SE440921B - Electrolysis procedure - Google Patents

Electrolysis procedure Download PDF

Info

Publication number
SE440921B
SE440921B SE8001377A SE8001377A SE440921B SE 440921 B SE440921 B SE 440921B SE 8001377 A SE8001377 A SE 8001377A SE 8001377 A SE8001377 A SE 8001377A SE 440921 B SE440921 B SE 440921B
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
cathode
cell
chlorine
membrane
solid polymer
Prior art date
Application number
SE8001377A
Other languages
Swedish (sv)
Other versions
SE8001377L (en
Inventor
H H Hoekje
W B Graybill
M Korach
A C Ellsworth
Jr C W Raetzsch
H Cunningham
H B Johnson
W B Darlington
D W Dubois
C N Welch
W W Carlin
Original Assignee
Ppg Industries Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US06/015,521 external-priority patent/US4272337A/en
Priority claimed from US06/014,468 external-priority patent/US4273629A/en
Application filed by Ppg Industries Inc filed Critical Ppg Industries Inc
Publication of SE8001377L publication Critical patent/SE8001377L/en
Publication of SE440921B publication Critical patent/SE440921B/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/34Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis
    • C25B1/46Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis in diaphragm cells

Abstract

In this is described an electrolytic cell with an electrolyte in the form of a solid polymer, in which the cell presents a permionic carboxy-acid membrane arranged between the anolyte and the catolyte. The cathode can be a depolarised cathode, e.g. one with a peroxide compound depolarised cathode, one with a redox pair depolarised cathode or one with an oxidant-complex depolarised cathode. The cathode can be a boride, e.g. titanium diboride, an intercalation compound of carbon and fluorine or a transition metal, e.g. iron, cobalt or nickel. Electrocatalysts, e.g. anode and cathode, can be brought to adhere to the permionic membrane through chemical deposition. The anode can be in the form of a particle with hydrophobic material. The individual anode particles can be silicon extended. The electrolysis procedure can be carried out at high pressure, whereby one obtains liquid chlorine, which is thereafter separated from the salt solution. The cell can be horizontal and be provided with an inner heat exchanging organ. In the case of a bi-polar cell, the bi-polar conductor element can be made of silicon or a titanium alloy as well as having a heat conducting and reagent supply organ incorporated therein.<IMAGE>

Description

15 20 25 50 35 40 8001377-4 elektrolyt kommer vattenbaserad alkalimetallklorid, sàsom natrium- klorid eller kaliumklorid i kontakt med den anodiska ytan av den fasta polymerelektrolyten. En elektrisk potential på_lägges över cellen, varvid klor utvecklas vid anodytan av den fasta polymer- elektrolyten. Electrolyte, aqueous alkali metal chloride, such as sodium chloride or potassium chloride, comes into contact with the anodic surface of the solid polymer electrolyte. An electric potential is applied across the cell, whereby chlorine develops at the anode surface of the solid polymer electrolyte.

Alkalimetalljon, dvs natriumjon eller kaliumjon, trans- porteras över det permjoniska membranet av fast polymerelektrolyt till den katodiska hydroxylutvecklingskatalysatorn på den motsatta ytan av det permjoniska membranet. Alkalimetalljonen, dvs nat- riumjonen eller kaliumjonen, transporteras med dess hydratvatten men praktiskt taget utan någon transport av bulkelektrolyt.Alkali metal ion, i.e. sodium ion or potassium ion, is transported across the permionic membrane of solid polymer electrolyte to the cathodic hydroxyl evolution catalyst on the opposite surface of the permionic membrane. The alkali metal ion, ie the sodium ion or the potassium ion, is transported with its hydrated water but practically without any transport of bulk electrolyte.

Hydroxyljon utvecklas vid den katodiska hydroxyljonutveck- lingskatalysatorn, vilket även gäller för väte. Vid en alternativ utföringsform är emellertid en katodisk depolarisationskatalysator, dvs en H02'-disproportioneringskatalysator, närvarande i närheten av den katodiska ytan av det permjoniska membranet, och en oxidant matas till katolytavdelningen för att man skall undvika bildning av gasformiga katodiska produkter.Hydroxyl ion develops at the cathodic hydroxyl ion evolution catalyst, which also applies to hydrogen. In an alternative embodiment, however, a cathodic depolarization catalyst, i.e. an HO 2 'disproportionation catalyst, is present in the vicinity of the cathodic surface of the permionic membrane, and an oxidant is fed to the catholyte compartment to avoid the formation of gaseous cathodic products.

Uppfinningen kommer nu att belysas mera i detalj i anslut- ning till bifogade ritningar, för vilka gäller att: Fig. 1 är en sprängvy av en bipolär elektrolysör med fas polymerelektrolyt.The invention will now be elucidated in more detail in connection with the accompanying drawings, for which: Fig. 1 is an exploded view of a bipolar electrolyzer with phase polymer electrolyte.

Fig. 2 är en perspektivvy av en fast polymerelektrolytenhet i den bipolära elektrolysören visad i fig. l.Fig. 2 is a perspective view of a solid polymer electrolyte unit in the bipolar electrolyzer shown in Fig. 1.

Fig. 3 är en tvärsnittsvy av den fasta polymerelektrolyt- enheten från fig. 2.Fig. 3 is a cross-sectional view of the solid polymer electrolyte unit of Fig. 2.

Fig. 4 är en tvärsnittsvy, i större förstoring, av den fasta polymerelektrolytskivan visad i enheten enligt fig. 2 och 3.Fig. 4 is a cross-sectional view, on a larger magnification, of the solid polymer electrolyte sheet shown in the unit of Figs. 2 and 3.

Fig. 5 är en perspektivvy av fördelningsanordningen visan- de en form av elektrolyttillförsel och -utmatning§ Fig. 6 är en tvärsnittsvy av den i fig. 5 visade fördel- ningsanordningen.Fig. 5 is a perspective view of the distribution device showing a form of electrolyte supply and discharge. Fig. 6 is a cross-sectional view of the distribution device shown in Fig. 5.

Fig. 7 är en perspektivvy av en variant av det i fig. l visade bipolära elementet.Fig. 7 is a perspective view of a variant of the bipolar element shown in Fig. 1.

Fig. 8 är en tvärsnittsvy av det i fig. 7 visade bipolära elementet.Fig. 8 is a cross-sectional view of the bipolar element shown in Fig. 7.

Fig. 9 är en perspektivvy av en alternativ variant av ett bipolärt element, genom vilket värmeväxlingsorgan passerar.Fig. 9 is a perspective view of an alternative variant of a bipolar element, through which heat exchange means pass.

Fig. 10 är en genomskärning av det i fig. 9 visade bipolära elementet. 10 15 20 25 30 35 40 8001377-4 Fig. ll är en perspektivvy av en alternativ utföringsform av ett bipolärt element, där fördelningsorgan är kombinerade med det bipolära elementet.Fig. 10 is a sectional view of the bipolar element shown in Fig. 9. Fig. 11 is a perspective view of an alternative embodiment of a bipolar element, where distribution means are combined with the bipolar element.

Fig. 12 är en genomskärning av det i fig. ll visade bi- polära elementet.Fig. 12 is a sectional view of the bipolar element shown in Fig. 11.

Fig. 13 är en schematisk genomskärning från sidan av elekt- rolyscellen med fast polymerelektrolyt.Fig. 13 is a schematic cross-sectional side view of the electrolytic cell with solid polymer electrolyte.

Fig. 14 är en schematisk bild av klor-alkaliprocessen under användning av en fast polymerelektrolyt.Fig. 14 is a schematic view of the chlor-alkali process using a solid polymer electrolyte.

Den i fig. 14 schematiskt visade klor-alkalicellen har en elektrolyt 3l i form av fast polymer med ett permjoniskt membran 33 däri. Det permjoniska membranet 33 har en anodisk yta 35 med klorkatalysator 37 därpå samt en katodisk yta 41 med katodisk hydroxylutvecklingskatalysator Ä3 därpå. Vidare visas en yttre strömkälla, som är ansluten till den anodiska katalysatorn 37 via fördelningsanordningen 57 samt ansluten till den katodiska kata- lysatorn 43 via fördelningsanordningen 55.The chlor-alkali cell schematically shown in Fig. 14 has an electrolyte 31 in the form of a solid polymer with a permionic membrane 33 therein. The permionic membrane 33 has an anodic surface 35 with chlorine catalyst 37 thereon and a cathodic surface 41 with cathodic hydroxyl evolution catalyst Ä3 thereon. Furthermore, an external current source is shown, which is connected to the anodic catalyst 37 via the distribution device 57 and connected to the cathodic catalyst 43 via the distribution device 55.

Saltlösning matas till anodsidan av den fasta polymer- elektrolyten 31, där den kommer i kontakt med den anodiska klor- utvecklingskatalysatorn 37 pà det permjoniska membranets 31 anodiska yta 35. Kloren, som är närvarande som kloridjon i lösningen, bildar klor enligt reaktionen: ' i 2c1' __; C12 +2e' Alkalimetalljonen, dvs natriumjon eller kaliumjon, vilken visas i fig. 14 som natriumjon, och dess hydratvatten, passerar genom det permjoniska membranet 33 till katodsidan 41 av det perm~ jofiska membranet 33. Vatten ledes till katolytavdelningen både externt och som hydratvatten, som passerar genom det permjoniska membranet 31. Den stökiometriska reaktionen vid den katodiska hydroxylutvecklingskatalysatorn är: H20 + e'-_>OH' + H Enligt en alternativ variant är en katoddepolari- sationskatalysator och en oxidant närvarande, varigenom man und- viker bildning av gasformigt väte.Saline is fed to the anode side of the solid polymer electrolyte 31, where it comes into contact with the anodic chlorine evolution catalyst 37 on the anodic surface 35 of the permionic membrane 31. The chlorine, which is present as the chloride ion in the solution, forms chlorine according to the reaction: 2c1 '__; C12 + 2e 'The alkali metal ion, ie sodium ion or potassium ion, which is shown in Fig. 14 as sodium ion, and its hydrated water, passes through the permionic membrane 33 to the cathode side 41 of the permeable membrane 33. Water is led to the catholyte compartment both externally and as hydrated water , which passes through the permionic membrane 31. The stoichiometric reaction of the cathodic hydroxyl evolution catalyst is: H 2 O + e '-_> OH' + H According to an alternative variant, a cathode depolarization catalyst and an oxidant are present, thereby avoiding the formation of gaseous hydrogen.

Strukturen eller konstruktionen för att åstadkomma denna reaktion visas generellt i fig. 13, där en elektrolytisk cell ll visas med väggar 21 och ett permjoniskt membran 33 däremellan.The structure or structure for effecting this reaction is generally shown in Fig. 13, where an electrolytic cell II is shown with walls 21 and a permionic membrane 33 therebetween.

Det permjoniska membranet 33 har en anodisk yta 35 och en anodisk elektrokatalysator 37 på den anodiska ytan 35 samt en katodisk yta 41 med katodisk elektrokatalysator 43 därpå. Enligt en alter- ”Etanol svarv* lO 15 20 25 30 35 HO 8001377-4 nativ variant finns en katoddepoláfisašionskatalysator. dvs en H02'-disproportioneringskatalysator (ej visad), i närheten av den katodiska ytan 41 av membranet 33, varigenom man undviker utveckling av vätgas.The permionic membrane 33 has an anodic surface 35 and an anodic electrocatalyst 37 on the anodic surface 35 and a cathodic surface 41 with cathodic electrocatalyst 43 thereon. According to an alternative variant, there is a cathode depolarization catalyst. that is, a HO 2 'disproportionation catalyst (not shown), in the vicinity of the cathodic surface 41 of the membrane 33, thereby avoiding evolution of hydrogen gas.

Organ för att leda elektrisk ström från väggarna 21 till den fasta polymerelektrolyten 31 visas som fördelningsanordning 5? i anolytavdelningen 39, vilken anordning leder ström från väggen 21 till den anodiska klorutvecklingskatalysatorn 37, och en fördelningsanordning 55 i katolytavdelningen 45, vilken anord- ning leder ström från väggen 21 till den katodiska hydroxyl- utvecklingskatalysatorn 43.Means for conducting electric current from the walls 21 to the solid polymer electrolyte 31 are shown as distribution device 5? in the anolytic compartment 39, which device conducts current from the wall 21 to the anodic chlorine evolution catalyst 37, and a distribution device 55 in the catholytic compartment 45, which device conducts current from the wall 21 to the cathodic hydroxyl evolution catalyst 43.

Enligt en föredragen.variant ger fördelningsanord- ningarna 55 och 57 även turbulens och blandning av resp. elektro- lyter. Härigenom undviker man koncentrationspolarisation, gas- _bubbeleffekter, stagnation och dött utrymme.According to a preferred variant, the distribution devices 55 and 57 also give turbulence and mixing of resp. electrolytes. This avoids concentration polarization, gas-bubble effects, stagnation and dead space.

Vid drift av cellen ledes saltlösning till anolytavdel- ' ningen 39 genom saltlösningsinloppet 81a, och utarmad saltlösning utmatas från anolytavdelningen 39 genom saltlösningsutloppet 81b.During operation of the cell, saline is passed to the anolyte compartment 39 through the saline inlet 81a, and depleted saline is discharged from the anolyte compartment 39 through the saline outlet 81b.

Anolytvätskan innehållande flytande klor och flytande saltlösning avlägsnas. 3 Vatten ledes till katolytavdelningen 45 genom vatten- tillförselorgan 10la så att alkalimetallhydroxidvätskan upprätt- hàlles, varigenom man undviker avsättning av fast alkalimetall- hydroxid på membranet 33. Dessutom kan oxidanteledas till kato- lytavdelningen 45, t.ex. när en H02- -disproportioneringskatalysator är närvarande, varigenom man undviker bildning av vätgas och varigenom man kan ta ut en helt och hållet flytande katodprodukt.The anolyte liquid containing liquid chlorine and liquid brine is removed. Water is led to the catholyte compartment 45 through water supply means 10la so that the alkali metal hydroxide liquid is maintained, thereby avoiding the deposition of solid alkali metal hydroxide on the membrane 33. In addition, oxidant can be passed to the catalyst compartment 45, e.g. when an H 2 O 2 disproportionation catalyst is present, thereby avoiding the formation of hydrogen gas and thereby being able to remove a completely liquid cathode product.

En speciellt önskvärd cellstruktur är en bipolär elektro- lysör, i vilken man utnyttjar en elektrolyt i form av en fast polymer. Fig. l är en sprängvy av en bipolär elektrolysör med en elektrolyt i form av fast polymer. Elektrolysören visas med två elektrolysceller ll och 13 med fast polymer. Det kan emeller- tid finnas många flera sådana celler i elektrolysören l. Be- gränsningen vad beträffar antalet celler, ll och 13, i elektro- lysören l är beroende av likriktar- och transformatorkapaciteten samt av möjligheten till strömläckage. Elektrolysörer innehåll- ande uppåt från 150 eller 1:.¿>.m-. zoo eller flera celler är emellertid möjliga inom denna teknik under användning av fin; tillgänglig likriktar- och transformatorteknologi. lO 15 20 25 BO 35 Ä0 8001377-4 En enskild elektrolyscell ll innehåller en fast polymer- elektrolytenhet 3l, som visas som en del av elektrolysören i fig. l, individuellt i fig. 2,ci partiell genomskärning i fig. 3 och med större förstoring i fig. 4 med katalysatorpartiklarna 37 och 43 överdrivna. Den fasta polymerelektrolytenheten 31 visas också scnematiskt 1 rig. 13 och 14.A particularly desirable cell structure is a bipolar electrolyzer in which an electrolyte in the form of a solid polymer is used. Fig. 1 is an exploded view of a bipolar electrolyzer with an electrolyte in the form of a solid polymer. The electrolyzer is shown with two electrolytic cells 11 and 13 with solid polymer. However, there may be many more such cells in the electrolyser 1. The limitation on the number of cells, l1 and 13, in the electrolyser 1 depends on the rectifier and transformer capacity and on the possibility of current leakage. Electrolysers containing upwards of 150 or 1: .¿> .m-. however, zoo or more cells are possible in this art using fine; available rectifier and transformer technology. A single electrolytic cell 11 contains a solid polymer electrolyte unit 31, which is shown as part of the electrolyzer in Fig. 1, individually in Fig. 2, in partial section in Fig. 3 and with a larger magnification in Fig. 4 with the catalyst particles 37 and 43 exaggerated. The solid polymer electrolyte unit 31 is also shown schematically in FIG. 13 and 14.

Den fasta polymerelektrolytenheten 31 innefattar ett perm- joniskt membran 33 med anodisk klorutvecklingskatalysator 37 på anodytan 35 av det permjoniska membranet 33 samt katodisk hydroxylutvecklingskatalysator 43 på katodytan 41 av det perm- joniska membranet 33.The solid polymer electrolyte unit 31 comprises a permionic membrane 33 with anodic chlorine evolution catalyst 37 on the anode surface 35 of the permionic membrane 33 and cathodic hydroxyl evolution catalyst 43 on the cathode surface 41 of the permionic membrane 33.

Cellgränserna kan för en mellanliggande cell i elektro- lysören 1 utgöras av ett par bipolära enheter 21, som även kallas bipolära stödplattor. I fallet första och sista cell i elektro- lysören, såsom cellerna ll och 13 visade i fig. l, är en bipolär enhet 2l ena gränsen pâ den individuella elektrolyscellen, medan ändplattan 71 är den motsatta gränsen för elektrolyscellen. Änd- plattan 71 har inloppsorgan 8la för tillförsel av saltlösning, utloppsorgan 8lb för avlägsnande av saltlösning, inloppsorgan lOla för tillförsel av vatten samt organ lOlb för avlägsnande av hydroxyllösning. När katoden är depolariserad, utnyttjas dess- utom tillförsel av oxidant, vilken emellertid ej är visad i före- liggande fall. Ändplattan 71 innefattar också strömtilledare 79.The cell boundaries for an intermediate cell in the electrolyser 1 can consist of a pair of bipolar units 21, which are also called bipolar support plates. In the case of the first and last cells of the electrolyser, such as cells 11 and 13 shown in Fig. 1, a bipolar unit 21 is one boundary of the individual electrolytic cell, while the end plate 71 is the opposite boundary of the electrolytic cell. The end plate 71 has inlet means 8la for supplying saline solution, outlet means 8lb for removing saline solution, inlet means 10a for supplying water and means 10b for removing hydroxyl solution. When the cathode is depolarized, the supply of oxidant is also used, which, however, is not shown in the present case. The end plate 71 also includes current conductor 79.

I fallet monopolär cell skulle ändenheterna vara ett par ändplattor 71 såsom beskrivits ovan. Ändplattan 71 och de bipolära enheterna 21 gör de enskilda cellerna gastäta och elektrolyttäta. Dessutom ger ändplattan 71 och de bipolära enheterna 21 elektrisk ledningsförmâga samt vid olika utföringsformer elektrolyttillförsel och gasutvinning.In the case of monopolar cell, the end units would be a pair of end plates 71 as described above. The end plate 71 and the bipolar units 21 make the individual cells gas-tight and electrolyte-tight. In addition, the end plate 71 and the bipolar units 21 provide electrical conductivity and in various embodiments electrolyte supply and gas recovery.

Den i fig. 7 och 8 visade bipolära enheten 21 har en anolytresistent yta 23 vänd mot den anodiska ytan 35 och den anodiska katalysatorn 37 i en cell ll. Den anolytresistenta ytan 35 kommer i kontakt med anolytvätskan och bildar gränsen för cellens anolytavdelning 39. Den bipolära enheten 21 har också en katolytresistent yta 25 vänd mot katodytan 41 och katodkata- lysatorn 43 i den fasta polymerelektrolyten 31 i närmast efter- följande cell 13 i elektrolysören l.The bipolar unit 21 shown in Figs. 7 and 8 has an anolyte-resistant surface 23 facing the anodic surface 35 and the anodic catalyst 37 in a cell II. The anolyte-resistant surface 35 contacts the anolyte liquid and forms the boundary of the anolyte compartment 39 of the cell. The bipolar unit 21 also has a catholyte-resistant surface 25 facing the cathode surface 41 and the cathode catalyst 43 in the solid polymer electrolyte 31 in the immediately following cell 13 in the electrolyzer. l.

Den anolytbeständiga ytan 23 kan vara tillverkad av en anodiskt oxidfilmbildande metall, dvs en metall, som bildar en syrabeständig oxidfilm, när den exponeras för vattenbaserade sura 10 15, 20 25 30 55 40 8001377-4 lösningar. De anodiskt oxidfilmbildande metallerna inkluderar titan, tantal, volfram, niob, hafnium och zirkonium samt lege- ringar av titan, såsom titan med yttrium, titan med palladium, titan med molybden och titan med nickel. Alt. kan den anolyt- beständiga ytan vara tillverkad av kisel eller en silicid.The anolyte-resistant surface 23 may be made of an anodic oxide-film-forming metal, i.e., a metal which forms an acid-resistant oxide film when exposed to aqueous acidic solutions. The anodic oxide film-forming metals include titanium, tantalum, tungsten, niobium, hafnium and zirconium, as well as alloys of titanium, such as titanium with yttrium, titanium with palladium, titanium with molybdenum and titanium with nickel. Alt. the anolyte-resistant surface may be made of silicon or a silicide.

Den bipolära enheten 21 kan vara tillverkad av två skivor, plattor eller laminat, 23 och 25. Den yta 23, som är vänd mot anolyten, kan vara tillverkad av en anodiskt oxidfilmbildande metall, såsom har beskrivits ovan. Enligt en utföringsform är emellertid den mot anolyten vända ytan 23 hos den bipolära enheten 21 tillverkad av en legering av en anodiskt oxidfilmbildande metall, som utmärkes av förbättrad resistens mot hydridbildning och spalt- korrosion.The bipolar unit 21 may be made of two sheets, plates or laminates, 23 and 25. The surface 23 facing the anolyte may be made of an anodic oxide film-forming metal, as described above. According to one embodiment, however, the anolyte-facing surface 23 of the bipolar unit 21 is made of an alloy of an anodic oxide film-forming metal, which is characterized by improved resistance to hydride formation and crevice corrosion.

En speciellt föredragen grupp av sådana legeringar är legeringar av titan och en eller flera sällsynta jordartsmetaller.An especially preferred group of such alloys are alloys of titanium and one or more rare earth metals.

Avsedda sällsynta jordartsmetaller inkluderar skandium, yttrium och lantaniderna. Lantaniderna är lantan, cerium, praseodymg neodym, prometium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dys- prosium, holmium, erbium, tulium, ytterbium och lutetium. När sålunda uttrycket “sällsynta jordartsmetaller" användes i före- liggande fall, är det avsett att innefatta skandium, yttrium och lantaniderna.Intended rare earth metals include scandium, yttrium and lanthanides. The lanthanides are lanthanum, cerium, praseodymium neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium and lutetium. Thus, when the term "rare earth metals" is used in the present case, it is intended to include scandium, yttrium and lanthanides.

Legeringsämnet för den sällsynta jordartsmetallen kan vara en eller flera sällsynta jordartsmetaller. Ex.vis kan det vara skandium eller yttrium eller cerium eller lantan eller lantan och yttrium eller lantan och cerium., Vanligtvis utgöres legerings- tillsatsen till den sällsynta jordartsmetallen av yttrium.The alloying element for the rare earth metal may be one or more rare earth metals. For example, it may be scandium or yttrium or cerium or lanthanum or lanthanum and yttrium or lanthanum and cerium. Usually, the alloying additive to the rare earth metal is yttrium.

Mängden legeringsämne av sällsynt jordartsmetall bör vara åtminstone en tröskelmängd, som är tillräcklig för att minska eller t.o.m. dominera upptagningen av väte av titanet. Denna är vanligen minst ca 0,01 viktprocent, även om mindre mängder har positiva effekter. Den maximala mängden legeringsämne av sällsynt jordartsmetall bör vara tillräckligt låg för att bildning av ett tvåfassystem i huvudsak skall undvikas. Generellt är den mindre än ca 2 viktprocent sällsynt jordartsmetall för de sällsynta jord- artsmetallerna yttrium, lantan, cerium, gadolinium och erbium, även om mängder upp till ca 4 eller t.o.m. 5 viktprocent därav kan tolereras utan ogynnsamma effekter, och mindre än ca 7 vikt- procent sällsynt jordartsmetall för de sällsynta jordartsmetallerna skandium och europium, även om mängder upp till 10 viktprocent kan igfiiëïïëfiï 10 15 20 25 50 55 40 8001377-4 tolereras utan skadliga effekter. Generellt gäller att mängden sällsynt jordartsmetall är från ca 0,01 till ca l viktprocent och företrädesvis från ca 0,015 till ca 0,05 viktprocent.The amount of rare earth metal alloying substance should be at least a threshold amount sufficient to reduce or even dominate the uptake of hydrogen by the titanium. This is usually at least about 0.01% by weight, although smaller amounts have positive effects. The maximum amount of rare earth metal alloying substance should be low enough to essentially avoid the formation of a two-phase system. In general, it is less than about 2% by weight of rare earth metal for the rare earth metals yttrium, lanthanum, cerium, gadolinium and erbium, although amounts up to about 4 or even 5% by weight of this can be tolerated without adverse effects, and less than about 7% by weight of rare earth metal for the rare earth metals scandium and europium, although amounts up to 10% by weight can be tolerated without harmful effects, mäng iëïïë fi ï 10 15 20 25 50 55 40 8001377-4 . In general, the amount of rare earth metal is from about 0.01 to about 1 weight percent and preferably from about 0.015 to about 0.05 weight percent.

Titanlegeringen kan också innehålla olika föroreningar utan skadlig effekt. Dessa föroreningar inkluderar järn i mäng- der, som normalt ligger över ca 0,01% eller t.o.m. 0,l% samt ofta så höga som 1%, vanadin och tantal i mängder upp till ca 0,l% eller t.o.m. 1%, syre i mängder upp till ca 0,1 viktprocent samt kol i mängder upp till ca 0,1 viktprocent. d Alt. kan den mot anolyten vända ytan 23 hos den bipolära enheten vara en isomorf beta-faslegering av titan med molybden eller en isomorf legering av titan med annan övergångsmetall, såsom palladium, nickel och järn, t.ex. när fiärnhalten är mindre än 0,015 viktprocent. Isomorfa legeringar av titan och ovanstå- ende övergångsmetaller ger förbättrad beständighet mot spalt- korrosion och väteupptagning. Mängden av övergångsmetallen, dvs järn, nickel, palladium eller molybden, bör vara tillräckligt hög för att beständigheten mot spaltkorrosion skall förbättras liksom även beständigheten mot väteupptagning men tillräcklig låg för att man skall undvika bildning av en andra fas.The titanium alloy can also contain various impurities without harmful effect. These pollutants include iron in amounts that are normally above about 0.01% or even 0.1% and often as high as 1%, vanadium and tantalum in amounts up to about 0.1% or even 1%, oxygen in amounts up to about 0.1% by weight and carbon in amounts up to about 0.1% by weight. d Alt. the anolyte-facing surface 23 of the bipolar moiety may be an isomorphic beta-phase alloy of titanium with molybdenum or an isomorphic alloy of titanium with other transition metal, such as palladium, nickel and iron, e.g. when the iron content is less than 0.015% by weight. Isomorphic alloys of titanium and the above transition metals provide improved resistance to crevice corrosion and hydrogen uptake. The amount of the transition metal, ie iron, nickel, palladium or molybdenum, should be high enough to improve the resistance to crevice corrosion as well as the resistance to hydrogen uptake but low enough to avoid the formation of a second phase.

Den katolytresistena ytan 25 kan vara tillverkad av vilket som helst material, som är resistent mot konc. kaustiklösningar innehållande antingen syre eller väte eller båda delarna. Sådana material inkluderar järn, stål, rostfritt stål och liknande.The catholyte-resistant surface 25 can be made of any material which is resistant to conc. caustic solutions containing either oxygen or hydrogen or both. Such materials include iron, steel, stainless steel and the like.

De båda organen 23 och 25 i den bipolära enheten 21 kan vara skivor av titan och järn eller skivor av de övriga av de ovan angivna materialen, och det kan dessutom finnas en väte- barriär anordnad mellan anodytan 25 och katodytan 25, varigenom man undviker transport av väte genom katodytan 25 i en bipolär enhet till anodytan 23 i den bipolära enheten.The two members 23 and 25 of the bipolar unit 21 may be sheets of titanium and iron or sheets of the other of the above materials, and in addition there may be a hydrogen barrier arranged between the anode surface 25 and the cathode surface 25, thereby avoiding transport. of hydrogen through the cathode surface 25 in a bipolar unit to the anode surface 23 in the bipolar unit.

Vätebarriären eller vätespärrskiktet, som är anordnad (anordnat) mellan anodytan 25 och katodytan 25 i den bipolära en- heten 21, är ett material, som hindrar väteflödet, t.ex. ett material med låg vätelöslighet eller -permeabilitet. Vätebarri- ären kan vara ett icke ledande material, såsom silikater och glassuter, organiska hartser och färger. Alt. kan metaller med vätebarriäregenskaper användas. _Lämpliga resultat kan erhållas med vanadin, krom, mangan, kobolt, nickel, koppar, zink, niob, molybden, silver, kadmium, rodium, tantal , volfram, iridium och guld. Bäst vätebarriärresultat erhålles när vätebarriärbelägg- i i íàooiz QUALITY 10 15 20 25 30 35 40 3001377-4 ningen är molybden, rodium, iridium, silver, guld, mangan, zink, kadmium, bly, koppar eller volfram. Speciellt föredragen är koppar.The hydrogen barrier or hydrogen barrier layer, which is arranged (arranged) between the anode surface 25 and the cathode surface 25 in the bipolar unit 21, is a material which impedes the flow of hydrogen, e.g. a material with low hydrogen solubility or permeability. The hydrogen barrier can be a non-conductive material, such as silicates and glass suites, organic resins and paints. Alt. metals with hydrogen barrier properties can be used. Suitable results can be obtained with vanadium, chromium, manganese, cobalt, nickel, copper, zinc, niobium, molybdenum, silver, cadmium, rhodium, tantalum, tungsten, iridium and gold. The best hydrogen barrier result is obtained when the hydrogen barrier coating is molybdenum, rhodium, iridium, silver, gold, manganese, zinc, cadmium, lead, copper or tungsten. Especially preferred are copper.

Vätebarriären kan utgöras av ett ark eller en platta. Alt. kan den vara en avsatt film eller beläggning. Enligt ännu en annan utföringsform kan vätebarriären vara detonationspläterad på ett av eller båda organen i den bipolära enheten 21.The hydrogen barrier can be a sheet or a plate. Alt. it may be a deposited film or coating. According to yet another embodiment, the hydrogen barrier may be detonation plated on one or both members of the bipolar unit 21.

Enligt en alternativ variant visad i fia. 9 och 10 passerar värmeväxlarledningar 121 genom den bipolära enheten 21.According to an alternative variant shown in fia. 9 and 10, heat exchanger lines 121 pass through the bipolar unit 21.

Dessa värmeväxlingsledningar 121 transporterar kall vätska eller kall gas för extraktion av värme från elektrolysören, t.ex. I2R- alstrad värme liksom även reaktionsvärme. Detta möjliggör använd- ning av ett lägre tryck när elektrolysören står under tryck, såsom när flytande klor är den önskade produkten eller när syre till- föres under tryck, eller båda delarna.These heat exchange lines 121 transport cold liquid or cold gas for extraction of heat from the electrolyzer, e.g. I2R-generated heat as well as reaction heat. This enables the use of a lower pressure when the electrolyser is under pressure, such as when liquid chlorine is the desired product or when oxygen is supplied under pressure, or both.

Enligt ännu en annan variant av den bipolära elekt- ' rolysören med fast polymerelektrolyt, vilken utföringsform visas i fig. ll och 12, utövar den bipolära enheten 21 elektrolyttill- försel- och -fördelningsfunktion. Förutom eller istället för fördelningsanordningen 51 sträcker sig sålunda ledningen 133 från röret l15a till det inre av den bipolära enheten 21 och därefter till ett poröst eller öppet element 131, som fördelar elektrolyten.According to yet another variant of the bipolar solid polymer electrolyte electrolyzer, which embodiment is shown in Figs. 11 and 12, the bipolar unit 21 performs electrolyte supply and distribution function. Thus, in addition to or instead of the distribution device 51, the conduit 133 extends from the tube 11a to the interior of the bipolar unit 21 and then to a porous or open element 131, which distributes the electrolyte.

Analogt för den motsatta elektrolyten sker tillförsel genom rör 143 till en porös eller öppen yta 141 på den motsatta ytan avi bipolära enheten.Analogously to the opposite electrolyte, supply is made through tubes 143 to a porous or open surface 141 on the opposite surface of the bipolar unit.

De enskilda elektrolyscellerna 11 och 13 i den bipolära elektrolysören 1 innefattar även fördelningsorgan 51, som kan vara anordnat eller anordnade mellan ändarna på cellen, dvs mellan den bipolära enheten 21 eller ändväggen 71 och den fasta polymer- elektrolyten 31. Detta fördelningsorgan visas i fig. 1 och individuellt i fig. 5 och 6 med katolytvätskeledningarna 105a och lO5b samt katolyttillförseln llla och katolytutmatningen lllb.The individual electrolysis cells 11 and 13 in the bipolar electrolyzer 1 also comprise distribution means 51, which may be arranged or arranged between the ends of the cell, i.e. between the bipolar unit 21 or the end wall 71 and the solid polymer electrolyte 31. This distribution means is shown in fig. 1 and individually in Figs. 5 and 6 with the catholyte liquid lines 105a and 105b and the catholyte supply 11a and the catholyte outlet 11b.

Fördelningsorganets 51 periferivägg 53 visas som en cirkulär ring. Den gör såväl elektrolysören 1 som cellerna 11 och 13 elektrolyttäta och gastäta.The peripheral wall 53 of the distributor 51 is shown as a circular ring. It makes the electrolyzer 1 as well as the cells 11 and 13 electrolyte-tight and gas-tight.

Packningen, som kan vara kaustikbeständig eller natrium- hydroxidbeständig, såsom packning 55, eller beständig mot sur- gjord klorerad saltlösning och klor, såsom packning 57, är före- trädesvis elastisk eller àtergående, ledande och i huvudsak icke- katalytísk. Detta innebär att katolytenhetens packning 55 i 10 15 20 25 35 9 8001577-4 katolytavdelningen 45 har högre väteutvecklings- eller hydroxyl- jonutvecklingsöverspänning än katodkatalysatorn 43, varigenom man undviker elektrolytisk utveckling av katodprodukt därpå. På liknande sätt har packningen 57 i anolytavdelningen 59 högre klorutvecklingsöverspänning och högre syreutvecklingsöverspänning än anodkatalysatorn 57, varigenom man undviker utveckling av klor eller syre därpå.The gasket, which may be caustic resistant or sodium hydroxide resistant, such as gasket 55, or resistant to acidified chlorinated brine and chlorine, such as gasket 57, is preferably elastic or recurrent, conductive and substantially non-catalytic. This means that the gasket 55 of the catholyte unit in the catholyte compartment 45 has a higher hydrogen evolution or hydroxyl ion evolution overvoltage than the cathode catalyst 43, thereby avoiding electrolytic evolution of cathode product thereon. Similarly, the gasket 57 in the anolyte compartment 59 has higher chlorine evolution overvoltage and higher oxygen evolution overvoltage than the anode catalyst 57, thereby avoiding the development of chlorine or oxygen thereon.

Packningen 55 och 57 bidrar till att leda ström från gränsen av cellen, såsom den bipolära enheten 21 eller ändplattan 71, till den fasta polymerelektrolyten 51. Detta nödvändiggör hög elektrisk ledningsförmåga. Denna strömledning utföres sam- tidigt som man undviker produktutveckling därpå, såsom har be- skrivits ovan. På liknande sätt måste materialet ha ett minimum av kontaktresistans vid den fasta polymerelektrolyten 51 och vid gränserna för den enskilda cellen ll, t.ex. ändväggen 71 eller den bipolära enheten 21.Gaskets 55 and 57 help conduct current from the boundary of the cell, such as the bipolar unit 21 or end plate 71, to the solid polymer electrolyte 51. This necessitates high electrical conductivity. This power line is made at the same time as product development is avoided thereon, as has been described above. Similarly, the material must have a minimum of contact resistance at the solid polymer electrolyte 51 and at the boundaries of the individual cell 11, e.g. the end wall 71 or the bipolar unit 21.

I Vidare fördelar och diffunderar fördelningspackningen 55, 57, elektrolyten i anolytavdelningen 59 eller katolytavdelningen 45, varigenom man undviker koncentrationspolarisation, uppbyggnad av stillastående gas och vätskefickor samt uppbyggnad av fasta avsättningar, såsom kaliumhydroxid- eller natriumhydroxid- avsättningar.Furthermore, the distribution gasket 55, 57 distributes and diffuses the electrolyte in the anolyte compartment 59 or the catholyte compartment 45, thereby avoiding concentration polarization, building up of stationary gas and liquid pockets and building up solid deposits, such as potassium hydroxide or sodium hydroxide deposits.

Packningen 55, 57 kan vara kol, t.ex. i form av grafit, kolfilt, kolfibrer, porös grafit, aktivt kol eller liknande.The gasket 55, 57 may be carbon, e.g. in the form of graphite, carbon felt, carbon fibers, porous graphite, activated carbon or the like.

Alt. kan packningen vara en metallfilt, en metallfiber, en metall- svamp, metallgaller, grafitgaller, metallnät, grafitnät eller klämmer eller fjädrar eller liknande, varvid sådana klämmor eller fjädrar ligger an mot den fasta polymerelektrolyten och mot den bipolära enheten 21 i ändplattan 71.Alt. the gasket may be a metal blanket, a metal fiber, a metal sponge, metal grid, graphite grid, metal mesh, graphite mesh or clamps or springs or the like, such clamps or springs abutting the solid polymer electrolyte and the bipolar unit 21 in the end plate 71.

Enligt ännu en annan variant kan strömtilledaren och ström- fördelningsorganet 51, som ger elektrisk kontakt mellan cellväggar- na 21,71, och den fasta polymerelektrolyten 51, vara ett ark av fint trådgaller eller -nät, som vilar på katalysatorn 37,33, samt elek- triskt och mekaniskt i serie med cellens 11 ändväggar 21,71. De elektriska och mekaniska anslutningsorganen kan utgöras av första och andra fjädrande metallorgan, varvid det första fjädrande metaller- ganet ligger an mot katalysatorn 37,33, och det andra fjädrande metall- organet ligger an mot cellens ändvägg 21,71. De båda fjädrande metall- organen är avlägsningsbart förenade. Detta innebär att de kan POOR QUALITY. lO 15 20 25 50 35 40 _ fsion av fördelningsorganen 55 och 57. 8001377-4 10 ligga an mot varandra under kompression, eller också kan de klämmas ihop. Alt. kan packningen 51, 57, vara en packning såsom ringar, sfärer, cylindrar eller liknande, vilka är tätpackade så att man erhåller hög ledningsförmåga och låg elektrisk kontaktresistans.According to yet another variant, the current conductor and the current distribution means 51, which provide electrical contact between the cell walls 21,71, and the solid polymer electrolyte 51, may be a sheet of fine wire mesh or mesh resting on the catalyst 37,33, and electrically and mechanically in series with the cell's 11 end walls 21.71. The electrical and mechanical connecting means may be constituted by first and second resilient metal means, the first resilient metal means abutting the catalyst 37,33, and the second resilient metal member abutting the end wall 21,71 of the cell. The two resilient metal members are removably connected. This means they can POOR QUALITY. The distribution means 55 and 57. abut each other during compression, or they may be clamped together. Alt. the gasket 51, 57, may be a gasket such as rings, spheres, cylinders or the like, which are tightly packed so as to obtain high conductivity and low electrical contact resistance.

Enligt en variant kan saltlösningstillförselled- ningen 87a och saltlösningsutmatningsledningen 87b liksom även tillförselledningen llla för vatten och oxidant samt utmatnings- ledningen lllb för katolytvätska kombineras med fördelningsorgan 51, 51. Vid denna variant utbreder sig tillförselled- arna 87a och llla in i packningen 55 och 57, medan utmatningsled- ningarna 87b och lll b sträcker sig utåt från packningen 55 och 57.According to a variant, the saline supply line 87a and the saline discharge line 87b as well as the supply line 11a for water and oxidant and the discharge line 11b for catholyte liquid can be combined with distribution means 51, 51. In this variant, the supply lines 87a and 11a extend into the packing 55 and 57 , while the discharge lines 87b and lll b extend outwards from the gasket 55 and 57.

Enligt en alt- variant kan reagenstillförseln och - produktutvinningen ske via en mikroporös fördelningsanordning, t.ex. mikroporösa hydrofila eller mikroporösa hydrofoba filmer, som vilar mot den fasta polymerelektrolyten 51 och under kompres- Vid en utföringsform där tillförseln sker till mikroporösa filmer på den fasta polymer- elektrolyten 51, kan katalysatorpartiklarna 57 och 45 finnas så- väl i den mikroporösa filmen som på ytan av den fasta polymer- elektrolyten 55 och 41.According to an alternative variant, the reagent supply and product recovery can take place via a microporous distribution device, e.g. microporous hydrophilic or microporous hydrophobic films, which rest against the solid polymer electrolyte 51 and during compression. In an embodiment where the supply is to microporous films on the solid polymer electrolyte 51, the catalyst particles 57 and 45 may be present in the microporous film as well as in the surface of the solid polymer electrolyte 55 and 41.

Såsom har beskrivits ovan, innefattar de enskilda elektro- lyscellerna ll och 15 med fast polymerelektrolyt den fasta polymer- elektrolyten 51 med ett permjoniskt membran 55, på vars anodyta 55 det finns anodkatalysator 57 och på vars katodyta 41 det finns katodkatalysator 45. Cellens gränser kan utgöras av en bipolär enhet 21 eller en ändplatta 71, varvid den elektriska kontakten mellan gränserna och den fasta polymerelektrolyten 51 sker via fördelningsorgan 51. Vidare finns reagenstillförselledningar 87a och llla samt produktutmatningsledningar 87b och lllb. Dessutom måste det finnas organ för åstadkommande och upprätthållande av en elektrolyttät och gastät tätning, såsom packning 61. Även om packningen 61 endast visas mellan väggarna 71 och de bipolära en- heterna 21 och fördelningsorganen 51, är det underförstått att ytterligare eller alternativa packning(ar) 61 kan anordnas mellan fördelningsorganen 51 och den fasta polymerelektrolyten 51.As described above, the individual solid polymer electrolyte electrolysis cells 11 and 15 comprise the solid polymer electrolyte 51 having a permionic membrane 55, on whose anode surface 55 there is anode catalyst 57 and on whose cathode surface 41 there is cathode catalyst 45. The boundaries of the cell may consists of a bipolar unit 21 or an end plate 71, the electrical contact between the boundaries and the solid polymer electrolyte 51 taking place via distribution means 51. Furthermore, there are reagent supply lines 87a and 11a and product discharge lines 87b and 11b. In addition, there must be means for providing and maintaining an electrolyte-tight and gas-tight seal, such as gasket 61. Although gasket 61 is shown only between the walls 71 and the bipolar units 21 and the distribution means 51, it is understood that additional or alternative gasket (s) 61 can be arranged between the distribution means 51 and the solid polymer electrolyte 51.

Packningar i kontakt med anolytavdelningen 59 bör vara tillverkade av något material som är resistent mot surgjord, klorerad saltlösning liksom även mot klor. Sådana material inklu- derar ofyllt silikongummi liksom även olika fjädrande eller elastiska fluorkolvätematerial. 10 15 20 25 BO 55 40 ll 8001377-4 Packningarna 61 i kontakt med katolytavdelningen 45 kan vara tillverkade av något material, som är resistent mot konc. kaustiksoda eller natriumhydroxid.Gaskets in contact with the anolyte compartment 59 should be made of any material that is resistant to acidified, chlorinated brine as well as to chlorine. Such materials include unfilled silicone rubber as well as various resilient or elastic fluorocarbon materials. 10 15 20 25 BO 55 40 ll 8001377-4 The gaskets 61 in contact with the catholyte compartment 45 may be made of any material which is resistant to conc. caustic soda or sodium hydroxide.

Ett speciellt tillfredsställande flödessystem visas gene- rellt i fig. 1, där saltlösningen matas till elektrolysören 1 via saltlösningsinloppet 81a i ändenheten 71, t.ex. med ett hydro- statiskt huvud. Saltlösningen passerar därefter genom ledning 85a i 0-ringen eller packningen 61 till och genom ledningen 85a i fördelningsanordningen 51 på cellens ll katodsida 45 och sedan till och genom ledningen 89a i den fasta polymerenheten 51 till den anodiska fördelningsanordningen 51 på anodsidan 55 av den fasta polymeren 51 i den elektrolytiska cellen ll. Vid fördel- ningsanordningen 51 finns en T-öppning och utlopp med ledningen 9la passerande genom fördelningsanordningen 51 samt utlopp 87a som avger elektrolyt till anolytkammaren. Flödet fortsätter där- efter fràn ledning 9la i fördelningsanordningen 51 till ledning 95a i nästa O-ring eller packning genom ledning 95a i den bipolära enheten 21 och därefter till nästföljande cell 15, där fluidum- strömningen är i huvudsak såsom beskrivits ovan. saltlösning distribueras medelst packningen 57 i fördelningsanordningen 51 inuti anolytavdelningen 59. Genom distribueringen av saltlös- ningen svepes klor från den anodiska ytan 55 och den anodiska katalysatorn 57, varigenom klorstagnation undvikes.A particularly satisfactory flow system is generally shown in Fig. 1, where the brine is fed to the electrolyzer 1 via the brine inlet 81a in the end unit 71, e.g. with a hydrostatic head. The saline solution then passes through line 85a in the O-ring or gasket 61 to and through line 85a in the distributor 51 on the cathode side 45 of the cell 11 and then through line 89a in the solid polymer unit 51 to the anodic distributor 51 on the anode side 55 of the solid polymer. 51 in the electrolytic cell ll. At the distribution device 51 there is a T-opening and outlet with the line 9la passing through the distribution device 51 and outlet 87a which delivers electrolyte to the anolyte chamber. The flow then continues from line 9la in the distributor 51 to line 95a in the next O-ring or packing through line 95a in the bipolar unit 21 and then to the next cell 15, where the fluid flow is substantially as described above. saline solution is distributed by means of the gasket 57 in the distribution device 51 inside the anolyte compartment 59. Through the distribution of the saline solution, chlorine is swept from the anodic surface 55 and the anodic catalyst 57, whereby chlorine stagnation is avoided.

Den utarmade saltlösningen uttages genom utlopp 87b i fördelningsanordningen 51 till àterföringsledningen 9lb, t.ex. medelst partiellt vakuum eller reducerat tryck. Återföringen sker sedan genom àterföringsledningen 89b i den fasta polymer- elektrolytenheten 51, ledningen 85b i den katodiska fördelninge- anordningen 51, ledningen 85 b i O-ringen eller tätningen 61 till utloppet 8lb, där den utarmade saltlösningen utvinnes från elekt- rolysören 1.The depleted saline solution is taken out through outlet 87b in the distribution device 51 to the return line 91b, e.g. by means of partial vacuum or reduced pressure. The return then takes place through the return line 89b in the solid polymer electrolyte unit 51, the line 85b in the cathodic distribution device 51, the line 85b in the O-ring or the seal 61 to the outlet 8lb, where the depleted saline solution is recovered from the electrolyser 1.

Vatten och oxidant kommer in i elektrolysören 1 genom in- lopp lOla i ändenheten 71. Vattnet och oxidanten fortsätter sedan genom ledning lO5a i O-ringen eller tätningen öl till ledning lO5a och "T" i den katodiska fördelningsanordningen 51 på cellens 11 katodsida 45. fr-utloppet inkluderar ledning 1o5a een ledning llla. Vatten och oxidant avges via utloppet llla i ringen 55 hos fördelningsanordningen 51 till den katolytbeständiga pack- ningen 55 inuti katoiytkammaren 45 i cellen 11. ceiivätekan, dvs den vattenbaserade alkalimetallhydroxiden, sàsom_natrium- m-"fl-*trooa QUALIW-i- ~ 10 15 20 25 30 35 40 8001377-4 12 hydroxid eller kaliumhydroxid, utvinnes från den katodiska ytan 41 av det fasta polymerelektrolyt-permjoniska membranet 53 medelst det vatten, som inmatas i cellen ll. När oxidant är närvarande, utvinnes vätska genom utloppet 111b. När det inte finns någon oxi- dant, kan vätska utvinnas genom 111b. Även om elektrolysören visas med gemensam tillförsel av oxidant och vatten och med gemensam utvinning för gas och vätska, kan det finnas tre rörledningar,llla, lllb och en tredje rör- ledning, som ej är visad, för vattentillförsel, oxidanttillförsel resp. vätskeutvinning. Alt. kan det föreligga tre ledningar llla, lllb och en tredje ej visad ledning, för vattentillförsel, vätske- utvinning resp. gasutvinning. i För att återgå till de totala flödena i elektrolysören 1 gäller att ledning lO5a fortsätter till ledning lO7a i den fasta polymerelektrolytenheten 31 till ledning lO9a i den anodiska för- ' delningsanordningen 51, som fortsätter genom till ledning llša i O-ringen eller packningen 61 och därefter till ledningen ll5a i den bipolära enheten 21, där samma väg genom den individuella cellen 15 följes som i cell ll. Pâ motsvarande sätt kan nätverket fortsätta i ytterligare celler.Water and oxidant enter the electrolyzer 1 through inlet 10a1a in the end unit 71. The water and oxidant then continue through line 105a in the O-ring or seal beer to line 10aa and "T" in the cathodic distribution device 51 on the cathode side 45 of the cell 11. fr-outlet includes line 1o5a een line llla. Water and oxidant are delivered via the outlet 11a in the ring 55 of the distributor 51 to the catholyte-resistant gasket 55 inside the catholyte chamber 45 in the cell 11. The cesium hydrogen, i.e. the aqueous alkali metal hydroxide, such as sodium m-"fl- * trooa QUALIW-i- ~ 10 Hydroxide or potassium hydroxide, is recovered from the cathodic surface 41 of the solid polymer electrolyte permionic membrane 53 by means of the water fed into the cell 11. When oxidant is present, liquid is recovered through the outlet 111b. If there is no oxidant, liquid can be recovered through 111b. Although the electrolyzer is shown with a common supply of oxidant and water and with a common recovery for gas and liquid, there may be three pipelines, llla, lllb and a third pipeline, which is not shown, for water supply, oxidant supply or liquid recovery, alternatively there may be three lines 11a, 11b and a third line not shown, for water supply, liquid recovery or ga. recovery. To return to the total flows in the electrolyzer 1, line 105a continues to line 107a in the solid polymer electrolyte unit 31 to line 107a in the anodic distribution device 51, which continues through to line 11a in the O-ring or gasket 61 and then to the line 115a in the bipolar unit 21, where the same path through the individual cell 15 is followed as in cell 11. Similarly, the network can continue in additional cells.

Utvinningen av produkt visas ske från fördelningsanord- ningen 51 genom utloppet lllb till ledningen l05b och därefter till ledning l05b i O-ringen eller packningen 61 till utloppet lOlb i ändväggen 71. Även om flödet har beskrivits till och genom fördelninge- anordningar 5l, såsom har beskrivits ovan, kan flödet även ske genom andra vägar. Ex.vis kan inloppet eller utloppet eller båda delarna finnas i den bipolära enheten 21, vilken skulle uppbära porös film eller utloppsrör från enheten 21. Alt. kan inloppet eller.utloppet eller båda delarna utgöra en del av den fasta polymerelektrolytenheten 51. 10 15 20 25 30 55 40 13 som Under det att flödet har beskrivits såsom varande parallellt 1377-4 med varje enskild cell ll och 13, kan det även vara ett serieflöde.The recovery of product is shown to take place from the distribution device 51 through the outlet 11b to the line 105b and then to line 105b in the O-ring or the gasket 61 to the outlet 10b in the end wall 71. Although the flow has been described to and through distribution devices 51, as has described above, the flow can also take place by other means. For example, the inlet or outlet or both may be located in the bipolar unit 21, which would support porous film or outlet pipes from the unit 21. Alt. the inlet or the outlet or both parts may form part of the solid polymer electrolyte unit 51. While the flow has been described as being parallel 1377-4 to each individual cell 11 and 13, it may also be a series flow.

När man använder ett serieflöde av saltlösningen, kan T-et, ut- lopp 87-ledning 91, vara ett L snarare än ett T.When using a series flow of the brine, the T, outlet 87 line 91, may be an L rather than a T.

Vid en utförings- form där serieflöde användes, förekommer lägre saltlösningsut- armning i varje cell, varvid partiellt utarmad saltlösning från en cell matas till nästföljande cell för ytterligare partiell utarmning.In one embodiment where serial flow is used, lower saline depletion occurs in each cell, with partially depleted saline from one cell being fed to the next cell for further partial depletion.

På motsvarande sätt gäller att, när det föreligger ett serieflöde av katolytvätska, T-et, ledning l05-utlopp lll, kan vara ett L.Correspondingly, when there is a series flow of catholyte liquid, the T, line 105 outlet III, may be an L.

När serieflöde utnyttjas, kan flödet ske i medström med höga natrium- eller höga kaliumjonkoncentrationgradienter över den fasta polymerelektrolyten 33.eller i motström med lägre natrium- eller kaliumjonkoncentrationgradienter över de individuella fasta polymerelektrolytenheterna 31.When series flow is utilized, the flow may occur in cocurrent with high sodium or high potassium ion concentration gradients across the solid polymer electrolyte 33.or in countercurrent with lower sodium or potassium ion concentration gradients over the individual solid polymer electrolyte units 31.

Den bipolära elektrolysören kan vara antingen horisontellt ' eller vertikalt anordnad, dvs den bipolära elektrolysören 1 kan ha en fast polymerelektrolytenhet 31 med antingen ett horisontellt membran 33 eller ett vertikalt membran 33.The bipolar electrolyzer can be either horizontally or vertically arranged, i.e. the bipolar electrolyzer 1 can have a solid polymer electrolyte unit 31 with either a horizontal membrane 33 or a vertical membrane 33.

Företrädesvis är mem- branet 33 horisontellt med den anodiska ytan 35 ovanpå det perm- joniska membranet 33 och den katodiska ytan 41 på bottnen av det permjoniska membranet 33. olika fördelar. upp genom anolytavdelningen 39.Preferably, the membrane 33 is horizontal with the anodic surface 35 on top of the permionic membrane 33 and the cathodic surface 41 on the bottom of the permionic membrane 33. various advantages. up through the anolyte compartment 39.

En horisontell utformning erbjuder Vid drift under lågt tryck strömmar klorbubblor I katolytavdelningen 45 förhind- rar den horisontella konfigurationen uppbyggnad av koncentrerad alkalimetallhydroxid på bottenytan 41 av det permjoniska mem- branet 33, samtidigt som den tillåter bottenytan 41 av det perm- joniska membranet 33 att vätas med alkalimetallhydroxid.A Horizontal Design Offers When operating under low pressure, chlorine bubbles flow in the cathode surface compartment 45, the horizontal configuration prevents the build-up of concentrated alkali metal hydroxide on the bottom surface 41 of the permionic membrane 33, while allowing the bottom surface 41 of the permionic membrane 33 to be wetted. with alkali metal hydroxide.

Dess- utom gäller att, när oxidant är närvarande, speciellt gasformig oxidant, den horisontella konfigurationen tillåter oxidanten att föreligga i kontakt med det katodiska ytan 41 av det permjoniska membranet 33.In addition, when oxidant is present, especially gaseous oxidant, the horizontal configuration allows the oxidant to be in contact with the cathodic surface 41 of the permionic membrane 33.

Den fasta polymerelektrolyten 31 innehåller ett perm- joniskt membran 33.The solid polymer electrolyte 31 contains a permionic membrane 33.

Det permjoniska membranet 33 bör vara kemiskt resistent, katjonselektivt, med anodisk klorutvecklingskatalysator 37 på anodytan 35 och katodisk hydroxylutvecklingskatalysator 43 på katodytan 41 därav.The permionic membrane 33 should be chemically resistant, cation-selective, with anodic chlorine evolution catalyst 37 on the anode surface 35 and cathodic hydroxyl evolution catalyst 43 on the cathode surface 41 thereof.

Det permjoniska fluorkolvätehartsmembran 33, som användes '_för att åstadkomma den fasta polymerelektrolyten 31, utmärkes av närvarofavïkationselektiva jonbytargrupper, jonbytarkapacitet hos 10 15 20 25 30 35 Ä0 ' A, bunden till en kolatom, som är bunden till en fluoratom. lä 8001377-4 membranet, koncentration av jonbytargrupper i membranet på basis av vatten absorberat i membranet samt glasövergàngstemperaturen för membranmaterialet.The permionic fluorocarbon resin membrane 33 used to provide the solid polymer electrolyte 31 is characterized by the presence of evaporation-selective ion exchange groups, ion exchange capacity of 10 Å, bonded to a carbon atom bonded to a fluorine atom. lä 8001377-4 membrane, concentration of ion exchange groups in the membrane on the basis of water absorbed in the membrane and the glass transition temperature of the membrane material.

De här avsedda fluorkolvätehartserna uppvisar enheterna: % CF2-CXX'è och ~(- cnz-c-Xè Y vari x är -F, -cl, -H eller -crf X' är -F, -cl, -H, -crj eller cr (cF2)m-; m är ett helt-al av 1-5; een Y är -A, -ø-A, -P-A, eller -o-(cF2)n (P, Q, n)-A.The fluorocarbon resins referred to herein have the units:% CF2-CXX'è and ~ (- cnz-c-Xè Y wherein x is -F, -cl, -H or -crf X 'is -F, -cl, -H, - crj or cr (cF2) m-; m is an integer of 1-5; one Y is -A, -ø-A, -PA, or -o- (cF2) n (P, Q, n) - A.

I enheten (P, Q, n) är P -(cH2)a(c>o<')b(cF2)c, Q är (-CF2-O-CXX')d, R är (-CXX'-O-CF2)e och (P, Q, R) innehåller en eller flera av P, Q, R. ø är fenylengruppen; n är O eller l; a, b, c, d och e är heltal av O-6. . ' De typiska grupperna för Y har strukturen med syragruppen, 4 V Dessa inkluderar {CF2àkA, och sidokedjor med eterlänkar, såsom: éO--éCFaà-XA, {--0-CF2-?FàyA, éO-CFg-slFàxšO-CFa-CFgåyA och Z Z -O-CF2{CF2-O-§F§X{CF2åy{CF2-O-?F)ZA ; vari x,y och z är resp.In the unit (P, Q, n), P is - (cH2) a (c> o <') b (cF2) c, Q is (-CF2-O-CXX') d, R is (-CXX'-O -CF 2) e and (P, Q, R) contain one or more of P, Q, R. ø is the phenylene group; n is 0 or 1; a, b, c, d and e are integers of O-6. . The typical groups for Y have the structure with the acid group, 4 V. These include {CF2àkA, and side chains with ether linkages, such as: éO - éCFaà-XA, {--0-CF2-? FàyA, éO-CFg-slFàxšO-CFa- CFgåyA and ZZ -O-CF2 {CF2-O-§F§X {CF2åy {CF2-O-? F) ZA; wherein x, y and z are resp.

- Z B l till 10; Z och R är resp. -F eller en Cl-C10-perfluoralkylgrupp, och A är den nedan definierade syragruppen.- Z B 1 to 10; Z and R are respectively. -F or a C1-C10 perfluoroalkyl group, and A is the acid group defined below.

I fallet sampolymerer med de ovan beskrivna olefiniska och olefin-syraenheterna är det föredraget att ha 1-40 molprocent och i synnerhet 3-20 molprocent, av olefin-syraenheterna vid framställning av ett membran, som uppvisar en jonbytarkapacitet inom det önskade området.In the case of copolymers with the olefinic and olefinic acid units described above, it is preferred to have 1-40 mole percent and especially 3-20 mole percent, of the olefinic acid units in the preparation of a membrane which exhibits an ion exchange capacity within the desired range.

A är en karboxylsyragrupp -COOH ,m_ eller en funktionell grupp, som kan omvandlastill -COOH genom hydrolys eller genom neutralisation, såsom -CN, -COF, -COCl, -COORI, -COOM, -CONRERB; Rl är en Cl-Cl0- alkylgrupp och R2 och R3 är antingen väte eller Cl-ClO-alkyl- grupper, inkluderande perfluoralkylgrupper, eller båda delarna.A is a carboxylic acid group -COOH, m- or a functional group which can be converted to -COOH by hydrolysis or by neutralization, such as -CN, -COF, -COCl, -COORI, -COOM, -CONRERB; R 1 is a C 1 -C 10 alkyl group and R 2 and R 3 are either hydrogen or C 1 -C 10 alkyl groups, including perfluoroalkyl groups, or both.

M är väte eller en alkalimetall; när M är en alkalimetall, är den allra helst natrium eller kalium.M is hydrogen or an alkali metal; when M is an alkali metal, it is most preferably sodium or potassium.

Vid den utföringsform av föreliggande uppfinning där A är -CONR2R5 och där R och R är väte, eller en Cl-C10-alkylgrupp, inkluderande en perfluoralkylgrupp, kan det permjoniska membranets 10 15 20 25 30 35 Ä0 15 8001377-4 33 katodyta 41 ha jonbytargrupperna i karboxylsyraform, under det att den anodiska ytan av det permjoniska membranet har Jonbytar- grupperna i amid- eller N-substituerad amidform. Anordnandet av amidgrupper eller N-substituerade amidgrupper på anodytan 35 av det permjoniska membranet 33 bidrar till att göra den katodiska ytan 35 hydrofob. Detta förhindrar klorstagnation pà membranet 33.In the embodiment of the present invention where A is -CONR 2 R 5 and where R and R are hydrogen, or a C 1 -C 10 alkyl group, including a perfluoroalkyl group, the cathode surface of the permionic membrane may be 41 ha the ion exchange groups in carboxylic acid form, while the anodic surface of the permionic membrane has the ion exchange groups in amide or N-substituted amide form. The arrangement of amide groups or N-substituted amide groups on the anode surface 35 of the permionic membrane 33 helps to make the cathodic surface 35 hydrophobic. This prevents chlorine stagnation on the membrane 33.

Membranet 33 kan omvandlas till en amid- eller N-substi- tuerad amidgrupp under syntes eller efter det att katalysatorn 37 har avsatts därpå eller inbäddats däri, t.ex. genom reaktion med ammoniak eller en amin. _ Ifràgavarande fmembranmaterial har en jonbytarkapacitet av från ca 0,5 till ca 2,0 mg ekvivalenter per gram torr polymer, och företrädesvis från ca 0,9 till ca 1,8 mg ekvivalenter per gram torr polymer samt vid en speciellt föredragen utföringsform från ca l,l till ca 1,7 mg ekvivalenter per gram torr polymer.The membrane 33 can be converted to an amide or N-substituted amide group during synthesis or after the catalyst 37 has been deposited thereon or embedded therein, e.g. by reaction with ammonia or an amine. The membrane material has an ion exchange capacity of from about 0.5 to about 2.0 mg equivalents per gram of dry polymer, and preferably from about 0.9 to about 1.8 mg equivalents per gram of dry polymer, and in a particularly preferred embodiment from about 1.1 to about 1.7 mg equivalents per gram of dry polymer.

- När.jonbytarkapaciteten är mindre än ca 0,5 mg ekvivalenter per gram torr polymer, är strömeffektiviteten låg vid föreliggande höga'koncentrationer av alkalimetallhydroxid, medan när jon- bytarkapaciteten är större än ca 2,0 mg ekvivalenter per gram torr polymer, strömeffektiviteten för membranet är alltför lag.When the ion exchange capacity is less than about 0.5 mg equivalents per gram of dry polymer, the current efficiency is low at the present high concentrations of alkali metal hydroxide, while when the ion exchange capacity is greater than about 2.0 mg equivalents per gram of dry polymer, the current efficiency of the membrane is too law.

Mängden jonbytargrupper per gram absorberat vatten är från ca 8 mg ekvivalenter per gram absorberat vatten till ca 30 mg ekvivalenter per gram absorberat vatten och företrädesvis från ca 10 mg ekvivalenter per gram absorberat vatten till ca 28 mg ekvivalenter per gram absorberat vatten samt vid en föredragen variant_från ca 14 mg ekvivalenter_per gram absorberat vatten till ca 26 mg ekvivalenter per gram absorberat vatten.The amount of ion exchange groups per gram of absorbed water is from about 8 mg equivalents per gram of absorbed water to about 30 mg equivalents per gram of absorbed water and preferably from about 10 mg equivalents per gram of absorbed water to about 28 mg equivalents per gram of absorbed water and in a preferred variant about 14 mg equivalents_per gram of absorbed water to about 26 mg equivalents per gram of absorbed water.

När andelen jonbytargrupper per enhetsvikt absorberat vatten är mindre än ca 8 mg ekvivalenter per gram eller över ca 30 mg ek- vivalenter per gram, är strömeffektiviteten alltför låg.When the proportion of ion exchange groups per unit weight of absorbed water is less than about 8 mg equivalents per gram or above about 30 mg equivalents per gram, the current efficiency is too low.

Glasövergångstemperaturen är företrädesvis minst ca QOOC under elektrolytens temperatur. När elektrolyttemperaturen ligger mellan ca 95 och llO°C, ligger glasövergångstemperaturen för det permjoniska fluorkolvätehartsmembranmaterialet under ca 90°C och vid en speciellt föredragen variant under ca 70oC.The glass transition temperature is preferably at least about QOOC below the temperature of the electrolyte. When the electrolyte temperature is between about 95 and 10 ° C, the glass transition temperature of the permionic fluorocarbon resin membrane material is below about 90 ° C and in a particularly preferred variant below about 70oC.

Glasövergångstemperaturen bör emellertid vara över ca -80°C för att membranmaterialet skall uppvisa tillfredsställande draghàll- fasthet. Företrädesvis ligger glasövergångstemperaturen inom området från ca -80 till ca 70°C och vid en speciellt föredragen variant mellan ca -80 ochàca 5000.However, the glass transition temperature should be above about -80 ° C for the membrane material to exhibit satisfactory tensile strength. Preferably, the glass transition temperature is in the range from about -80 to about 70 ° C and in a particularly preferred variant between about -80 and about 5000.

Poor: QUALITY 10 15 20 25 30 55 40 . klorid vid pH l0. 8001377-4 16 När membranets glasövergångstemperatur ligger inom ca 20°C från elektrolytens temperatur eller högre än elektrolytens temperatur, ökar membranets resistans, medan dess permselektivitet minskar. Med glasövergångstemperatur menas den temperatur, under vilken polymersegmenten inte är tillräckligt energetiska för att antingen röra sig förbi varandra eller i förhållande till var- andra medelst Brownsk segmentrörelse. Under glasövergångs- temperaturen är med andra ord den enda reversibla responsen hos polymeren för påkänningar töjning, medan polymerens respons gent- emot påkänningar över glasövergàngstemperaturen är segmentom- gruppering för avlastning av den externt applicerade påkänningen.Poor: QUALITY 10 15 20 25 30 55 40. chloride at pH 10. 8001377-4 16 When the glass transition temperature of the membrane is within about 20 ° C from the temperature of the electrolyte or higher than the temperature of the electrolyte, the resistance of the membrane increases, while its permeability selectivity decreases. By glass transition temperature is meant the temperature below which the polymer segments are not energetic enough to either move past each other or in relation to each other by means of Brownian segment movement. Below the glass transition temperature, in other words, the only reversible response of the polymer to stresses is elongation, while the polymer's response to stresses above the glass transition temperature is segment regrouping to relieve the externally applied stress.

Föreliggande permjoniska fluorkolvätehartsmembranmaterial har en vattenpermeabilitet av mindre än ca 100 ml per timme per mg vid 6000 i fyra N natriumklorid vid ett pH av 10 och före- trädesvis mindre än l0 ml per timme per mg vid 6000 i 4 N natrium- En vattenpermeabilitet högre än ca 100 ml per timme och per m2, uppmätt såsom beskrivits ovan, kan resultera i en oren alkalimetallhydroxidprodukt.The present permionic fluorocarbon resin membrane material has a water permeability of less than about 100 ml per hour per mg at 6000 in four N sodium chloride at a pH of 10 and preferably less than 10 ml per hour per mg at 6000 in 4 N sodium. about 100 ml per hour and per m2, measured as described above, can result in a crude alkali metal hydroxide product.

Den elektriska resistansen för det torra membranet bör vara från ca 0,5 till ca l0 ohm per cm2 0,5 till ca 7 ohm per cm2.The electrical resistance of the dry membrane should be from about 0.5 to about 10 ohms per cm2 0.5 to about 7 ohms per cm2.

Företrädesvis har det permjoniska fluorerade harts- membranet en molekylvikt, dvs en polymerisationsgrad, som är till- räcklig för att ge en volumetrisk flödeshastighet av ca 100 mmš per sekund vid en temperatur av från ca 150 till ca 30000.Preferably, the permionic fluorinated resin membrane has a molecular weight, i.e. a degree of polymerization, which is sufficient to give a volumetric flow rate of about 100 mmHs per second at a temperature of from about 150 to about 30,000.

Det permjoniska membranets 33 tjocklek bör vara sådan, att man erhåller ett membran 33, som är tillräckligt starkt för att motstå tillfälliga tryckändringar och tillverkningsprocesser, t.ex. vidhäftning av katalysatorpartiklarna, men tillräckligt tunt för undvikande av hög elektrisk resistivitet. Företrädesvis är membranet från lO till 1000 tjockt och vid en speciellt föredragen utföringsform från ca 50 till ca 200 tjockt. Dess- utom kan inre armering, eller ökad tjocklek, eller förnätning användas eller t;o.m. laminering för åstadkommande av ett starkt och företrädesvis från ca membran.The thickness of the permionic membrane 33 should be such as to obtain a membrane 33 which is strong enough to withstand temporary pressure changes and manufacturing processes, e.g. adhesion of the catalyst particles, but thin enough to avoid high electrical resistivity. Preferably the membrane is from 10 to 1000 thick and in a particularly preferred embodiment from about 50 to about 200 thick. In addition, internal reinforcement, or increased thickness, or crosslinking can be used or even; lamination to provide a strong and preferably from about membrane.

Vïd en föfeåräåen variant inkluderar det permjoniska membranet organ för transport av anolytvätska in i det inre av det permjoniska membranet. Härigenom förhindras kristallisation av alkalimetallkloridsalter inuti det permjoniska membranet 33.In a preferred variant, the permionic membrane includes means for transporting anolyte liquid into the interior of the permionic membrane. This prevents crystallization of alkali metal chloride salts within the permionic membrane 33.

Organen för att åstadkomma detta kan inwudera flätade eller f 6 up pärm" §?â%(§Éš'§§ï§É¥ïÃEÉ ¿ 10 15 20 25 30 35 40 N 8ÛÛ1377'4 vävda organ, som t.ex. sträcker sig upp till eller förbi den anodiska katalysatorn 37. Enligt en annan utföringsform kan organen för transport av anolytvätska in i det inre av det perm- joniska membranet innefatta hydrofila eller vätbara fibrer, som sträcker sig upp till eller förbi anodkatalysatorn 37, eller t.o.m. mikrorör, som sträcker sig upp till eller förbi anodkata- lysatorn 37.The means for achieving this may involve braided or f 6 up binder "§? Â% (§Éš'§§ï§É ¥ ïÃEÉ ¿10 15 20 25 30 35 40 N 8ÛÛ1377'4 woven means, which e.g. up to or past the anodic catalyst 37. According to another embodiment, the means for transporting anolyte liquid into the interior of the permionic membrane may comprise hydrophilic or wettable fibers extending up to or past the anode catalyst 37, or even microtubes, extending up to or past the anode catalyst 37.

I föreliggande fall drar organet för transport av anolyt- vätskan in i det inre av det permjoniska membranet vatten eller anolytvätska in i membranet förbi det hydratvatten som är för- bundet med de elektrolytiskt transporterade alkalimetalljonerna.In the present case, the means for transporting the anolyte liquid into the interior of the permionic membrane draws water or anolyte liquid into the membrane past the hydrate water connected to the electrolytically transported alkali metal ions.

Härigenom förhindras kristallisation av alkalimetallklorid, såsom natriumklorid eller kaliumklorid, i membranet.This prevents crystallization of alkali metal chloride, such as sodium chloride or potassium chloride, in the membrane.

Enligt en föredragen variant är elektrokatalysa- torerna 37 och 43 och membranet 33 en enhet. Även om detta kan . åstadkommas genom att man har elektrokatalysatorerna 37 och 43 på fördelningsanordningens packning 55 och 57, varvid fördel- ningsanordningen 55 och 57 hàlles i kompressivt samband med membranet 33, är det lämpligt att anordna en film av elektro- katalysatorn 37 och 43 på det permjoniska membranet 33. Filmen 37, 43 är vanligen från ca 10 till ca 200 tjock, företrädesvis från ca 25 till ca 175/um tjock i idealfallet från ca 50 till ca 150 tjock.According to a preferred variant, the electrocatalysts 37 and 43 and the membrane 33 are one unit. Although this can. provided by having the electrocatalysts 37 and 43 on the packer 55 and 57 of the distributor, the distributor 55 and 57 being kept in compressive contact with the membrane 33, it is convenient to arrange a film of the electrocatalysts 37 and 43 on the permionic membrane 33 The film 37, 43 is usually from about 10 to about 200 microns thick, preferably from about 25 to about 175 microns thick, ideally from about 50 to about 150 microns thick.

Enheten 3l av elektrokatalysator och permjoniskt membran bör ha dimensionsstabilitet, resistens mot kemikalie- och termisk nedbrytning samt elektrokatalytisk aktivitet, och företrädesvis bör katalysatorpartiklarna vara finfördelade och porösa med åt- minstone ca 10 m2 ytarea per g katalysatorpartikel, 43.The electrolyte and permionic membrane unit 31 should have dimensional stability, chemical and thermal degradation resistance, and electrocatalytic activity, and preferably the catalyst particles should be atomized and porous with at least about 10 m 2 of surface area per g of catalyst particle, 43.

Vidhäftning av katalysatorn 37 och 43, vid det permjoniska membranet 33 kan åstadkommas genom att partiklarna 37 och 43 pressas in i ett smält, halvsmält, flytande, plastiskt eller termoplastiskt, permjoniskt membran 33 vid förhöjd temperatur.Adhesion of the catalyst 37 and 43, to the permionic membrane 33 can be accomplished by pressing the particles 37 and 43 into a molten, semi-molten, liquid, plastic or thermoplastic, permionic membrane 33 at elevated temperature.

Detta innebär att membranet uppvärmes till en temperatur över dess glasövergångstemperatur, företrädesvis över den temperatur, vid vilken membranet 33 kan deformeras enbart med hjälp av tryck.This means that the membrane is heated to a temperature above its glass transition temperature, preferably above the temperature at which the membrane 33 can be deformed only by means of pressure.

Enligt en annan utföringsform kan partiklarna 37 och 43 pressas in i ett partiellt polymeriserat permjoniskt membran 33 eller pressas in i ett partiellt förnätat permjoniskt membran 33 och polymerisationen eller förnätning vidareföras, t.ex. genom att man höjer eller sänker temperaturen, tillsätter initiator, till- sätter ytterligare monomer eller använder joniserande strålning eller liknande.According to another embodiment, the particles 37 and 43 may be pressed into a partially polymerized permionic membrane 33 or pressed into a partially crosslinked permionic membrane 33 and the polymerization or crosslinking may be continued, e.g. by raising or lowering the temperature, adding initiator, adding additional monomer or using ionizing radiation or the like.

POOR QUALITY' 10 15 20 25 30 55 H0' 8001377-4 18 Enligt en annan variant när ytterligare polymerisation utföres, kan partiklarna 37,H3 inbäddas i det partiellt polymeriserade perm- joniska membranet 33. Därefter kan en monomer av en hydrofob polymer appliceras på ytan med t.ex. en initiator och sampoly- meriseras in situ med det partiellt polymeriserade permjoniska pmembranet 33, varigenom man åstadkommer en hydrofob yta med ex- ponerade partiklar 37, 43. Pà detta sätt kan katalysatorpartik- larna 37, 43 vara närvarande på den hydrofoba ytan, t.ex. för att skydda den anodiska ytan 35 från klor eller för att skydda den katodiska ytan 41 från kristallisation eller stelning av alkali- metallhydroxid eller för att öka depolarisationen, såsom när en katodísk H02--disproportioneringskatalysator är närvarande på det permjoniska membranets katodiska yta 41.POOR QUALITY '10 15 20 25 30 55 H0' 8001377-4 18 According to another variant, when further polymerization is carried out, the particles 37, H3 can be embedded in the partially polymerized permonic membrane 33. Thereafter, a monomer of a hydrophobic polymer can be applied to the surface with e.g. an initiator and copolymerized in situ with the partially polymerized permionic membrane 33, thereby providing a hydrophobic surface with exposed particles 37, 43. In this way, the catalyst particles 37, 43 may be present on the hydrophobic surface, t. ex. to protect the anodic surface 35 from chlorine or to protect the cathodic surface 41 from crystallization or solidification of alkali metal hydroxide or to increase the depolarization, such as when a cathodic HO 2 disproportionation catalyst is present on the cathodic surface 41 of the permionic membrane.

Enïigt en annan variant kan de permjoniska membranenheterna vara förnätade, exempelvis efter avsättning av katalysatorpartiklar, så att membranytans hydrofoba karaktär ökas. Bryggbildaren kan rea- gera under formningen eller efter det att anodmaterialen har avsatts på ett partiellt polymeriserat permjoniskt membran. Lämpliga brygg- bildare inkluderar divinylbensenerna, t.ex. de perfluorerade divinyl- bensenerna. Andra lämpliga bryggbildare inkluderar perfluorerade die- ner, såsom hexafluorbutadien, oktafluorpentadien inkluderande 1,3- och 1,4-diengrna , Och dekafluorhexadien, inkluderande 1,3-, 1,4- och 1,5-dienerna. Vanligtvis är bryggbildaren en divinylbensen eller perfluorerad G4-C6-dien, speciellt hexafluorbutadien.According to another variant, the permionic membrane units can be crosslinked, for example after deposition of catalyst particles, so that the hydrophobic character of the membrane surface is increased. The crosslinker may react during molding or after the anode materials have been deposited on a partially polymerized permionic membrane. Suitable bridging agents include the divinylbenzenes, e.g. the perfluorinated divinylbenzenes. Other suitable crosslinking agents include perfluorinated dienes, such as hexafluorobutadiene, octafluoropentadiene including 1,3- and 1,4-dienes, and decafluorohexadiene, including 1,3-, 1,4- and 1,5-dienes. The bridging agent is usually a divinylbenzene or perfluorinated G4-C6 diene, especially hexafluorobutadiene.

Enligt en alternativ variant kan anodelektrokata- lysatorn 37 vara utdrygad med kisel. När med andra ord anod- elektrokatalysatorn 37 är en partikel, kan partiklarna vara be- lagda kiselpartiklar, dvs kiselpartiklar belagda med en lämplig klorutvecklingskatalysatort Dessutom kan kiselpartiklar, t.ex. belagda kiselpartiklar, kiselpartiklar med silicidyta och kisel- partiklar med kiselyta finnas på den anodiska ytan 35 av det permjoniska membranet 33 för att såväl ge ledningsförmàga mellan anodpartiklar som att fungera som anodkatalysator.According to an alternative variant, the anode electrocatalyst 37 may be extended with silicon. In other words, when the anode electrocatalyst 37 is a particle, the particles may be coated silicon particles, i.e. silicon particles coated with a suitable chlorine evolution catalyst In addition, silicon particles, e.g. Coated silicon particles, silicon surface silicon particles and silicon surface silicon particles are present on the anodic surface 35 of the permionic membrane 33 to provide both conductivity between anode particles and to act as an anode catalyst.

Enligt denna variant åstadkommes anodpartíklar med låg överspänning, vilket innefattar en elektrolytbeständig elekt- riskt ledande yta, såsom metallisk platina- eller ruteniumoxid, på ett elektriskt ledande substrat, som partiellt eller fullstän- digt och företrädesvis till övervägande delen utgöres av kisel 1 elementärt tillstànd (till skillnad från silicider, som kan betraktas som föreningar av kisel och annan metall). Under det aeíefïzietktin-s- 10 15 20 25 50 35 40 19 8001377-4 att nämnda kisel föreligger i elementärt tillstånd, innehåller det föroreningar, dopämnen eller tillsatsmedel, t.ex. bor, fosfor, etc, eller silicider av vissa metaller dispergerade i nämnda kisel, vilka förlänar nämnda kisel ledningsförmåga och/eller hållfasthet. Nämnda elementära kiselêk vanligen en kontinuerlig fas med de övriga medlen lösta eller dispergerade däri.According to this variant, low overvoltage anode particles are provided, which comprise an electrolyte-resistant electrically conductive surface, such as metallic platinum or ruthenium oxide, on an electrically conductive substrate, which is partially or completely and preferably predominantly silicon 1 elemental state ( unlike silicides, which can be considered as compounds of silicon and other metals). While the silicon is in the elemental state, it contains impurities, dopants or additives, e.g. boron, phosphorus, etc., or silicides of certain metals dispersed in said silicon, which impart to said silicon conductivity and / or strength. Said elemental silica usually has a continuous phase with the other agents dissolved or dispersed therein.

Kiselpartiklarna bör vara elektriskt ledande och bör vara åtminstone lika elektriskt ledande som grafit; t.ex. bör kisel ha en elektrisk bulkledningsförmåga överstigande 102 (ohm-cm)'l och företrädesvis 104 (ohm-cm)'l eller högre. I huvudsak ren kisel, t.ex. kisel med en renhet överstigande 99,995 atomprocent, är på sin höjd en dålig ledare och kan t.o.m. karakteriseras som en icke-ledare med en resistivitet av endast ca l ohm-cm. Det är känt att man genom att införliva små och t.o.m. spårmängder av bor, fosfor eller andra material åstadkommer en kiselkomposi- tion, som är elektriskt ledande. Det har befunnits, att med lämpliga -försiktighetsåtgärder kíselsubstratet kan åstadkommas i en form, som är inert gentemot anodiskt angrepp, och sådana substrat kan på ett effektivt sätt användas för att uppbära den ledande ytan.The silicon particles should be electrically conductive and should be at least as electrically conductive as graphite; for example silicon should have an electrical bulk conductivity exceeding 102 (ohm-cm) -1 and preferably 104 (ohm-cm) -1 or higher. Essentially pure silicon, e.g. silicon with a purity exceeding 99,995 atomic percent, is at best a poor conductor and can t.o.m. characterized as a non-conductor with a resistivity of only about 1 ohm-cm. It is known that by incorporating small and t.o.m. trace amounts of boron, phosphorus or other materials provide a silicon composition which is electrically conductive. It has been found that with appropriate precautions the silicon substrate can be provided in a form which is inert to anodic attack, and such substrates can be effectively used to support the conductive surface.

Elementärt kisel innehållande upp till 2% eller t.o.m. upp till 5% bor eller upp till 2% fosfor och försumbara mängder av andra föroreningar har visat sig vara inert i önskad omfatt- ning gentemot anodiskt angrepp av vattenbaserad natriumklorid.Elemental silicon containing up to 2% or more up to 5% boron or up to 2% phosphorus and negligible amounts of other pollutants have been shown to be inert to the desired extent against anodic attack of aqueous sodium chloride.

Ifrågavarande kisel kan också innehålla järn, t.ex. upp till ca 40 viktprocent, när fosfor eller bor är närvarande, var- vid nämnda fosfor och bor har korrosionsinhiberande effekt.The silicon in question may also contain iron, e.g. up to about 40% by weight, when phosphorus or boron is present, wherein said phosphorus and boron have a corrosion-inhibiting effect.

Kiselpartiklarna kan också innehålla silicider. Speciellt föredragna är silicider med katalytisk effekt eller ledningsför~ mågebefrämjande effekt, såsom siliciderna av metaller ur grupperna IV, V och VI, t.ex. TiSi2, SrSi2, VSi2, NbSi2, TaSi2 och WSi2 samt tungmetallsiliciderna, t.ex. CrSi, Cr5Si3, CrSi, CrSi2 och MoSi2 liksom även koboltsilicider CoSi2.The silicon particles may also contain silicides. Particularly preferred are silicides with catalytic effect or conductivity-promoting effect, such as the silicides of metals from groups IV, V and VI, e.g. TiSi2, SrSi2, VSi2, NbSi2, TaSi2 and WSi2 as well as the heavy metal silicides, e.g. CrSi, Cr5Si3, CrSi, CrSi2 and MoSi2 as well as cobalt silicides CoSi2.

Enligt ännu en annan variant kan katalysatorerna 37,ü5 avsättas kemiskt, t.ex. genom hypofosfit- eller borhydridreduktion, eller elektroavsättas på det permjoniska membranet 33. Dessutom kan efterföljande aktivering av katalysatorn förekomma, t.ex. genom samtidig avsättning av ett lakningsbart material och ett mindre lakningsbart material och efterföljande aktivering genom utlakning av det mera lakningsbara materialet. _ Enligt ännu en annan variant kan en yta av katalysator 37,U3 foot Qflšflm 10 15 20 25 30 35 Ä0 8001377-4 20 appliceras på det permjoniska membranet genom elektroforetisk av- sättning, genom sputtering, genom laseravsättning eller genom foto- avsättning.According to yet another variant, the catalysts 37, ü5 can be chemically deposited, e.g. by hypophosphite or borohydride reduction, or electrodeposition on the permionic membrane 33. In addition, subsequent activation of the catalyst may occur, e.g. by simultaneous deposition of a leachable material and a less leachable material and subsequent activation by leaching of the more leachable material. According to yet another variant, a surface of catalyst 37, U3 foot Q fl š fl m 10 15 20 25 30 35 Ä0 8001377-4 20 can be applied to the permionic membrane by electrophoretic deposition, by sputtering, by laser deposition or by photoeposition.

Enligt en annan variant kan en katalytisk beläggning 37,ë3 appliceras på det permjoniska membranet 33 under användning av ett kelat av en metall, som reagerar med syragrupperna på det permjo- niska membranet 33.According to another variant, a catalytic coating 37, ë3 can be applied to the permionic membrane 33 using a chelate of a metal which reacts with the acid groups on the permionic membrane 33.

Vanligtvis är katalysatorn 37, 43 på ytan av det perm- joniska membranet 33 en ädelmetallhaltig katalysator, såsom en metall ur platinagruppen eller en legering av en metall ur pla- tinagruppen eller en intermetallisk förening av en metall ur platinagruppen eller en oxid, karbid, nitrid, borid, silicid eller sulfid av en metall ur platinagruppen.Typically, the catalyst 37, 43 on the surface of the permionic membrane 33 is a noble metal-containing catalyst, such as a platinum group metal or an alloy of a platinum group metal or an intermetallic compound of a platinum group metal or an oxide, carbide, nitride , boride, silicide or sulphide of a platinum group metal.

Sådana ädelmetallhaltiga katalysatorer utmärkes av hög ytarea och förmåga att antingen bindas till en hydrofob partikel eller inbäddas i den hydrofoba filmen. tínasyart kemisk avsättning.Such noble metal-containing catalysts are characterized by high surface area and ability to either bind to a hydrophobic particle or be embedded in the hydrophobic film. tínasyart chemical deposition.

Dessutom kan den ädelmetallhaltiga katalysatorn vara en partiellt reducerad oxid, eller ett "svart"-material, såsom pla- eller palladiumsvart, eller en elektroavsättning eller Katalysatorerna 37, 43 kan också vara en intermetallisk förening av andra metaller, inkluderande ädelmetaller och icke- ädelmetaller. _Sådana intermetalliska föreningar inkluderar pyro- klorföreningar, delafossiter, spineller, perovskiter, bronser, volframbronser, silicider, nitrider, karbider och borider.In addition, the noble metal-containing catalyst may be a partially reduced oxide, or a "black" material, such as pla- or palladium black, or an electrodeposition, or Catalysts 37, 43 may also be an intermetallic compound of other metals, including noble metals and non-noble metals. Such intermetallic compounds include pyrochlorine compounds, delafossites, spinels, perovskites, bronzes, tungsten bronzes, silicides, nitrides, carbides and borides.

Speciellt önskvärda katodiska katalysatorer, som kan vara närvarande på det permjoniska membranet:33 av fast polymerelektro- lyt, inkluderar stål, rostfritt stål, kobolt, nickel, legeringar av nickel eller järn, kompositioner av nickel, speciellt porös nickel med molybden, tantal, volfram, titan, niob eller liknande, samt borid, elektriskt ledande, elektriskt aktiva borider, nitrider, silicider och karbider, såsom platinagruppmetallsili- ciderna, -nitriderna, -karbiderna och -boriderna samt titandiborid.Particularly desirable cathodic catalysts, which may be present on the permionic membrane: 33 of solid polymer electrolyte, include steel, stainless steel, cobalt, nickel, nickel or iron alloys, nickel compositions, especially porous nickel with molybdenum, tantalum, tungsten , titanium, niobium or the like, and boride, electrically conductive, electrically active borides, nitrides, silicides and carbides such as the platinum group metal silicides, nitrides, carbides and borides and titanium diboride.

Andra katodiska katalysatorer 43, som kan vara närvarande på den katodiska ytan 41 av det permjbniska membranet, inkluderar platinagruppmetallerna, t.ex. platina, palladium, rutenium, osmium, iridium och rodium, båda som jämna avsättningar för avsättningar med hög ytarea, t.ex. "svart"-material med en ytarea överstigande 10 m2 per gram.Other cathodic catalysts 43, which may be present on the cathodic surface 41 of the permeable membrane, include the platinum group metals, e.g. platinum, palladium, ruthenium, osmium, iridium and rhodium, both as even deposits for high surface area deposits, e.g. "black" material with a surface area exceeding 10 m2 per gram.

I föreliggande fall bringas det permjoniska membranet 33 eller en yta därav, t.ex. den anodiska ytan 35 eller den katodiska Y* lm dl ævffi x ~:L V' 'ßfi *x Y f 1 å va» i 10 15 20 25 30 35 40 2, 8001577-4 ytan 41, i kontakt med ett reduktionsmedel, ett komplexbildande medel, en buffert och en förening av den metall, eller föreningar av de metaller, som skall avsättas. Reduktionsmedlet kan vara ett borhydridreduktionsmedel eller ett hypofosfitreduktionsmedel.In the present case, the permionic membrane 33 or a surface thereof, e.g. the anodic surface 35 or the cathodic Y * lm dl ævf fi x ~: LV '' ß fi * x Y f 1 å va »i 10 15 20 25 30 35 40 2, 8001577-4 surface 41, in contact with a reducing agent, a complexing agents, a buffer and a compound of the metal, or compounds of the metals to be deposited. The reducing agent may be a borohydride reducing agent or a hypophosphite reducing agent.

Borhydridlösningen bör innehålla l-5 g borhydrid per liter, t.ex. natrium- eller kaliumborhydrid, och företrädesvis 1,5-2,5 g borhydrid per liter.The borohydride solution should contain 1-5 g of borohydride per liter, e.g. sodium or potassium borohydride, and preferably 1.5-2.5 g of borohydride per liter.

När avsättningen sker på ett syntetiskt permjoniskt membran, 55, istället för på ett metallsubstrat, är efterföljande kontakt speciellt önskvärd. Vid efterföljande kontakt bringas membranet 33 först i kontakt med reduktionsmedlet och därefter med föreningarna av de metaller, som skall avsättas.When the deposition takes place on a synthetic permionic membrane, 55, instead of on a metal substrate, subsequent contact is particularly desirable. Upon subsequent contact, the membrane 33 is first brought into contact with the reducing agent and then with the compounds of the metals to be deposited.

Förfarandet är fördelaktigt i samband med övergångsmetaller och speciellt fördelaktigt i samband med övergångsmetaller ur grupp VII. Det är speciellt användbart för samtidig avsättning av två me- taller ur gruppen VIII med clikartad beständighet mot kemiska lak- ningsmedel, varvid man senare lakar ur den mindre beständiga me- tallen.The process is advantageous in connection with transition metals and especially advantageous in connection with transition metals from group VII. It is especially useful for the simultaneous deposition of two metals of group VIII with click-like resistance to chemical leaching agents, whereby later the less resistant metal is leached.

Borhydriden är företrädesvis en alkalimetallborhydrid, såsom natrium- eller kaliumborhydrid. Övergàngsmetallen är när- varande i den andra lösningen som ett lösligt salt, ex.vis ett citrat, oxalat, glykolat, sulfat eller klorid. Buffertämnet och det komplexbildande medlet kan vara syra- och alkalimetallsaltet av samma organiska förening, t.ex. natriumcitrat och citronsyra, natriumoxalat och oxalsyra, och liknande. Alt. kan en oorganisk syra användas, t.ex. fosforsyra och natriumfosfit. _ Det komplexbildande medlet och buffertsubstansen bidrar till att hålla metalljonerna av metallen ur grupp VIII i lösning, t.ex. vid pH 6-8.The borohydride is preferably an alkali metal borohydride, such as sodium or potassium borohydride. The transition metal is present in the second solution as a soluble salt, for example a citrate, oxalate, glycolate, sulphate or chloride. The buffer substance and the complexing agent may be the acid and alkali metal salt of the same organic compound, e.g. sodium citrate and citric acid, sodium oxalate and oxalic acid, and the like. Alt. an inorganic acid can be used, e.g. phosphoric acid and sodium phosphite. The complexing agent and the buffer substance help to keep the metal ions of the Group VIII metal in solution, e.g. at pH 6-8.

Enligt en speciellt föredragen variant innefattar den katodiska elektrokatalysatorn 43 porös nicket som innehåller en effektiv mängd, dvs en överspänningsreducerande eller över- spänningsstabiliserande mängd, av en övergàngsmetall ur grupp IVB, VB, VIB eller VIIB. Dessa övergángsmetaller inkluderar titan, zirkonium, hafnium, vanadin, niob, tantal, krom, molybden, volfram, mangan, teknetium och renium. De föredragna materialen är titan, zirkonium, hafnium, vanadin, niob, tantal, molybden och volfram.According to a particularly preferred variant, the cathodic electrocatalyst 43 comprises porous nickel which contains an effective amount, i.e. an overvoltage reducing or overvoltage stabilizing amount, of a transition metal of group IVB, VB, VIB or VIIB. These transition metals include titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium and rhenium. The preferred materials are titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, molybdenum and tungsten.

Speciellt föredragna är titan, tantal, zirkonium och molybden.Particularly preferred are titanium, tantalum, zirconium and molybdenum.

Ifrågavarande nickel utgör vanligen över ca 50% och mindre än ca 95%, företrädesvis mellan ca 65 och ca 90%, nickel, beräknat ,,_,__~.P°°R,§füF:LIfïi2i_ 10 15 20 25 30 35 40 8001377-4 22 som nickelmetall, pâ basis av totalvikten av den porösa aktiva ytan.The nickel in question usually constitutes over about 50% and less than about 95%, preferably between about 65 and about 90%, nickel, calculated ,, _, __ ~ .P °° R, §füF: LIfïi2i_ 10 15 20 25 30 35 40 8001377-4 22 as nickel metal, based on the total weight of the porous active surface.

Den andra övergàngsmetallen är närvarande i den porösa É katalytiska ytan 43 i en väteöverspänningssänkande mängd. Denna A ligger över ca 2,5 viktprocent, företrädesvis över ca 5 viktproaent men under ca 50 viktprocent, och vanligen från ca 10 till ca 35 viktprocent, räknat som metall, på basis av total nickel räknad som metall och övergångsmetall räknad som metall i ytan. Gene- rellt gäller att mängden av den andra övergángsmetallen i ytan är tillräckligt hög för att ha väteöverspänningssänkande effekt men tillräckligt låg för att man skall undvika den höga över- spänning, som förekommer i samband med porösa ytor vilka till över- vägande del utgöres av den andra övergàngsmetallen, t.ex. titan, tantal, zirkonium eller molybden. y Även om mekanismen för den väteöverspänningssänkande effek- . ten_av den andra övergàngsmetallen inte är fullt klarlagd, är det känt att porösa filmer av t.ex. enbart molybden har hög väteöver- spänning men att låg väteöverspänning under långa elektrolys- perioder observeras när en andra övergängsmetall, såsom denna har beskrivits ovan, t.ex. molybden, användes tillsammans med porös I fallet molybden antas nämnda molybden depolarisera Av denna nickel. eller katalysera ett steg i väteutvecklingsprocessen. anledning ligger den övre gränsen för den andra övergàngsmetallen under den koncentration, vid vilken ytan har de väteöverspännings- egenskaper som gäller för den andra övergángsmetallen, dvs under ca 50% och vanligen under ca 35%.The second transition metal is present in the porous É catalytic surface 43 in a hydrogen overvoltage lowering amount. This A is above about 2.5% by weight, preferably above about 5% by weight but below about 50% by weight, and usually from about 10% to about 35% by weight, calculated as metal, on the basis of total nickel calculated as metal and transition metal calculated as metal in the surface . In general, the amount of the second transition metal in the surface is high enough to have a hydrogen overvoltage lowering effect but low enough to avoid the high overvoltage which occurs in connection with porous surfaces which predominantly consist of the other transition metal, e.g. titanium, tantalum, zirconium or molybdenum. y Although the mechanism of the hydrogen surge-reducing effect-. ten_of the second transition metal is not fully clarified, it is known that porous films of e.g. only molybdenum has a high hydrogen overvoltage but that low hydrogen overvoltage during long electrolysis periods is observed when a second transition metal, such as this has been described above, e.g. molybdenum, is used together with porous In the case of molybdenum, said molybdenum is assumed to depolarize by this nickel. or catalyze a step in the hydrogen evolution process. For this reason, the upper limit of the second transition metal is below the concentration at which the surface has the hydrogen overvoltage properties that apply to the second transition metal, ie below about 50% and usually below about 35%.

Den andra övergàngsmetallen kan i sig själv vara närvarande som elementär metall, dvs som elementär molybden, titan, tantal, zirkonium eller volfram med en formell valens av O eller som en legering med nickel eller som en alkalibeständig förening, såsom en karbid, nitrid, borid, sulfid, fosfid, oxid eller annan före- ning, som är olöslig i koncentrerad alkalimetallhydroxid. Före- trädesvis är den andra övergàngsmetallen närvarande i ytan 43 tillsammans med nickel som elementär metall, en legering med nickel eller en karma.The second transition metal may itself be present as an elemental metal, ie as an elemental molybdenum, titanium, tantalum, zirconium or tungsten with a formal valence of 0 or as an alloy with nickel or as an alkali-resistant compound, such as a carbide, nitride, boride , sulfide, phosphide, oxide or other compound which is insoluble in concentrated alkali metal hydroxide. Preferably, the second transition metal is present in the surface 43 together with nickel as an elemental metal, an alloy with nickel or a karma.

En speciellt föredragen katod H3 är en katod med en porös yta ÄB av nickel och molybden innehållande ca 82 viktprocent nickel och ca 18 viktprocent molybden, räknat på total nickel och molyhden, samt med en porositet av ca 0,7 och en tjocklek av från ca 75“tíll ca 500 10 15 20 25 BO 55 H0 23 8001377-4 Enligt en annan variant framställes ifrågavarande katod genom avsättning av en film av nickel, den andra övergångsmetallen och ett lakníngsbart material på det permjoniska membranet 35, varefter det lakningsbara materialet lakas ut.An especially preferred cathode H3 is a cathode with a porous surface ÄB of nickel and molybdenum containing about 82% by weight of nickel and about 18% by weight of molybdenum, calculated on total nickel and molybdenum, and with a porosity of about 0.7 and a thickness of from about 75 "to about 500 10 15 20 25 BO 55 H0 23 8001377-4 According to another variant, the cathode in question is prepared by depositing a film of nickel, the second transition metal and a leachable material on the permionic membrane 35, after which the leachable material is leached out. .

Det lakningsbara materialet kan vara vilken som helst metall eller förening som kan avsättas samtidigt med nickel och den andra övergàngsmetallen eller tillsammans med nickelföreningar och föreningar av den andra övergàngsmetallen samt lakas ut med en stark syra eller en stark bas utan att nämnvärda kvantiteter nickd.eller andra övergångsmetall lakas ut eller utan att nämn- värd förstöring eller förgiftning av ifrågavarande nickel eller andra övergångsmetall sker.The leachable material may be any metal or compound which can be deposited simultaneously with nickel and the second transition metal or together with nickel compounds and compounds of the second transition metal and leached with a strong acid or a strong base without appreciable quantities of nickel or other transition metal is leached out or without significant destruction or poisoning of the nickel or other transition metal in question.

Filmen kan avsättas på det permjoniska membranet 55 genom elektroavsättning av nickel, den andra övergàngsmetallen och ett lakningsbart material eller genom samtidig avsättning av fasta partiklar eller genom kemikalieavsättning eller kemisk avsättning, I t.ex. genom hypofosfitavsättning eller genom borhydridavsättning av nickelföreningar, föreningar av den andra övergàngsmetallen och lakningsbara material eller t.o.m. genom avsättning och ter- misk sönderdelning av organiska föreningar av nickel, den andra övergàngsmetallen och lakningsbara material, t.ex. avsättning och termisk sönderdelning av alkoholater eller resinater.The film can be deposited on the permionic membrane 55 by electrodeposition of nickel, the second transition metal and a leachable material or by simultaneous deposition of solid particles or by chemical deposition or chemical deposition, e.g. by hypophosphite deposition or by borohydride deposition of nickel compounds, compounds of the second transition metal and leachable materials or t.o.m. by deposition and thermal decomposition of organic compounds of nickel, the second transition metal and leachable materials, e.g. deposition and thermal decomposition of alcoholates or resinates.

Enligt en speciellt föredragen variant av förfarandet för framställning av elektroden inbäddas fina partiklar, t.ex. av stor- leksordningen från ca 0,5 till 70 fun i diameter, av nickel, den andra övergångsmetallen eller en förening därav samt ett laknings- bart material i ett partiellt polymeriserat permjoniskt membran 53, varefter polymerisationen fullbordas, varvid lakning av det lakningsbara materialet sker antingen före eller efter polymeri- sationen. Alternativt kan partiklarna inbäddas i ett upphettat termoplastiskt permjoniskt membran 33.According to a particularly preferred variant of the method for manufacturing the electrode, fine particles are embedded, e.g. of the order of about 0.5 to 70 microns in diameter, of nickel, the second transition metal or a compound thereof and a leachable material in a partially polymerized permionic membrane 53, after which the polymerization is completed, whereby leaching of the leachable material takes place either before or after the polymerization. Alternatively, the particles may be embedded in a heated thermoplastic permionic membrane 33.

De lakningsbara materialen kan vara närvarande i partikeln tillsammans med nickel eller också kan de utgöras av separata Typiska lakningsbara föreningar inkluderar koppar, Speciellt partiklar. zink, gallium, aluminium, tenn, kisel eller liknande. föredragna är nickelpartiklar innehållande från ca 3 till ca 70% nickel, varvid återstoden utgöres av aluminium som Raney-legering.The leachable materials may be present in the particle together with nickel or they may be separate. Typical leachable compounds include copper, especially particles. zinc, gallium, aluminum, tin, silicon or similar. preferred are nickel particles containing from about 3 to about 70% nickel, the remainder being aluminum as Raney alloy.

Efter fullbordad polymerisation av det partiellt polymeri- serade membranet 33, eller kylning av det upphettade termoplastiska membranet 35, kan partiklarna 45 lakas, t.ex. i alkali, såsom 0,5 POÖR QUAtITY 10 15 20 25 50 35 Lm 8001577-4 214 normal natriumhydroxid eller l normal natriumhydroxid, i syfte att avlägsna det lakningsbara materialet, t.ex. aluminium, och därefter sköljas med vatten. Det är naturligtvis underförstått att en viss del av det lakningsbara materialet kan bli kvar i den porösa elektrodytan 43 utan någon skadlig effekt. När sålunda t.ex. Raney-nickel-aluminiumlegering och molybden inbäddas i membranet 33, kan ytan innehålla nickel, molybden och aluminium efter lakning. Den resulterande ytan kan t.ex. innehålla amorf nickel, kristallina molybden-nickel-aluminiumlegeringar samt spår av aluminiumoxid.After completion of polymerization of the partially polymerized membrane 33, or cooling of the heated thermoplastic membrane 35, the particles 45 can be leached, e.g. in alkali, such as 0.5 normal sodium hydroxide or normal sodium hydroxide, for the purpose of removing the leachable material, e.g. aluminum, and then rinsed with water. It is of course understood that a certain part of the leachable material can remain in the porous electrode surface 43 without any harmful effect. Thus, when e.g. Raney nickel-aluminum alloy and molybdenum are embedded in the membrane 33, the surface may contain nickel, molybdenum and aluminum after leaching. The resulting surface can e.g. contain amorphous nickel, crystalline molybdenum-nickel-aluminum alloys and traces of alumina.

Enligt ännu en variant kan ytan H3 innehålla bor eller fos- for. Dessa material. som antas avsättas under borhydrid- eller hy- pofosfitavsättning, stabiliserar spänningsegenskapcrna för den ka- todiska elektrokatalysatorn 43.According to another variant, the surface H3 may contain boron or phosphorus. These materials. which is assumed to be deposited during borohydride or hypophosphite deposition stabilizes the stress properties of the cathodic electrocatalyst 43.

Ifrågavarande nickel utgör vanligen mera än ca 50% och -mindre än ca 95%, vanligen från ca 65 till ca 90%, nickel, be- räknat som nickelmetall, på basis av totalvikten av den porösa aktiva ytan.The nickel in question usually constitutes more than about 50% and - less than about 95%, usually from about 65 to about 90%, nickel, calculated as nickel metal, on the basis of the total weight of the porous active surface.

Den andra övergångsmetallen är närvarande i den porösa katalytiska ytan 45 i en väteöverspänningssänkande mängd. Denna ligger över ca 2,5 viktprocent, företrädesvis över ca 5 vikt- procent men under ca 50 viktprocent, och är vanligen från ca lO till ca 35 viktprocent, räknat som metall, på basis av total nickel, räknad som metall, och andra övergàngsmetall, räknad som metall, i ytan. Generellt gäller att mängden av den andra över- gàngsmetallen i ytan är tillräckligt hög för att en väteöver- spänningssänkande effekt skall erhållas, varvid den dock måste vara tillräckligt låg för att man skall undvika den höga över- spänning, som gäller för porösa ytor, vilka i huvudsak utgöres av den andra övergångsmetallen, t.ex. titan, tantal, zirkonium eller molybden. Även om mekanismen för den väteöverspänningssänkande effekten av den andra övergångsmetallen inte är helt klarlagd, är det känt att porösa filmer av t.ex. enbart molybden har hög väteöverspänning men att låg väteöverspänning under långa elektro- lysperioder observeras, när en andra övergångsmetall, såsom denna har beskrivits ovan, t.ex, molybden, användes tillsammans med porös nickel. I fallet molybden antas ifrågavarande molybden depolarisera eller katalysera ett steg i väteutvecklingsprocessen.The second transition metal is present in the porous catalytic surface 45 in a hydrogen overvoltage lowering amount. This is above about 2.5% by weight, preferably above about 5% by weight but below about 50% by weight, and is usually from about 10% to about 35% by weight, calculated as metal, based on total nickel, calculated as metal, and other transition metals. , counted as metal, in the surface. In general, the amount of the second transition metal in the surface is high enough to obtain a hydrogen overvoltage lowering effect, but it must be low enough to avoid the high overvoltage which applies to porous surfaces which mainly consists of the second transition metal, e.g. titanium, tantalum, zirconium or molybdenum. Although the mechanism of the hydrogen overvoltage lowering effect of the second transition metal is not fully understood, it is known that porous films of e.g. only molybdenum has a high hydrogen overvoltage but that low hydrogen overvoltage during long electrolysis periods is observed when a second transition metal, as described above, eg, molybdenum, is used together with porous nickel. In the case of molybdenum, the molybdenum in question is assumed to depolarize or catalyze a step in the hydrogen evolution process.

Av detta skäl ligger den övre gränsen för den andra övergångs- .wfl-s “f -' H:- 10 15 20 25 }O 35 H0 25 8001577-4 metallen under den koncentration, vid vilken ytan har väteöver- spänningsegenskaperna för den andra övergàngsmetallen, dvs under ca 50% och vanligen under ca 35%.For this reason, the upper limit of the second transition metal is below the concentration at which the surface has the hydrogen overvoltage properties of the second transition metal. the transition metal, i.e. below about 50% and usually below about 35%.

Den andra övergångsmetallen kan i sig själv vara när- varande som elementär metall, dvs som elementär molybden, titan, tantal, zirkonium eller volfram med en formell valens av O, som en legering med nickel eller som en alkalibeständig förening, såsom en karbid, nitrid, borid, sulfid, fosfid, oxid eller annan förening, som är olöslig i konc. alkalimetallhydroxid. Före- trädesvis är den andra övergángsmetallen närvarande i ytan 43 tillsammans med nickel som elementär metall, som en lgering med nickel eller som en karbid.The second transition metal may itself be present as elemental metal, ie as elemental molybdenum, titanium, tantalum, zirconium or tungsten with a formal valence of 0, as an alloy with nickel or as an alkali-resistant compound, such as a carbide, nitride , boride, sulphide, phosphide, oxide or other compound, which is insoluble in conc. alkali metal hydroxide. Preferably, the second transition metal is present in the surface 43 together with nickel as an elemental metal, as an alloy with nickel or as a carbide.

En speciellt gynnsam katod H3 är katod med en porös yta H3 av nickel och molybden innehållande ca 82 viktprocent nickel och ca 18 viktprocent molybden, räknat på total nickel och molybden och med en porositet av ca 0,7 och en tjocklek av ca 75 till ca 500 /um.A particularly favorable cathode H3 is a cathode having a porous surface H3 of nickel and molybdenum containing about 82% by weight of nickel and about 18% by weight of molybdenum, based on total nickel and molybdenum and having a porosity of about 0.7 and a thickness of about 75 to about 500 / um.

Enligt ännu en annan variant av förfarandet framställes ifrå- gavarande katod genom avsättning av en film av nickel, den andra övergångsmetallen och ett lakningsbart material på det permjoniska membranet 33, varefter det lakningsbara materialet lakas ut.According to yet another variant of the method, the cathode in question is prepared by depositing a film of nickel, the second transition metal and a leachable material on the permionic membrane 33, after which the leachable material is leached out.

Det lakningsbara materialet kan vara vilken som helst metall eller förening som kan avsättas samtidigt med nickel och den andra övergångsmetallen eller tillsammans med nickelföreningar och föreningar av den andra övergângsmetallen samt lakas ut med en stark syra eller en stark bas, utan att man lakar ut nämnvärda kvantiteter av ifrågavarande nickel eller andra övergángsmetall eller att man förorsakar nämnvärd förstöring eller förgiftning av ifrågavarande nickel eller andra övergångsmetall.The leachable material may be any metal or compound which can be deposited simultaneously with nickel and the second transition metal or together with nickel compounds and compounds of the second transition metal and leached with a strong acid or a strong base, without leaching appreciable quantities. of the nickel or other transition metal in question or causing significant destruction or poisoning of the nickel or other transition metal in question.

Filmen kan avsättas på det permjoniska membranet 53 genom elektroavsättning av nickel, den andra övergångsmetallen och ett lakningsbart material eller genom samtidig avsättning av fasta partiklar eller genom kemisk avsättning, t.ex. genom hypofosfit- avsättning eller genom borhydridavsättning av nickelföreningar, föreningar av den andra övergångsmetallen och lakningsbara mate- rial eller t.o.m. genom avsättning och termisk sönderdelning av organiska föreningar av nickel, den andra övergångsmetallen och lakningsbara material, t.ex. avsättning och termisk sönderdelning av alkoholater eller resinater.The film can be deposited on the permionic membrane 53 by electrodeposition of nickel, the second transition metal and a leachable material or by simultaneous deposition of solid particles or by chemical deposition, e.g. by hypophosphite deposition or by borohydride deposition of nickel compounds, compounds of the second transition metal and leachable materials or even by deposition and thermal decomposition of organic compounds of nickel, the second transition metal and leachable materials, e.g. deposition and thermal decomposition of alcoholates or resinates.

Enligt en speciellt önskvärd variant av förfarandet för fram- ställning av elektroden inbäddas fina partiklar, t.ex. av storlekz~ .i.,_......._.._...__...._.According to a particularly desirable variant of the method for manufacturing the electrode, fine particles are embedded, e.g. of sizez ~ .i., _......._.._...__...._.

PGO-R QUALITY 10 15 20 25 30 35 RO 8001377-4 26 ordningen från ca 0,5 till 70 /mn i diameter, av nickel, den andra övergångsmetallen eller en förening därav samt ett lakningsbart material i ett partiellt polymeriserat permjoniskt membran 33, var- på polymerisationen fullbordas, varvid lakning av det lakningsbara materialet sker antingen före eller efter polymerisationen. Alterna- tiva partiklar kan inbäddas i hett uppvärmt termoplastiskt perm- joniskt membran 33.PGO-R QUALITY 10 15 20 25 30 35 RO 8001377-4 26 from about 0.5 to 70 / mn in diameter, of nickel, the second transition metal or a compound thereof and a leachable material in a partially polymerized permionic membrane 33, whereupon the polymerization is completed, whereby leaching of the leachable material takes place either before or after the polymerization. Alternative particles can be embedded in hot heated thermoplastic permionic membrane 33.

De lakningsbara materialen kan vara närvarande i partikeln tillsammans med ifrågavarande nickel, eller också kan de utgöras av separata partiklar. Typiska lakningsbara föreningar inkluderar koppar, zink, gallium, aluminium, tenn, kisel eller liknande.The leachable materials may be present in the particle together with the nickel in question, or they may be separate particles. Typical leachable compounds include copper, zinc, gallium, aluminum, tin, silicon or the like.

Speciellt föredragna är nickelpartiklar, innehållande från ca 50 till ca 70% nickel, varvid återstoden utgöres av aluminium, som Raney-legering.Particularly preferred are nickel particles, containing from about 50 to about 70% nickel, the remainder being aluminum, as Raney alloy.

Efter fullbordad polymerisation av det partiellt poly- meriserade membranet 53, eller kylning av det upphettade termo- ' plastiska membranet 33, kan partiklarna 43 lakas, t.ex. i alkali, såsom 0,5 normal kaustik soda eller l normal kaustik soda, i syfte att avlägsna det lakningsbara materialet, t.ex. aluminium, och därefter sköljas med vatten. Det är naturligtvis underför- stått att en viss mängd av det lakningsbara materialet kan finnas kvar i den porösa elektrodytan ÄB utan skadliga effekter. När sålunda t.ex. Raney-nickel-aluminiumlegering och molybden inbäddas i membranet 35, kan ytan 45 innehålla nickel, molybden och alu- minium efter lakning. Den resulterande ytan kan t.ex. innehålla amorf nickel, kristallint molybden, nickel-aluminiumlegeringar samt spår av aluminiumoxid.After completion of the polymerization of the partially polymerized membrane 53, or cooling of the heated thermoplastic membrane 33, the particles 43 can be leached, e.g. in alkali, such as 0.5 normal caustic soda or l normal caustic soda, in order to remove the leachable material, e.g. aluminum, and then rinsed with water. It is of course understood that a certain amount of the leachable material can remain in the porous electrode surface ÄB without harmful effects. Thus, when e.g. Raney nickel-aluminum alloy and molybdenum are embedded in the membrane 35, the surface 45 may contain nickel, molybdenum and aluminum after leaching. The resulting surface can e.g. contain amorphous nickel, crystalline molybdenum, nickel-aluminum alloys and traces of alumina.

Vid elektrolys av alkalimetallkloridlösningar, såsom kaliumklorid- och natriumkloridlösningar i en elektrolyscell med fast polymer, speciellt en cell med ett permjoniskt membran 33 av karboxylsyratyp, är renheten hos saltlösningen av markant betydelse.In the electrolysis of alkali metal chloride solutions, such as potassium chloride and sodium chloride solutions in a solid polymer electrolysis cell, especially a cell with a carboxylic acid type permionic membrane 33, the purity of the saline solution is of significant importance.

Innehållet av övergångsmetaller i saltlösningen bör vara mindre än 40 miljondelar och företrädesvis mindre än 20 miljondelar, varigenom man undviker påväxt på eller beläggning av det perm- joniska membranet 33. Saltlösningens pH-värde bör vara tillräck- ligt lågt för att man skall undvika utfällning av magnesiumjoner.The content of transition metals in the saline solution should be less than 40 parts per million and preferably less than 20 parts per million, thereby avoiding growth or coating of the permionic membrane 33. The pH of the saline solution should be sufficiently low to avoid precipitation of magnesium ions.

Kalciumhalten bör vara mindre än 50 miljarddelar och företrädesvis mindre än 20 miljarddelar. Saltlösningen bör vara praktiskt taget fri från organiska kolföreningar, speciellt när kloren skall ut- vinnas direkt från cellen som en vätska och användas vid en annan process, t.ex. en organisk syntesprocess, såsom en process för framställning av vinylklorid, utan ytterligare behandling. Salt- :nav-_ .Ewa status: 10 15 20 25 30 35 Ä0 lösningsbehandlingen kan utföras pà olika sätt för att man skall uppnå den önskade graden av renhet. Ex.vis kan fosfatutfällning användas för avlägsnande av kalcium, t.ex. som kalciumapatit eller som kalciumfluorapatit. Vidare kan ett jonbytarharts användas för rening av saltlösningen.The calcium content should be less than 50 billionths and preferably less than 20 billionths. The saline solution should be practically free of organic carbon compounds, especially when chlorine is to be extracted directly from the cell as a liquid and used in another process, e.g. an organic synthesis process, such as a vinyl chloride production process, without further treatment. Salt-: nav-_ .Ewa status: 10 15 20 25 30 35 The solution treatment can be carried out in different ways in order to achieve the desired degree of purity. For example, phosphate precipitation can be used to remove calcium, e.g. as calcium apatite or as calcium fluoroapatite. Furthermore, an ion exchange resin can be used to purify the brine.

Företrädesvis är jonbytarhartset ett kelatbildande jon- bytarharts. På detta sätt avlägsnar man med hjälp av multifunktio- naliteten föroreningar i form av flervärda metaller, t.ex. joner av alkaliska jordartsmetaller samt joner av övergångs- metaller.Preferably, the ion exchange resin is a chelating ion exchange resin. In this way, with the help of the multifunctionality, pollutants in the form of polyvalent metals are removed, e.g. ions of alkaline earth metals and ions of transition metals.

Det vatten, som ledes till katalytavdelníngen 45, bör vara 1 huvudsak fritt från koldioxid och karbonater, varigenom man undviker bildning och avsättning av karbonat på det permjoniska membranet 55. Företrädesvis tillföres vattnet i form av avjoni- serat vatten. Återbildningen eller regenereringen av det kelatbildande jonbytarhartset är kritisk. Regenereringen med icke-oxiderande syra bör avlägsna praktiskt taget alla flervärda katjoner. Detta kan åstadkommas genom att man t.ex. använder fràn 10 till 2 bädd- volymer av från 0,5 till 5 normal saltsyra samt företrädesvis från 10 till 20 bäddvolymer eller ännu mera av från 2 till 5 normal saltsyra som regenereringsfluidum.The water passed to the catalyst compartment 45 should be substantially free of carbon dioxide and carbonates, thereby avoiding the formation and deposition of carbonate on the permionic membrane 55. Preferably, the water is supplied in the form of deionized water. The regeneration or regeneration of the chelating ion exchange resin is critical. The regeneration with non-oxidizing acid should remove virtually all polyvalent cations. This can be achieved by e.g. uses from 10 to 2 bed volumes of from 0.5 to 5 normal hydrochloric acid and preferably from 10 to 20 bed volumes or even more of from 2 to 5 normal hydrochloric acid as regeneration fluid.

Utspädda mineralsyror, t.ex. från ca 0,1 till lO normal, och företrädesvis från ca 0,5 till 5 normal, användes som rege- Icke-oxiderande syror föredras, för att man skall Bland lämpliga syror kan nämnas väte- nereringsmedel. undvika skador på hartset. halogeniderna, speciellt saltsyra.Diluted mineral acids, e.g. from about 0.1 to 10 normal, and preferably from about 0.5 to 5 normal, are used as non-oxidizing acids are preferred, in order to be Among suitable acids may be mentioned hydrogenating agents. Avoid damaging the resin. the halides, especially hydrochloric acid.

I Syrastyrkan bör vara tillräckligt hög för att katjoner skall trängas ut ur hartset, dvs över ca 0,1 normal och före- trädesvis över ca 0,5 normal, men tillräckligt låg för att man skall undvika dehydratisering av membranet, dvs under ca 10 normal.The acid strength should be high enough for cations to be expelled from the resin, ie above about 0.1 normal and preferably above about 0.5 normal, but low enough to avoid dehydration of the membrane, ie below about 10 normal .

På detta sätt kan en saltlösning erhållas, vilken innehåller mindre än 20 miljondelar övergångsmetaller och mindre än 20 miljarddelar alkaliska jordartsmetaller.In this way, a saline solution can be obtained which contains less than 20 million parts of transition metals and less than 20 billion parts of alkaline earth metals.

Vid drift av cellen tillåter korta uppehållstider i ano- lytavdelningen 59 för en saltlösnings utarmning av ca l0 till ca 15% användning av saltlösning som kylmedel och ett undvikande av koncentrationspolarisation. Högre saltlösningsutarmningar, t.ex. 30, 40 eller tom. 50, 60 eller 70%, kan seek användas. 'f3;°° 10 15 20 25 30 55 #0 8001377-4 w Elektrolysförfarandet enligt uppfinningen innebär att man ma- tar vattenbaserad alkalimetallkloridsaltlösning till en elektrolys- cell uppvisande en anolytavdelning ~ som är âtskild från en kato- lytavdelning medelst en elektrolyt i form av fast polymer, varvid den fasta polymerelektrolyten innefattar ett fluorerat katjonbytar- membran med karboxylsyragrupper som jonbytargrupper, en anodisk elektrokatalysator på dess anodiska yta och en katodisk elektro- katalysator på dess katodiska yta, att man applicerar en elektrisk potential över den fasta polymerelektrolyten, och att man uttar klor från anolytavdelningen och alkalimetallhydroxíd från katolyt- avdelningen, varvid man driver cellen vid tillräckligt tryck under- stigande ca N MPa övertryck och sådan temperatur att kloren i ano- lytavdelningen hålles i flytande form, man uttar flytande klor och utarmad saltlösning från cellen, och man separerar den flytande kloren från den utarmade saltlösníngen. _ Cellens temperatur kan vara över 9°C, speciellt när salt- lösningen har lågt pH-värde, varigenom man reducerar klorhydrat- bildningen. Alt. kan cellens temperatur hållas under 9°C, vari- genom man ökar klorhydratbildningen och möjliggör utünning av en uppslamning av saltlösning och klorhydrat.During operation of the cell, short residence times in the anolyte compartment 59 allow for a depletion of a saline solution of about 10 to about 15% use of saline as a coolant and an avoidance of concentration polarization. Higher saline depletion, e.g. 30, 40 or even. 50, 60 or 70%, seek can be used. The electrolysis process according to the invention involves feeding aqueous alkali metal chloride salt solution to an electrolytic cell having an anolyte compartment ~ which is separated from a catalyst compartment by means of an electrolyte in the form of solid polymer, the solid polymer electrolyte comprising a fluorinated cation exchange membrane having carboxylic acid groups as ion exchange groups, an anodic electrocatalyst on its anodic surface and a cathodic electrocatalyst on its cathodic surface, applying an electric potential over the solid polymer electrolyte, and chlorine is extracted from the anolyte compartment and alkali metal hydroxide from the catholyte compartment, the cell being operated at a sufficient pressure below about N MPa overpressure and such a temperature that the chlorine in the anolyte compartment is kept in liquid form, liquid chlorine and depleted saline are extracted from the cell, and separating the liquid chlorine from the depleted brine n. The cell temperature can be above 9 ° C, especially when the saline solution has a low pH value, thereby reducing the formation of hydrochloride. Alt. For example, the temperature of the cell can be kept below 9 ° C, thereby increasing the formation of hydrochloride and enabling the dilution of a saline solution and hydrochloride.

Celltemperaturen skall vara tillräckligt låg för att det för att hålla kloren flytande erforderliga trycket skall vara till~ räckligt lågt för att fortfarande tillåta användning av konven- tionell konstruktionsteknik istället för högtryckstekník. Tryck- temperaturdata för flytande klor finns angivna i tabell I.The cell temperature should be low enough that the pressure required to keep the chlorine liquid should be low enough to still allow the use of conventional construction techniques instead of high pressure techniques. Pressure temperature data for liquid chlorine are given in Table I.

TABELL I Ångtryck för flytande klor Temperatur, OC Övertryck. MPa -30 0,021 -25 0,050 -20” 0,092 -15 0,119 -10 ' 0,162 - 5 0,211 0 0,268 + 5 0,350 10 o,uo2 15 0,475 20 0,565 25 0,658 29 8001577-4 Tabell I forts. Ångtryck för flytande klor Temperatur, OC Övertryck. MPa 50 0,771 5 35 0,896 40 1,028 45 1,179 50 1,332 55 1,505 10 60 1 1,682 65 1,870 70 2,087 75 2,316 80 2,559 15 85 2,823 90 5,097 95 5,396 100 3,70 105 4,04 20 110 4,40 115 4,79 120 5,22 125 5,67 150 6,13 25 ”šš Éiïâ Enligt uppfinningen kan flytande klor och utarmad saltlös~ ning utvinnas tillsammans, den flytande kloren separeras från salt- lösningen, saltlösningen därefter kylas för omvandling av ev. klor däri till klorhydrat, vilken vidare avskiljes från saltlösningen, 50 och saltlösningen förstärkas med avseende på salt, renas på nytt I och återföras till cellen, under det att det därur separerade klorhydratet uppvärmes till bildning av klor.TABLE I Vapor pressure for liquid chlorine Temperature, OC Overpressure. MPa -30 0.021 -25 0.050 -20 ”0.092 -15 0.119 -10 '0.162 - 5 0.211 0 0.268 + 5 0.350 10 o, uo2 15 0.475 20 0.565 25 0.658 29 8001577-4 Table I cont. Vapor pressure for liquid chlorine Temperature, OC Overpressure. MPa 50 0.771 5 35 0.896 40 1.028 45 1.179 50 1.332 55 1.505 10 60 1 1.682 65 1.870 70 2.087 75 2.316 80 2.559 15 85 2.823 90 5.097 95 5.396 100 3.70 105 4.04 20 110 4.40 115 4.79 120 5.22 125 5.67 150 6.13 25 ”šš Éiïâ According to the invention, liquid chlorine and depleted saline solution can be recovered together, the liquid chlorine is separated from the saline solution, the saline solution is then cooled to convert any. chlorine therein to chlorohydrate, which is further separated from the brine, and the brine is reinforced with respect to salt, purified again and returned to the cell, while the chlorohydrate separated therefrom is heated to form chlorine.

Trycket i elektrolysören bör vara tillräckligt högt för att gasformigt kväve och syre skall tillåtas avgå från cellen 35 och de till cellen hörande hjälporganen, utan att nämnvärda mäng- der av flytande klor avdrives. När man driver cellen för att producera flytande klor, bör cellens temperatur vara under ca 10000, varigenom man bibehåller trycket på elektrolysören under ca 4 MPa övertryck. Företrädesvis bör cellens temperatur hållas under ca 40 5000, varigenom man gör att cellens tryck kan hållas unier ca i irooà QUALITY 10 15 20 25 30 55 40 8001377-4 30 1,4 MPa övertryck. Den önskade temperaturen och det önskade trycket för cellen kan emellertid bero på den slutliga använd- ningen av den flytande kloren och det erforderliga ångtrycket och den erforderliga temperaturen för den flytande kloren. I prak- tiken gäller att trycket inuti cellen är mera beroende av trycket i hjälporganen och den slutliga användningen för kloren än av cellens konstruktionskomponenter.The pressure in the electrolyser should be high enough to allow gaseous nitrogen and oxygen to escape from the cell and the auxiliaries belonging to the cell, without expelling appreciable amounts of liquid chlorine. When operating the cell to produce liquid chlorine, the temperature of the cell should be below about 10,000, thereby maintaining the pressure of the electrolyzer below about 4 MPa overpressure. Preferably, the temperature of the cell should be kept below about 40 5000, thereby allowing the cell pressure to be kept unier about in irooà QUALITY 10 15 20 25 30 55 40 8001377-4 30 1.4 MPa overpressure. However, the desired temperature and pressure of the cell may depend on the final use of the liquid chlorine and the required vapor pressure and the required temperature of the liquid chlorine. In practice, the pressure inside the cell is more dependent on the pressure in the auxiliary means and the end use of the chlorine than on the structural components of the cell.

Högt tryck är speciellt fördelaktigt på katolytsidan 45 av den enskilda elektrolyscellen ll, där katodreaktionen depola- riseras, eftersom det höga trycket bidrar till att tvinga depola- risatorn in i katalysatorn 43 och disproportionera HO2_.High pressure is particularly advantageous on the catholyte side 45 of the individual electrolytic cell 11, where the cathode reaction is depolarized, since the high pressure helps to force the depolarizer into the catalyst 43 and disproportionate HO2_.

Kloren och den utarmade saltlösningen utvinnes från elektro- lysörens vätskor. Flytande klor är relativt oblandbar med salt- lösning vid de här avsedda trycken. Av denna anledning kan den flytande kloren lätt separeras från saltlösningen, såsom genom centrifugering, filtrering eller något annat viskositets-, yt- spännings- eller densitetsberoende organ.The chlorine and the depleted saline solution are extracted from the electrolyzer fluids. Liquid chlorine is relatively immiscible with saline at the pressures referred to here. For this reason, the liquid chlorine can be easily separated from the brine, such as by centrifugation, filtration or any other viscosity, surface tension or density dependent means.

Därefter kan den avskilda flytande kloren lagras eller användas som en vätska utan kondensation. Den flytande kloren ut- gör emellertid endast frân 2 till 5 molprocent av de vätskor_som förekommer i anolytavdelningen. Även om större delen av kloren kommer att utvinnas och avskiljas i form av en i huvudsak ren vätska, kommer en viss mängd därav att solubiliseras i saltlös- ningen. Kloren i saltlösningen kan utvinnas genom kylning av salt- lösningen till 900, t.ex. genom kylning av avdriven flytande klor, varigenom den i saltlösningen ingående lösliga kloren omvandlas till klorhydrat. Klorhydratet, som är ett gult kristallint mate- rial, kan avskiljas från den utarmade saltlösningen och t.ex. upp- hettas till bildning av klor.Thereafter, the separated liquid chlorine can be stored or used as a liquid without condensation. However, the liquid chlorine makes up only from 2 to 5 mole percent of the liquids present in the anolyte compartment. Although most of the chlorine will be recovered and separated in the form of a substantially pure liquid, a certain amount thereof will be solubilized in the saline solution. The chlorine in the brine can be recovered by cooling the brine to 900, e.g. by cooling the evaporated liquid chlorine, whereby the soluble chlorine contained in the brine is converted into chlorohydrate. The hydrochloride, which is a yellow crystalline material, can be separated from the depleted saline solution and e.g. heated to form chlorine.

Vid drift av cellen kan avlägsnandet av stagnerande klor- fickor från anodytan och avlägsnandet av fasta, kristalliserade eller starkt koncentrerade flytande alkalimetallhydroxider från katodytan 41 av det permjoniska membranet 33 utföras under använd- ning av ultraljudvibrering av det permjoniska membranet 33 eller genom användning av pulserande ström. När pulserande ström utnytt- jas, kan den utgöras av pulserad likström, likriktad växelström eller likriktad halvvågsväxelström. Speciellt föredragen är pulserad likström med en frekvens av från ca 10 till ca 40 cykler per sekund och företrädesvis från ca 20 till ca 30 cykler per sekund. 150011 QUALYH 10 15 20 25 30 35 HO 8001377-4 31 Den från cellen utvunna katolytvätskan innehåller typiskt över 20 viktprooent alkalimetallhydroxid. När, såsom gäller för en föredragen utföringsform, det permjoniska membranet 33 är ett karboxylsyramembran, såsom har beskrivits ovan, kan katolytvätskan innehålla över 30 till 55 viktprocent, t.ex. 40 eller t.o.m. 45 viktprocent eller ännu mera av alkalimetallhydroxid.During operation of the cell, the removal of stagnant chlorine pockets from the anode surface and the removal of solid, crystallized or highly concentrated liquid alkali metal hydroxides from the cathode surface 41 of the permionic membrane 33 can be performed using ultrasonic vibration of the permionic membrane 33 or by using pulses. . When pulsating current is used, it can consist of pulsed direct current, rectified alternating current or rectified half-wave alternating current. Particularly preferred is pulsed direct current with a frequency of from about 10 to about 40 cycles per second and preferably from about 20 to about 30 cycles per second. 150011 QUALYH 10 The catholyte liquid recovered from the cell typically contains over 20% by weight of alkali metal hydroxide. When, as in a preferred embodiment, the permionic membrane 33 is a carboxylic acid membrane, as described above, the catholyte liquid may contain over 30 to 55% by weight, e.g. 40 or t.o.m. 45% by weight or more of alkali metal hydroxide.

Strömtätheten för elektrolyscellen ll med fast polymer- elektrolyt kan vara högre än vad som gäller i en konventionell cell med permjoniskt membran eller diafragma, t.ex. mera än 2150 A per m2 och företrädesvis mera än 4300 A per m2. Enligt en speci- ellt föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning kan elektrolys utföras vid en strömtäthet av 8600 eller t.o.m. 12900 A per m2, varvid strömtätheten definieras som den genom cellen passerande totala strömmen dividerad med ytarean av ena sidan av det permjoniska membranet 35.The current density of the electrolysis cell II with solid polymer electrolyte may be higher than that of a conventional cell with a permionic membrane or diaphragm, e.g. more than 2150 A per m2 and preferably more than 4300 A per m2. According to a particularly preferred embodiment of the present invention, electrolysis can be performed at a current density of 8600 or even 12900 A per m2, the current density being defined as the total current passing through the cell divided by the surface area of one side of the permionic membrane 35.

Enligt en speciellt föredragen variant kan katoden depolari- seras, varigenom man eliminerar bildningen av gasformiga katodpro- dukter. Vid användning av den depolariserade katoden matas oxidant till katodytan 41 av den fasta polymerelektrolyten 31, under det att man anordnar en lämplig katalysator 43 i kontakt med katodytan H1 pá den fasta polymerelektrolyten 31, varigenom man undviker ut- veckling av gasformigt väte. När på detta sätt elektrolysören l och elektrolyscellen ll hâlles vid förhöjt tryck, såsom har be- skrivits ovan; kan utvecklingen av gasformiga produkter till största delen undvikas, vilket även gäller de problem som är för- knippade därmed. _ Vid förfarandet för framställning av alkalimetallhydroxid och klor genom elektrolys av en alkalimetallkloridsaltlösning, såsom en vattenbaserad lösning av natriumklorid eller kaliumklofi.d, ledes alkalimetallkloridlösningen in i cellen, varpå en spänning appliceras över cellen, varvid klor utvecklas vid anoden, alkali- metallhydroxid bildas i elektrolyten i kontakt med katoden och väte kan utvecklas vid katoden. Den totala anodreaktionen är: 201- ---à C12 + 2e" (1) medan den totala katodreaktionen är: 2H2o + ae' ----;~ H2 + zon" (2) Mera exakt gäller att katodreaktionen rapporteras vara: H20 + e' ----> Hads + oH' (3) enligt vilken monoatomiskt väte adsorberas på katodytan. media rapporteras det adsorberade vätet desorberas enligt en av I basiska ven-_.. _... _. __ _ PooR oÜALm 10 15 20 25 30 35 40 _ matas till katoden. 8001377-4 32 två alternativa processer: 2Hads ---ä H2 eller _ (4) Hads + H20 + e' --9 H2 + OH (5) Vätedesorptionssteget, dvs reaktion (4) eller reaktion (5), anges vara det väteöverspänningsbestämmande steget. Detta innebär att det är det hastighetsreglerande steget, och dess aktiveringsenergi motsvarar katodväteöverspänningen. Katodspän- ningen för väteutvecklingsreaktionen (2) är av storleksordningen ca 1,5 till 1,6 volt relativt en mättad kalomelelektrod (SCE) på järn i basiska media, där väteöverspänningskomponenten är från ca 0,4 till 0,5 volt.According to a particularly preferred variant, the cathode can be depolarized, thereby eliminating the formation of gaseous cathode products. When using the depolarized cathode, oxidant is fed to the cathode surface 41 of the solid polymer electrolyte 31, while arranging a suitable catalyst 43 in contact with the cathode surface H1 of the solid polymer electrolyte 31, thereby avoiding evolution of gaseous hydrogen. When in this way the electrolyzer 1 and the electrolytic cell 11 are kept at elevated pressure, as has been described above; For example, the development of gaseous products can largely be avoided, which also applies to the problems associated with it. In the process for producing alkali metal hydroxide and chlorine by electrolysis of an alkali metal chloride salt solution, such as an aqueous solution of sodium chloride or potassium chloride, the alkali metal chloride solution is passed into the cell, whereupon a voltage is applied across the cell to form chlorine alkali in the anode. the electrolyte in contact with the cathode and hydrogen can develop at the cathode. The total anode reaction is: 201- --- à C12 + 2e "(1) while the total cathode reaction is: 2H2o + ae '----; ~ H2 + zone" (2) More precisely, the cathode reaction is reported to be: H20 + e '----> Hads + oH' (3) according to which monoatomic hydrogen is adsorbed on the cathode surface. media reported the adsorbed hydrogen is desorbed according to one of I basic veins _ .. _... _. __ _ PooR oÜALm 10 15 20 25 30 35 40 _ fed to the cathode. 8001377-4 32 two alternative processes: 2Hads --- ä H2 or _ (4) Hads + H20 + e '--9 H2 + OH (5) The hydrogen desorption step, ie reaction (4) or reaction (5), is stated to be the hydrogen overvoltage determining step. This means that it is the speed regulating step, and its activation energy corresponds to the cathode hydrogen overvoltage. The cathode voltage for the hydrogen evolution reaction (2) is of the order of about 1.5 to 1.6 volts relative to a saturated calomel electrode (SCE) on iron in basic media, where the hydrogen overvoltage component is from about 0.4 to 0.5 volts.

Ett sätt för att minska katodspänningen är att åstadkomma en substitutreaktion för utvecklingen av gasformigt väte, dvs att åstadkomma en reaktion där en flytande produkt bildas istället Sålunda kan vatten bildas när en oxidant Oxidanten kan vara en gasformig oxidant, såsom Alt. kan oxidanten vara en vätske- för gasformigt väte. syre, luft eller liknande. formig oxidant, såsom väteperoxíd, en hydroperoxid, väteperoxid eller en peroxisyra eller liknande. _ När oxidanten är syre, t;ex. i form av luft eller gas- formigt syre, antas foljande reaktion äga rum vid katoden: ' (6) 02 + 2H2o + nä' __; 4oH' _) Denna reaktion förutsättes vara en elektronöverförings- reaktion: _ 02 + H20 + ae' ---> H02' + oH' (7) följd av en ytreaktion: 21102' --> 02 + 2oH' (8) Det antas att den förhärskande reaktionen på den hydrofoba ytan är reaktion (7), varvid reaktion (8) sker på ytan av ktalysa- torpartiklarna 43 dispergerade i och genom katodytan 41 på den fasta polymerelektrolyten 33. Sådana katalysatorpartiklar inklu- derar partiklar av elektrokatalysatorer, såsom kommer att beskrivas nedan. På detta sätt elimineras det höga väteöverspännings- desorptionssteget.One way to reduce the cathode voltage is to produce a substitute reaction for the evolution of gaseous hydrogen, i.e. to produce a reaction in which a liquid product is formed instead. Thus water can be formed when an oxidant The oxidant may be a gaseous oxidant, such as Alt. the oxidant may be a gaseous hydrogen liquid. oxygen, air or the like. shaped oxidant, such as hydrogen peroxide, a hydroperoxide, hydrogen peroxide or a peroxyacid or the like. When the oxidant is oxygen, e.g. in the form of air or gaseous oxygen, the following reaction is assumed to take place at the cathode: '(6) O 2 + 2H 2 O + nä' __; 4oH '_) This reaction is assumed to be an electron transfer reaction: _ 02 + H20 + ae' ---> H02 '+ oH' (7) followed by a surface reaction: 21102 '-> 02 + 2oH' (8) It it is assumed that the predominant reaction on the hydrophobic surface is reaction (7), reaction (8) taking place on the surface of the catalyst particles 43 dispersed in and through the cathode surface 41 of the solid polymer electrolyte 33. Such catalyst particles include particles of electrocatalysts, such as will be described below. In this way, the high hydrogen overvoltage desorption step is eliminated.

När oxidanten är en peroxiförening, antas följande reaktion äga rum vid katoden: Rcopo' + 2H2o + ae' ---> RcoH + 3oH' (9) Denna reaktion antas vara en elektronöverföringsreaktion följd av en ytreaktion.When the oxidant is a peroxy compound, the following reaction is believed to take place at the cathode: Rcopo '+ 2H 2 O + ae' ---> RcoH + 3oH '(9) This reaction is believed to be an electron transfer reaction followed by a surface reaction.

Lämpliga organiska oxidanter är sådana organiska föreningar som innehåller en reducerbar peroxibindning, C-O-O-. Bland lämp- ïóbíà QUP-flfi 10 15 20 25 30 35 HO 33 8001577-4 liga axidanter kan nämnas organiska peroxider, organiska hydro- peroxider och organiska persyror, vilka även benämnes peroxisyror.Suitable organic oxidants are those organic compounds which contain a reducible peroxy bond, C-O-O-. Suitable oxidants include organic peroxides, organic hydroperoxides and organic peracids, which are also called peroxyacids.

En föredragen grupp av organiska oxidanter är organiska hydroper- oxider. Speciellt fördelaktiga organiska oxidanter är organiska hydroperoxider som ger alkoholer, vilka är lösliga i vatten i alla proportioner, sådana hydroperoxider som ger alkoholer, vilka har begränsad löslighet i vatten, samt sådana hydroperoxider som ger alkoholer, vilka är begränsat lösliga i vatten. Ex.vis gäller att speciellt fördelaktiga hydroperoxider är metylhydroperoxid som ger metylalkohol, etylhydroperoxid som ger etylalkohol, n- propylhydroperoxid som ger n-propylalkohol, i-propylhydroperoxid som ger i-propylalkohol och t-butylhydroperoxid som ger t-butyl- alkohol. Användbara vid förfarandet enligt föreliggande uppfinning är även de hydroperoxider som ger alkoholer med begränsad löslig- het i vatten såsom n-butylhydroperoxid som ger n-butylalkohol, ' sek-butylhydroperoxid som ger sek-butylalkohol, i-butylhydroper- oxid som ger i-butylalkohol samt t-pentylhydroperoxid som ger t-pentylalkohol. Alt. kan sådana hydroperoxider användas, vilka som katodreduktionsprodukter ger svårlösliga alkoholer, såsom n-pentylhydroperoxid som ger n-pentylalkohol, i-pentylhydroperoxider som ger i-pentylalkoholer, s-pentylhydroperoxider som ger s-pentyl- alkoholer och neopentylhydroperoxid som ger neopentylalkohol som katodreduktionsprodukter. Användbara är även kumenhydroperoxid, som ger kumylalkohol, och etylbensenhydroperoxid som ger metyl- fenylkarbinol.A preferred group of organic oxidants are organic hydroperoxides. Particularly advantageous organic oxidants are organic hydroperoxides which give alcohols which are soluble in water in all proportions, those hydroperoxides which give alcohols which have limited solubility in water, and those hydroperoxides which give alcohols which are soluble in water. For example, particularly advantageous hydroperoxides are methyl hydroperoxide which gives methyl alcohol, ethyl hydroperoxide which gives ethyl alcohol, n-propyl hydroperoxide which gives n-propyl alcohol, i-propyl hydroperoxide which gives i-propyl alcohol and t-butyl hydroperoxide which gives t-butyl alcohol. Also useful in the process of the present invention are those hydroperoxides which give alcohols with limited solubility in water such as n-butyl hydroperoxide which gives n-butyl alcohol, sec-butyl hydroperoxide which gives sec-butyl alcohol, i-butyl hydroperoxide which gives i-butyl alcohol and t-pentyl hydroperoxide to give t-pentyl alcohol. Alt. For example, such hydroperoxides can be used which, as cathode reduction products, give sparingly soluble alcohols, such as n-pentyl hydroperoxide to give n-pentyl alcohol, i-pentyl hydroperoxides to give i-pentyl alcohols, s-pentyl hydroperoxides to give s-pentyl alcohols and neopentyl hydroperoxide to give nopenthol red oxide. Also useful are cumene hydroperoxide, which gives cumyl alcohol, and ethylbenzene hydroperoxide, which gives methylphenylcarbinol.

En annan grupp av hydroperoxider, som är användbar vid utövandet av förfarandet enligt föreliggande uppfinning, är di- hydroperoxider. Dihydroperoxider ger glykoler som reaktionspro- dukt, när de sättes till katolytkammaren i en elektrolyscell en- ligt föreliggande uppfinning. De föredragna dihydroperoxiderna är sådana som är fullständigt blandbara med vatten eller sådana som är åtminstone partiellt lösliga i vatten. De föredragna dihydro- peroxiderna är dihydroperoxider av G3-C10-alkyler, varvid dihydro- peroxiderna av G6-C10-alkylgrupperna är speciellt föredragna.Another group of hydroperoxides useful in the practice of the process of the present invention are dihydroperoxides. Dihydroperoxides give glycols as a reaction product when added to the catholyte chamber of an electrolytic cell according to the present invention. The preferred dihydroperoxides are those which are completely miscible with water or those which are at least partially soluble in water. The preferred dihydroperoxides are dihydroperoxides of C3-C10-alkyls, with the dihydroperoxides of the C6-C10-alkyl groups being especially preferred.

Sådana dihydroperoxider inkluderar hexandihydroperoxid, heptan- dihydroperoxid, oktandihydroperoxid, nonandihydroperoxid och dekandihydroperoxid.Such dihydroperoxides include hexane dihydroperoxide, heptane dihydroperoxide, octane hydroperoxide, nonanedihydroperoxide and decanedihydroperoxide.

Under det att alkoholer, ketoner, aldehyder och glykoler omtalas häri, kan de bildas endast som mellanprodukter och kan de reageras ytterligare, såsom genom dehydratisering till bildning av POOR QUALITY 10 15' 20 25 30 35 40 8001377-4 m» olefiner och etrar, eller genom reaktion med andra tillsatsmedel, såsom organiska syror, till bildning av estrar eller till bildning av alkalimetallsalter av alkoholer.While alcohols, ketones, aldehydes and glycols are referred to herein, they can be formed only as intermediates and can be further reacted, such as by dehydration to form pORO QUALITY and m olefins and ethers. or by reaction with other additives, such as organic acids, to form esters or to form alkali metal salts of alcohols.

När mellanprodukten är en alkohol, kan denna alkohol reageras vidare till bildning av etrar. Alkoholen kan separeras från cellvätskan och reageras ytterligare till bildning av ifråga- varande eter, t.ex. genom reaktion med ett alkyleringsmedel, t.ex. ett alkylsulfat. När sålunda det organiska oxidationsmedlet är tertiär butylhydroperoxid, är den från katolytavdelningen utvunna mellanprodukten tertiär butylalkohol. Den tertiära butylalkoholen kan utvinnas från cellen, separeras från cellvätskan, t.ex. genom destillation, och reageras med t.ex. metylsulfat till bildning av metyl-tertiär butyleter. Metyl-tertiär butyleter är användbar som tillsatsmedel till bilbränsle.When the intermediate is an alcohol, this alcohol can be further reacted to form ethers. The alcohol can be separated from the cell fluid and further reacted to form the ether, e.g. by reaction with an alkylating agent, e.g. an alkyl sulfate. Thus, when the organic oxidizing agent is tertiary butyl hydroperoxide, the intermediate recovered from the catholyte compartment is tertiary butyl alcohol. The tertiary butyl alcohol can be recovered from the cell, separated from the cell fluid, e.g. by distillation, and reacted with e.g. methyl sulfate to form methyl tertiary butyl ether. Methyl tertiary butyl ether is useful as a car fuel additive.

I Speciellt önskvärda hydroperoxider är sådana som ger al- koholer, vilka är lösliga i vatten i alla proportioner och är användbara vid olika industriella processer. Som ex. kan nämnas t-butylhydroperoxid som ger t-butylalkohol som katodreduktions- produkt, varvid gäller att t-butylalkohol är användbar som oktan- talshöjare för bilar.Particularly desirable hydroperoxides are those which yield alcohols which are soluble in water in all proportions and are useful in various industrial processes. Som ex. may be mentioned t-butyl hydroperoxide which gives t-butyl alcohol as a cathode reduction product, whereby t-butyl alcohol is useful as an octane enhancer for cars.

Dialkylperoxider, som har formeln RlOOR2, där Rl och R2 kan vara -CH3, -CEH , -CEH7, -CÄH9, -CH2CH=CH2, eller vilken som helst annan dialkylperoxid, som är löslig i vatten eller löslig i organiska lösningsmedel, kan användas vid förfarandet enligt före- liggande uppfinning. Förutom dialkylperoxiderna kan polyoxiderna med formeln Rl0nR , där n är 3 eller 4, användas vid förfarandet enligt föreliggande uppfinning, vilket även gäller för cykle- peroxiderna med formeln Bl-O-O-B2.Dialkyl peroxides having the formula R10OR2, where R1 and R2 can be -CH3, -CEH, -CEH7, -CHH9, -CH2CH = CH2, or any other dialkyl peroxide that is soluble in water or soluble in organic solvents can be used in the process of the present invention. In addition to the dialkyl peroxides, the polyoxides of the formula R10nR, where n is 3 or 4, can be used in the process of the present invention, which also applies to the cyclperoxides of the formula B1-O-O-B2.

Peroxisyror, som även är kända som persyror, med formeln mcoñn), där R kan vara -H, -cny 011201, mans, -(n-c5H7), -(i-CÄH9), -(n-C5Hll), och vilken som häst annan persyra, som är löslig i vatten eller löslig i organiska lösningsmedel, kan an- vändas. Vidare kan acylperoxíder eller andra peroxisyraprekursorer användas vid förfarandet. Dessutom kan även aryldiperoxisyror an- vändas.Peroxyacids, also known as peracids, of the formula mcoñn), where R may be -H, -cny 011201, mans, - (n-c5H7), - (i-CÄH9), - (n-C5H11), and which as horse other peracid, which is soluble in water or soluble in organic solvents, can be used. Furthermore, acyl peroxides or other peroxyacid precursors can be used in the process. In addition, aryldiperoxy acids can also be used.

Under det att förfarandet beskríves med avseende på organiska oxidationsmedel, såsom organiska peroxider, organiska hydroperoxider (med den allmänna formeln R -O- O -H) och organiska peroxisyror (med den allmänna formeln RCOBH), är det underförstått att olika derivat av de organiska oxídationsmedlen också kan användas. Exem- 10 15' 20 25 30 35 H0 c _l_______,____c_? a Q 35 8001377-4 pelvis kan förfarandet utövas med salter av de organiska oxidations- medlen, t.ex. salter av organiska hydroperoxider (med formeln R - O - O - M) och salter av organiska peroxisyror (med formeln RCO3M), där M är katjcnísk grupp vald ur gruppen bestående av al- kalimetaller, alkaliska jordartsmetaller och ammoniumradikaler. Av alkalimetallerna litium, natrium, kaliumlrubidium och cesium är alkalimetallen vanligtvis natrium eller kalium. Av de alkalíska jordartsmetallerna beryllium, magnesium, kalcium, strontium och barium är den alkaliska jordartsmetallen vanligtvis magnesium eller kalcium. Vanligtvis gäller att, när katolytvätskan är en vattenbaserad alkalimetallhydrcxid, MOH; det organiska oxidations- medlet antingen föreligger i väteform (t.ex. R - O - O - H, R ~ O - 0 - R, RCOBH) eller alkalimetallsaltet (t.ex. R - O - O - M, RCO3M), där M är samma alkalimetall i hydroxiden och det organiska oxidationsmedlet.While the process is described with respect to organic oxidizing agents, such as organic peroxides, organic hydroperoxides (with the general formula R -O- O -H) and organic peroxyacids (with the general formula RCOBH), it is understood that various derivatives of the organic peroxides oxidizing agents can also be used. Exem- 10 15 '20 25 30 35 H0 c _l _______, ____ c_? a Q 35 8001377-4 pelvis, the process can be practiced with salts of the organic oxidizing agents, e.g. salts of organic hydroperoxides (of the formula R - O - O - M) and salts of organic peroxyacids (of the formula RCO3M), where M is a catechinical group selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals and ammonium radicals. Of the alkali metals lithium, sodium, potassium lrubidium and cesium, the alkali metal is usually sodium or potassium. Of the alkaline earth metals beryllium, magnesium, calcium, strontium and barium, the alkaline earth metal is usually magnesium or calcium. Generally, when the catholyte liquid is an aqueous alkali metal hydroxide, MOH; the organic oxidizing agent is either in hydrogen form (eg R - O - O - H, R - O - O - R, RCOBH) or the alkali metal salt (eg R - O - O - M, RCO3M), where M is the same alkali metal in the hydroxide and the organic oxidizing agent.

Under användning av organiska peroxioxidanter utvinnes katod- reaktionsprodukterna av oxidanten från katolytkammaren H5 tillsammans med cellvätskan. De katodiska reduktionsprodukterna av oxidanten kan delvis eller totalt utgöras av gaser eller ångor, såsom metyl- alkohol, etylalkohol, n-propylalkohol, i-propylalkohol eller t- butylalkohol. Alt. kan produkterna vara vätskor, som utvinnes med cellvätskan, såsom metylalkohol, etylalkohol, n-propylalkohol, i-propylalkohol, t-butylalkohol, Sek-butylalkohol, i-butylalkohol, n-butylalkohol eller t-pentylalkohol, n-pentylalkohol, i-pentyl- alkohol eller amylalkohol, eller också kan katodprodukten vara 'emulsioner eller suspensioner av överskottsmängder av svârlösliga alkoholer, sàsom sek-butylalkohol, i-butylalkohol, n-butylalkohol, t-pentylalkohol, n-pentylalkohol, i~pentylalkohol eller amyl- alkohol. När katodreduktionsprodukten av oxidanten utvinnes antingen som en gas eller som både en gas och en vätska, såsom metylalkohol, etylalkohol, n-propylalkohol, i-propylalkohol eller t-butylalkohol, avskiljes den katodiska reduktionsprodukten från såväl vattenàngan som gasfasen och utvinnes. Alt. kan, när den katodiska reduktionsprodukten av oxidationsmedlet utvinnes som en nvätska, antingen i lösning med vatten eller som en suspension eller emulsion i vatten, såsom metylalkohol, etylalkohol, n-propyl- alkohol, i-propylalkohol, n-butylalkohol, i-butylalkohol; sek- butylalkohol, t-butylalkohol, t-pentylalkohol, n-pentylalkohol, i-pentylalkohol, neopentylalkohol eller s-pentylalkohol, den katodiska reduktionsprodukten separeras från cellvätskan medelst " uzfllhlïï 10 20 25 30 35 #0 8001377-4 . 36 metoder som är välkända inom denna teknik, såsom fraktionerad destillation, extraktion, adsorption, avdrivning, annan fassepa- rationsteknik eller liknande, och utvinnas.Using organic peroxioxidants, the cathode reaction products are recovered from the oxidant from the catholyte chamber H5 together with the cell fluid. The cathodic reduction products of the oxidant may be partially or totally gases or vapors, such as methyl alcohol, ethyl alcohol, n-propyl alcohol, i-propyl alcohol or t-butyl alcohol. Alt. the products may be liquids recovered with the cell fluid, such as methyl alcohol, ethyl alcohol, n-propyl alcohol, i-propyl alcohol, t-butyl alcohol, sec-butyl alcohol, i-butyl alcohol, n-butyl alcohol or t-pentyl alcohol, n-pentyl alcohol, alcohol or amyl alcohol, or the cathode product may be emulsions or suspensions of excess amounts of sparingly soluble alcohols, such as sec-butyl alcohol, i-butyl alcohol, n-butyl alcohol, t-pentyl alcohol, n-pentyl alcohol, i-pentyl alcohol or amyl alcohol. When the cathode reduction product of the oxidant is recovered either as a gas or as both a gas and a liquid, such as methyl alcohol, ethyl alcohol, n-propyl alcohol, i-propyl alcohol or t-butyl alcohol, the cathodic reduction product is separated from both the water vapor and the gas phase and recovered. Alt. when the cathodic reducing product of the oxidizing agent is recovered as a liquid, either in solution with water or as a suspension or emulsion in water, such as methyl alcohol, ethyl alcohol, n-propyl alcohol, i-propyl alcohol, n-butyl alcohol, i-butyl alcohol; sec-butyl alcohol, t-butyl alcohol, t-pentyl alcohol, n-pentyl alcohol, i-pentyl alcohol, neopentyl alcohol or s-pentyl alcohol, the cathodic reduction product is separated from the cell fluid by "uz fl lhlïï 10 20 25 30 35 # 0 80013. well known in the art, such as fractional distillation, extraction, adsorption, stripping, other phase separation techniques or the like, and recovered.

Enligt en variant framställes tertiär butylalkohol under elektrolysen av natriumkloridsaltlösning. Vid denna variant ledes nat- riumkloridsaltlüning till en anolytkammare 39 i en elektrolyscell ll, varvid tertiär butylhydroperoxidiledes till en katolytkammare 45 i cellen och elektrisk ström bringas att passera från en anod 37 i cellen ll till en katod 43 i cellen ll, varigenom klor ut- vecklas vid anoden och tertiär butylalkohol och aceton bildas i katolytkammaren. En vattenbaserad katolytvätska innehållande natriumhydroxid, tertiär butylalkohol, aceton och överskott av tertiär butylhydroperoxid utvinnes från katolytkammaren 45 i cellen ll.a W Därefter utvinnes från cellen ll en vattenbaserad katolyt- cellvätska innehållande natriumhydroxid, tertiär butylalkohol, en karbonyl, t.ex. aceton, och överskott av tertiär butylhydro- peroxid, troligtvis som natriumsaltet. Med tillförsel av tertiär butylhydroperoxid och en produkt i form av tertiär butylalkohol kan en azeotrop bildas vid avdrivning och efterföljande utvinning och destillation av cellvätskan. Denna azeotrop innehåller ll;76% vatten och 88,24% tertiär butylalkohoi.According to one variant, tertiary butyl alcohol is produced during the electrolysis of sodium chloride brine. In this variant, sodium chloride salt solution is passed to an anolyte chamber 39 in an electrolytic cell II, whereby tertiary butyl hydroperoxide is passed to a catholyte chamber 45 in the cell and electric current is passed from an anode 37 in the cell III to a cathode 43 in the cell III, whereby chlorine is discharged. develops at the anode and tertiary butyl alcohol and acetone are formed in the catholyte chamber. An aqueous catholyte liquid containing sodium hydroxide, tertiary butyl alcohol, acetone and excess tertiary butyl hydroperoxide is recovered from the catholyte chamber 45 in cell ll.a W Then from the cell ll an aqueous catholyte cell fluid containing sodium hydroxide, tertiary butarbonyl, e.g. acetone, and excess tertiary butyl hydroperoxide, probably as the sodium salt. With the addition of tertiary butyl hydroperoxide and a product in the form of tertiary butyl alcohol, an azeotrope can be formed upon evaporation and subsequent recovery and distillation of the cell fluid. This azeotrope contains 11: 76% water and 88.24% tertiary butyl alcohol.

Vid den variant där ett överskott av tertiär butylhydroper- oxid matas till cellen, kan den tertiära butylalkohol som utvinnes som en azeotrop, hydroperoxidsaltet av natrium, t.ex. Naff@CH3)3C00-/, kristalliseras ut ur en koncentrerad vattenlösning av natriumhydr- oxid, t.ex. en kaustiksodalösning innehållande mera än 40 viktpro- cent natriumhydroxid. Detta natriumsalt av tertiär butylhydroper~ oxid kan sedan recirkuleras till katolytkammaren H5 i en cell 11,15.In the variant where an excess of tertiary butyl hydroperoxide is fed to the cell, the tertiary butyl alcohol recovered as an azeotrope, the hydroperoxide salt of sodium, e.g. Naff® (CH 3) 3 COO- /, is crystallized from a concentrated aqueous solution of sodium hydroxide, e.g. a caustic soda solution containing more than 40% by weight of sodium hydroxide. This sodium salt of tertiary butyl hydroperoxide can then be recycled to the catholyte chamber H5 in a cell 11,15.

Enligt ännu en annan variant kan cellvätskan matas till en annan cell 13, t.ex. till dess katolytkammare H5, varigenom man åstadkommer en katolytvätska som har förhöjd alkalimetallhydroxid- halt och minskad halt av organisk oxidant. Den kvarvarande organiska oxidanten kan sedan reduceras ytterligare i den efterföljande cellen eller de efterföljande cellerna tillsammans med cellvätskan, i syfte att åstadkomma ytterligare biprodukt, t.ex mera keton, aldehyd, syra, alkohol eller glykol och en alkalimetallhydroxidlösning av hög styrka. Vid denna utföringsform kan serieflöde av katolytvätskan, t.ex. genom en bipolär elektrolysör 1, användas.According to yet another variant, the cell fluid can be fed to another cell 13, e.g. to its catholyte chamber H5, thereby providing a catholyte liquid having elevated alkali metal hydroxide content and decreased organic oxidant content. The remaining organic oxidant can then be further reduced in the subsequent cell or cells together with the cell fluid, in order to provide additional by-product, eg more ketone, aldehyde, acid, alcohol or glycol and a high strength alkali metal hydroxide solution. In this embodiment, serial flow of the catholyte liquid, e.g. by a bipolar electrolyzer 1, be used.

Enligt ännu en annan variant av förfarandet kan oxidanten www-sf".- Pooïá QUALITY 10 15 20 25 50 35 BO 37 8001377-4 vara ett redoxpar, dvs ett reduktions-oxidationspar, där oxidanten reduceras inuti cellen och därefter oxideras utanför för återföring till cellen. Ett lämpligt redoxpar är ning, som kan matas till cellen 11 som en kupriförening, reduceras till en kuproförening vid katoden H5 och utvinnas från katolytav- delningen H5 som en kuproförening. Därefter kan kuproföreningen oxideras till en kupriförening utanför elektrolysören 1 och återföras till densamma. Lämpliga kopparpar inkluderar kelatbundna kopparpar, cellen, såsom en kopparföre- såsom ftalocyaníner.According to yet another variant of the process, the oxidant www-sf ".- Pooïá QUALITY 10 15 20 25 50 35 BO 37 8001377-4 may be a redox pair, i.e. a reduction oxidation pair, where the oxidant is reduced inside the cell and then oxidized outside for return to A suitable redox pair, which can be fed to cell 11 as a cuprous compound, is reduced to a cuprous compound at the cathode H5 and recovered from the cathode compartment H5 as a cuprous compound, then the cuprous compound can be oxidized to a cuprous compound outside the electrolyzer 1 and returned to the cell. Suitable copper pairs include chelated copper pairs, the cell, such as a copper precursor such as phthalocyanines.

Enligt en annan variant av förfarandet, då ett redoxpar an- vändes, kan detta redoxpar vara ett kinon-hydrokinonredoxpar. I detta fall reduceras kinonen elektrolytiskt till hydrokinon vid ka- toden H3, varvid hydrokinon utvinnes från katolytvätskan H5 och oxideras till kinon utanför cellen.According to another variant of the process, when a redox pair is used, this redox pair may be a quinone-hydroquinone redox pair. In this case, the quinone is electrolytically reduced to hydroquinone at the cathode H3, whereby hydroquinone is recovered from the catholyte liquid H5 and oxidized to quinone outside the cell.

En annan variant av förfarandet innebär att fasta syrebärare kan ledas till katolytavdelningen H5 och utvinnas partiellt befria- de från syre. Bland dessa kan nämnas mangan(II)kompleX, övergångs- metallftalocyanintetrasulfonatkomplex och binukleära koppar(II)kom- plex av 1-fenyl-1,5,5-hexantriorat.Another variant of the process means that solid oxygen carriers can be led to the cathode surface compartment H5 and partially recovered from oxygen. These include manganese (II) complexes, transition metal phthalocyanine tetrasulfonate complexes and binuclear copper (II) complexes of 1-phenyl-1,5,5-hexane priorate.

De katodkatalysatorer, som är användbara vid utövandet av för- farandet är sådana som uppvisar egenskaper som HOš-disproportio- neringskatalysatorer, dvs katalysatorer med förmåga att katalysera ytreaktionen 2H02' -ïa- 02 + 20H' (10) Dessutom bör katalysatorn antingen uppvisa förmåga att katalysera elektronöverföringsreaktionen 02 + H20 + ae" --> H02" + OH' eller att användas tillsammans med en sådan katalysator. (ll) Ifràga- varande katalysatorer bör också vara kemiskt beständiga mot kato- lytvätskan. _, Tillfredsställande H02' -disproportioneringskatalysatorer inkluderar kol, övergângsmetallerna ur grupp VIII, vilka är järn, kobolt, nickel, palladium, rutenium, rodium, platina, osmium, iridium och föreningar därav. Dessutom kan andra katalysatorer, såsom koppar, bly och oxider av bly, användas. erna kan vara närvarande som metaller, som legeringar och som intermetalliska föreningar. När t.ex. nickel användes, kan den blandas med Mo, Ta eller Ti. Dessa blandningar bidrar till att upprätthålla låg katodspänning över långa elektrolysperioder.The cathode catalysts useful in the practice of the process are those which exhibit properties such as HOš disproportionation catalysts, ie catalysts capable of catalyzing the surface reaction 2HO 2 '-ïa-02 + 20H' (10). In addition, the catalyst should either have the ability to catalyze the electron transfer reaction O 2 + H 2 O + ae "-> HO 2" + OH 'or to be used with such a catalyst. (ll) The catalysts in question should also be chemically resistant to the catalytic fluid. Satisfactory HO 2 'disproportionation catalysts include carbon, the Group VIII transition metals which are iron, cobalt, nickel, palladium, ruthenium, rhodium, platinum, osmium, iridium and compounds thereof. In addition, other catalysts, such as copper, lead and oxides of lead, can be used. can be present as metals, as alloys and as intermetallic compounds. When e.g. nickel is used, it can be mixed with Mo, Ta or Ti. These mixtures help to maintain low cathode voltage over long electrolysis periods.

Vilken som helst metall ur grupp IIIB, IVB, VB, VIB, Övergàngsmetall- 3293cc 91mm. 10 15 20 25 30 35 40 vara en borid av en övergàngsmetall. 8ßÛ1377-4 58 VIIB, IB, IIB eller IIIA, inkluderande legeringar och blandningar därav, vilken metall eller legering är resistent mot katolyten, kan användas som katodbeläggning 43 eller katalysator på ytan av membranet 33.Any metal from group IIIB, IVB, VB, VIB, Transition metal - 3293cc 91mm. 10 15 20 25 30 35 40 be a boride of a transition metal. VIIB, IB, IIB or IIIA, including alloys and mixtures thereof, which metal or alloy is resistant to the catholyte, can be used as cathode coating 43 or catalyst on the surface of the membrane 33.

Vidare kan även fasta metalloider, såsom ftalocyaniner av metallerna ur grupp VIII, perovskiter, volframbronser, spi- neller, delafossiter och pyroklorföreningar, bland andra, användas som katalytisk yta 43 på membranet 33.Furthermore, solid metalloids, such as phthalocyanines of the Group VIII metals, perovskites, tungsten bronzes, spinels, delafossites and pyrochloro compounds, among others, can also be used as catalytic surface 43 on the membrane 33.

Speciellt föredragna katalysatorer är platinagruppmetall- erna, föreningar av platinagruppmetallerna, t.ex. oxider, karbider, silicider, fosfider och nitrider därav, samt intermetalliska föreningar och oxider därav, såsom rutilfcrmen RuO2-TiO2 med halv- ledande egenskaper.Particularly preferred catalysts are the platinum group metals, compounds of the platinum group metals, e.g. oxides, carbides, silicides, phosphides and nitrides thereof, as well as intermetallic compounds and oxides thereof, such as the rutile form RuO2-TiO2 with semiconducting properties.

Enligt en annan variant kan katcdelektrokatalysatorn, dvs elektronöverföríngskatalysatorn för reaktionen H2o+e' --e oH" +H De övergàngsmetaller, som ger borider med erforderlig kemikalieresistens mot koncentrerade vattenbaserade alkalimetallhydroxider och som har en ytkatalytisk aktivitet för ovannämnda reaktion, är övergángsmetallerna ur grupperna IVB, VB och VIB i det periodiska systemet. Dessa metal- ler är titan, zirkonium, hafnium, vanadin, niob, tantal, krom, molybden och volfram. Föredragna bland övergângsmetallerna ur grupperna IVB, VB och VIB är sådana som ger borider med högre kemikaliebeständíghet, t.ex. titan, vanadin, niob, tantal, krom, och volfram. Speciellt föredragen är titandiborid,.TiB2.According to another variant, the catechelectrocatalyst, i.e. the electron transfer catalyst for the reaction H 2 O + e '--e oH "+ H The transition metals which give borides with the required chemical resistance to concentrated aqueous alkali metal hydroxides and which have a surface catalytic activity for the above group , VB and VIB in the Periodic Table These metals are titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum and tungsten Preferred among the transition metals of groups IVB, VB and VIB are those which give borides with higher chemical resistance , eg titanium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, and tungsten, especially preferred are titanium diboride, TiB2.

Enligt en annan föredragen variant kan en ínterkalations- förening av kol och fluor användas som katodkatalysator H3.According to another preferred variant, an intercalation compound of carbon and fluorine can be used as cathode catalyst H3.

Med interkalationsförening av kol och fluor menas ett kol- haltigt material, som är kristalliserat i ett grafitskiktgitter med skiktatomerna åtskilda från varandra med ett avstånd av ca 1,41 Ångström, varvid skikten är åtskilda med större avstånd, t.ex. minst ca 3,35 Ångström, och varvid fluoratomer är närvarande mellan skikten.IIïfrågavarande fall kan kolskikten i interkalationsföre- ningen vara veckade, såsom gäller för kolmonofluorid med den em- piriska formeln (CFX), där X ligger mellan 0,68 och 0,995. Alt. kan kolskikten i interkalationsföreningen vara i huvudsak plana, såsom gäller för tetrakolmonofluorid med den empiriska formeln (CFX), där X är mellan 0,25 0Ch 0,5Q-__Inkluderade i föreliggande IIM-~...._,_________~m PWR efffitrnf 10 15 20 25 50 35 UO _ torn. 39 8001377-4 fall är även olika mellanproduktföreningar och icke-stökiometriska föreningar.By intercalation compound of carbon and fluorine is meant a carbonaceous material which is crystallized in a graphite layer lattice with the layer atoms separated from each other by a distance of about 1.41 Angstroms, the layers being separated by larger distances, e.g. at least about 3.35 Angstroms, and wherein fluorine atoms are present between the layers. In the case in question, the carbon layers in the intercalation compound may be pleated, as is the case for carbon monofluoride of the empirical formula (CFX), where X is between 0.68 and 0.995. Alt. For example, the carbon layers in the intercalation compound may be substantially planar, as is the case for tetracarbon monofluoride of the empirical formula (CFX), where X is between 0.25 0Ch 0.5Q -__ Included in the present IIM- ~ ...._, _________ ~ m PWR eff 10 15 20 25 50 35 UO _ torn. 39 8001377-4 cases are also various intermediate compounds and non-stoichiometric compounds.

Interkalationsföreningar av kol och fluor benämnes även De kännetecknas av ett infrarödspektrum uppvisande ett absorptionsband vid l22O cm_l. fluorerade grafiter och grafitfluorider.Intercalation compounds of carbon and fluorine are also called They are characterized by an infrared spectrum having an absorption band at 120 cm cm -1. fluorinated graphites and graphite fluorides.

Ifràgavarande katalysator 43 i form av kol-fluorinter- kalationsförening kan ha införlivad däri en HO2-disproportione- ringskatalysator.Catalyst 43 in the form of a carbon-fluorine intercalation compound may have incorporated therein a HO2 disproportionation catalyst.

När en gasformig oxidant, såsom luft eller syre, användes, är den för elektronöverföring avsedda delen av katalysatorn hydro- fil, medan den för ytreaktionen avsedda delen kan vara hydrofil eller hydrofob och företrädesvis hydrofob. Ytreaktionskatalysa- torn är hydrofob eller är inbäddad i eller uppburen av en hydrofob film. Den hydrofoba filmen kan vara ett poröst hydrofobt material, såsom grafit eller en film av en fluorkolvätepolymer på katalysa- Ytreaktionskatalysatorn, vilken har beskrivits ovan, och elektronöverföringskatalysatorn bör föreligga i omedelbar närhet De kan blandas, eller också kan de utgöra olika ytor av samma partiklar. Ex.vis kan en speciellt önskvärd katalysator åstadkommas medelst en mikroporös film på den permjoniska membran- ytan 41 med katalysator 43 uppburen av en hydrofob mikroporös film. av varandra.When a gaseous oxidant, such as air or oxygen, is used, the electron transfer portion of the catalyst is hydrophilic, while the surface reaction portion may be hydrophilic or hydrophobic and preferably hydrophobic. The surface reaction catalyst is hydrophobic or is embedded in or supported by a hydrophobic film. The hydrophobic film may be a porous hydrophobic material, such as graphite or a film of a fluorocarbon polymer on the catalyst surface reaction catalyst described above, and the electron transfer catalyst should be in the immediate vicinity. They may be mixed, or they may be different surfaces of the same particles. For example, a particularly desirable catalyst may be provided by a microporous film on the permionic membrane surface 41 with catalyst 43 supported by a hydrophobic microporous film. of each other.

Enligt en annan variant, vid vilken man utnyttjar en depolari- serad katod, kan elektroderna vara droppande elektroder, dvs elek- troder som droppar oxidationsmedel. Vid användning av droppande elek- troder fördelas oxidanten genom fördelningsanordningen 51 till de katalytiska partiklarna H3, varigenom man undviker kontakt med ka- tolytvätska i katolytavdelningen 45. Alternativt kan oxidanten åstad- kommas med hjälp av ett andra fördelningsorgan, som ligger an mot katodytan U1 av det permjoniska membranet 33 eller mot de katalytis- ka partiklarna H3.According to another variant, in which a depolarized cathode is used, the electrodes can be dripping electrodes, ie electrodes which drip oxidizing agents. When using dripping electrodes, the oxidant is distributed through the distribution device 51 to the catalytic particles H3, thereby avoiding contact with catholyte liquid in the catholyte compartment 45. Alternatively, the oxidant can be provided by means of a second distribution means, which abuts the cathode surface U1 of the permionic membrane 33 or against the catalytic particles H3.

Tillförseln av oxidant kan ske i gasform¿ inkluderande överskott av luft eller syre. När överskott av luft eller syre användes, fungerar detta överskott av luft eller syre som värme- växlingsmedium, vilket gör att temperaturen hàlles tillräckligt låg för att àngtrycket för den flytande kloren skall hållas lågt.The oxidant can be supplied in gaseous form, including excess air or oxygen. When excess air or oxygen is used, this excess of air or oxygen acts as a heat exchange medium, keeping the temperature low enough to keep the vapor pressure of the liquid chlorine low.

Alt. kan man utnyttja multipeloxidanter, såsom luft och syre, eller luft och en peroxiförening, eller syre och en peroxiförening, eller luft eller syre och ett redoxpar. När luft eller syre an- vändes som oxidationsmedel, bör den (det) vara i huvudsak fri (fritt) från koldioxid, varigenom man undviker karbonatbildning på katoden.Alt. multiple oxidants can be used, such as air and oxygen, or air and a peroxy compound, or oxygen and a peroxy compound, or air or oxygen and a redox pair. When air or oxygen is used as the oxidizing agent, it (it) should be substantially free (free) from carbon dioxide, thus avoiding carbonate formation on the cathode.

POOlï QUALITY 10 15 we 8001377-4 M0 Användning av en horisontell cell är speciellt fördel- aktig när katoddepolarisation utnyttjas. Speciellt tillfreds- ställande är det arrangemang där anodytan 55 av det permjoniska membranet 53 och den anodiska katalysatorn 37 finns ovanpå det permjoniska membranet 31 och den katodiska ytan 41 och katod- katalysatorn 43 finns på undersidan av det permjoniska membranet 35. Härigenom undviker man indränkning av oxidationskatalysatorn, dvs H02--disproportioneringskatalysatorn, med alkalimetallhydroxid, samtidigt som man åstadkommer en tunn film av alkalimetallhydroxid vid membranytan 41 intill katodytan och förbättrar kontakten med katalysatorn 43 och oxidanten. _ - Även om förfarandet enligt föreliggande uppfinning har be- skrivits i samband med specifika exempel och utföringsformer därav, är omfattningen av patentskyddet inte avsett att begränsas av dessa på annat sätt än vad som anges i de bilagda patentkraven.POOlï QUALITY 10 15 we 8001377-4 M0 The use of a horizontal cell is particularly advantageous when cathode depolarization is used. Particularly satisfactory is the arrangement where the anode surface 55 of the permionic membrane 53 and the anodic catalyst 37 are located on top of the permionic membrane 31 and the cathodic surface 41 and the cathode catalyst 43 are located on the underside of the permionic membrane 35. This avoids soaking of the oxidation catalyst, i.e. the HO 2 - disproportionation catalyst, with alkali metal hydroxide, while producing a thin film of alkali metal hydroxide at the membrane surface 41 adjacent the cathode surface and improving the contact with the catalyst 43 and the oxidant. Although the method of the present invention has been described in connection with specific examples and embodiments thereof, the scope of patent protection is not intended to be limited thereto other than as set forth in the appended claims.

Claims (4)

9” aoo1z77-4 PATENTKRAV9 ”aoo1z77-4 PATENT REQUIREMENTS 1. Elektrolysförfarandc, vilket innebär att man matar vattenbaserad alkalimetallklorídsaltlösning till en elektrolyscell uppvisande en anolytavdelning som är àtskild från en katolytavdelníng medelst en elektrolyt 1 form av fast polymer, varvid den fasta polymerelektrolytcn innefattar ett fluorerat katjonbytarmembran med knrboxylsyragrupper som jon- bytargrupper, en anodisk clektrokatalysator pà dess anodisku yta och en katodisk elektrokatalysator på dess katodisku yta, att man applicerar en elektrisk potential över den fasta polymerelektrolyten, och att man uttar klor fran anolytavdcl- ningen och alkalímetallhydroxíd-fràn katolytavdelningen, k ä n n e t e c k n a t av att man driver cellen vid till- räckligt tryck understigande ca 4 MPa övertryck och sadan tempe- ratur att kloren i anolytavdelningen hâlles i flytande form, att man uttar flytande klor och utarmad saltlösning från cellen, och att man separerar den flytande kloren från den utarmade saltlösningen.An electrolysis process, which comprises feeding aqueous alkali metal chloride salt solution to an electrolytic cell having an anolyte compartment separated from a catholyte compartment by a solid polymer electrolyte, the solid polymer electrolyte comprising a fluorinated cationic agroalkyl bromine group arboxyl group arbor on its anodic surface and a cathodic electrocatalyst on its cathodic surface, that an electric potential is applied across the solid polymer electrolyte, and that chlorine is extracted from the anolyte compartment and alkali metal hydroxide from the cathode surface compartment sufficient pressure below about 4 MPa overpressure and such a temperature that the chlorine in the anolyte compartment is kept in liquid form, that liquid chlorine and depleted saline are taken out of the cell, and that the liquid chlorine is separated from the depleted saline solution. 2. Förfarande enligt krav 1, av att man utvinner klor från den utarmade saltlösningen.Process according to claim 1, in which chlorine is recovered from the depleted saline solution. 3. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att man kyler den utarmade saltlösningen, varigenom det bildas klorhydrat, och att man separerar klorhydratet från k ä n n e t e c k n a t saltlösningen._3. A process according to claim 2, characterized in that the depleted salt solution is cooled, thereby forming chlorohydrate, and in separating the chlorine hydrate from the known salt solution._ 4. Förfarande enligt krav 3, av att man kyler den utarmade saltlösningen till under 9oC, k ä n n e t e c k n a t varigenom det bildas klorhydrat. pooa QUNÅW4. A process according to claim 3, in which the depleted salt solution is cooled to below 9 ° C, characterized in that hydrochloride is formed. pooa QUNÅW
SE8001377A 1979-02-23 1980-02-21 Electrolysis procedure SE440921B (en)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US1446679A 1979-02-23 1979-02-23
US1446579A 1979-02-23 1979-02-23
US1446979A 1979-02-23 1979-02-23
US1446779A 1979-02-23 1979-02-23
US06/015,521 US4272337A (en) 1979-02-23 1979-02-23 Solid polymer electrolyte chlor-alkali electrolysis cell
US06/014,468 US4273629A (en) 1979-02-23 1979-02-23 Solid polymer electrolyte chlor-alkali process and electrolytic cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SE8001377L SE8001377L (en) 1980-08-24
SE440921B true SE440921B (en) 1985-08-26

Family

ID=27555782

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE8001377A SE440921B (en) 1979-02-23 1980-02-21 Electrolysis procedure

Country Status (1)

Country Link
SE (1) SE440921B (en)

Also Published As

Publication number Publication date
SE8001377L (en) 1980-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4253922A (en) Cathode electrocatalysts for solid polymer electrolyte chlor-alkali cells
US11421331B2 (en) Extraction of carbon dioxide and hydrogen from seawater and hydrocarbon production therefrom
US4224121A (en) Production of halogens by electrolysis of alkali metal halides in an electrolysis cell having catalytic electrodes bonded to the surface of a solid polymer electrolyte membrane
JP3553775B2 (en) Electrolyzer using gas diffusion electrode
US4135995A (en) Method of electrolysis, and electrode for the electrolysis
EP0652041B1 (en) Method for producing high purity hydroxides and alkoxides
JP4778320B2 (en) Electrosynthesis of perchloric acid compounds
RU97100560A (en) METHOD FOR ELECTROLYSIS OF AQUEOUS SOLUTIONS OF HYDROCHLORIDE ACID
NZ202824A (en) Electrochemically reacting a liquid with a gas
US4248680A (en) Electrolytic process and apparatus
WO2014160529A1 (en) Method and system for the capture and conversion of anodically produced halogen to alcohols
US4250013A (en) Method of depositing a catalyst to form a solid polymer electrolyte membrane
US4956061A (en) Production of halogens by electrolysis of alkali metal halides in an electrolysis cell having catalytic electrodes bonded to the surface of a solid polymer electrolyte membrane
US4323435A (en) Method of operating a solid polymer electrolyte chlor-alkali cell
US4772364A (en) Production of halogens by electrolysis of alkali metal halides in an electrolysis cell having catalytic electrodes bonded to the surface of a solid polymer electrolyte membrane
US4272337A (en) Solid polymer electrolyte chlor-alkali electrolysis cell
US4329209A (en) Process using an oxidant depolarized solid polymer electrolyte chlor-alkali cell
US4280883A (en) Method of operating a solid polymer electrolyte chlor-alkali cell
US4273629A (en) Solid polymer electrolyte chlor-alkali process and electrolytic cell
SE440921B (en) Electrolysis procedure
GB2045279A (en) Electrolytic Permionic Membrane Having Attached Electrodes
US4269675A (en) Electrolyte series flow in electrolytic chlor-alkali cells
US4448662A (en) Solid polymer electrolyte chlor-alkali electrolytic cell
US4339314A (en) Solid polymer electrolyte and method of electrolyzing brine
CA1190889A (en) Solid polymer electrolyte chlor-alkali cell