO^^ en ^2¾’ waarkij Rj een Cj tot C^q alkylgroep is en R2 en R^ -H of een Cj tot Cjq alkyl-groep zijn, en M -H of een alkalimetaal is.

10. Cel volgens een van de voorgaande conclu-35 sies, met het kenmerk, dat het permionische membraan een fluor- koolstofhars is met de groepen van formule 1 en 2, waarin 8005092 X -F, -Cl, -H of -CF3 is; X’ -F, -Cl, -H, -CFg of (CF2)mCF is, waarbij m een geheel getal van 1 tot 5 is; Y -A, -0A, -P-A of -0-(CF„) -(P,Q,R)-A is, waarin P {CFJ l η Δ 3. 5 (CXX?)b (CF2)c is, Q (-CF2-0-CXX’)d is en R (-CXX'-0-CF2)e is, (P, Q, R) êên of meer van P, Q en R is of bevat of 0 of 1 is; a, b, c, d en e gehel getallen van 0 tot 6 zijn; 0 een fenyleengroep is en A is gekozen uit -COOH, -CN, -COF,

11. Cel volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat Y -ÉCF2*xA, -0-(CF2)xA, -0*CF2)xA, «OCF^FZ^A, 15 fOCF0CF2> {0CF_CF_>A, of -O-CFo6CF„0CF2> $CFΛ *CF 0CFR> is, z x z z z z y z y z z waarin x, y en z 1 tot 10 zijn en 2 en R -F of Cj tot Cjq alkyl-groepen zijn.

12. Cel volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat A -COOH, -CN, -COF, -C0C1, -C00R, -C00M of CONR^ is.

13. Werkwijze voor het dektrolyseren van alkalimetaalchloride-oplossing ter vorming van chloor, met het kenmerk, dat men de zoutoplossing toevoert aan een elektrolyse-cel met een anode gescheiden van een kathode door een permionisch membraan, waarbij de anode en de kathode beide in aanraking zijn 25 met het permionische membraan, en een elektrische stroom voert van de anode naar de kathode, teneinde chloor te ontwikkelen aan de anode.

14, Werkwijze volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat het permionische membraan is geperst tussen de 30 anode en de kathode.

15, Werkwijze volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat het permionische membraan is samengedrukt onder een druk van 6,9 tot 138 kPa.

16, Werkwijze voor het elektrolyseren van 35 alkalimetaalchloride-oplossing ter vorming van chloor, met het kenmerk, dat men de zoutoplossing toevoert aan een elektrolyse- 8005092 cel met een anode gescheiden van een kathode door een permionisch membraan, waarbij de anode en de kathode beide in aanraking zijn met het permionische membraan en een elektrische stroom voert van de anode, naar de kathode teneinde chloor te ontwikkelen aan de ano-5 de, waarbij de anode doorlatend is en rust op het permionische membraan en de kathode gebonden is aan en ingebed in het permionische membraan.

17. Werkwijze volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat de kathode is gebonden aan en ingebed in een thermo- 10 plastisch defornaat van het permionische membraan.

18. Werkwijze volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat het permionische membraan is samengedrukt onder een druk van 6,9 tot 138 kPa.

19. Werkwijze volgens conclusie 13 tot 18, 15 met het kenmerk, dat het permionische membraan een fluorkoolstof-hars is met de groepen van formule 1 en 2, waarin X -F, -Cl, -H of -CF3 is; X’ -F, -Cl, -H, -CF_ of (CF„) CF is, waarbij m een geheel getal «5 m 1H van 1 tot 5 is?

20. Werkwijze volgens conclusie 13 tot 19, 30 met het kenmerk, dat Y {CF^k, A, A, ^^^CFZ}· {0CF„CF2> -É0CFoCFo}A of -0-CFofCF-0CFg> {CF A {CF-OCFR} is, ZxZ Z zz yZyZ z waarin x, y en z 1 tot 10 zijn en Z en R F of een alkylgroep met 1 tot 10 koolstofatomen voorstellen.

20 Y -A, -0A, -P-A- of -0-(CFo) -(P,Q,R)-A is, waarin P (-CF-) zn z a (CXX’). (CFJ is, Q (-CFo-0-CXXT) , is en d z c z α R (-CXX’-O-CF») is, (P, Q, R) êên of meer van P, Q en R is of Z e bevat of 0 of 1 is; a, b, c, d en e gehele getallen van 0 tot 6 zijn; 25. een fenyleengroep is en A is gekozen uit -C00H, -CN, -COF, -C0C1, -C00R, -C00M, -00^2^ -SO^H, -PO^ en P02H2 waar^^·^ een tot C]0 alkylgroep is en R2 en R^ -H of een Cj tot Cjq alkylgroep zijn; en Μ -H of een alkalimetaal is.

21. Werkwijze volgens conclusie 20, met het 35 kenmerk, dat A -COOH, -CN, -COF, -C0C1, -C00R, -C00M of C0NR2R3 is, 8005092

22. Werkwijze volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de anode samengedrukt rust op het permionische membraan en de kathode is ingebed in het permionische membraan.

23. Werkwijze volgens conclusie 13, met het 5 kenmerk, dat de kathode samengedrukt rust op het permionische membraan en de anode is ingebed in het permionische membraan.

24. Werkwijze volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de anode en de kathode beide samengedrukt rusten op het permionische membraan.

25. Werkwijzen en inrichtingen in hoofdzaak als beschreven in de beschrijving en/of de voorbeelden, in het bijzonder onder verwijzing naar de tekening. 15 //1 80 0 5 0 9 2