SE441010B - Forfarande for genomforande av elektrolys - Google Patents

Description

Ä0 7813139-8 Ett problem förknippat med användningen av en porös kolkatod, innefattande porösa grafitkatoder och porösa kolkatoder med elektro- katalytiska material avsatta på deras ytor och inom deras porer, är att det porösa kolet angripes av katolytvätskan. Det har emel- lertid nu visat sig, att en speciellt önskvärd katod, som är an- vändbar vid genomförande av reaktioner där en vätskeformig sam- produkt bildas i stället för gasformigt väte, kan åstadkommas av en fast interstitiell- eller interkalationsföreníng av grafít och fluor i form av en porös struktur.

Föreliggande uppfinning hänför sig sålunda till ett förfarande för genomförande av elektrolys, varvid man bringar en elektrisk ström att passera från en anod genom en vattenbaserad elektrolyt till en katod innefattande en interstitiell förening av grafit och fluor med den empiriska formeln CFX, där x ligger mellan 0,25 och 1,0, varvid katoden har en hydrofil delm som innehåller den -interstitiella föreningen i kontakt med den vattenbaserade elektro- lyten och en hydrofob del i kontakt med gas. Vanligtvis är elektro- lysen en elektrolys av vattenbaserade alkalimetallkloridsaltlös- ningar där en elektrisk potential appliceras över anoden och kato- den, varigenom en elektrisk ström passerar från anoden i en elektro- lytisk cell till katoden av cellen, så att det utvecklas klorgas vid anoden.

Enligt det beskrivna förfarandet har katoden en hydrofil del bildad av en fast interstitiell förening av fluor och grafit i kontakt med den vattenbaserade elektrolyten och en hydrofob del i kontakt med gasen i den elektrolytiska cellen, varigenom en oxidant kan tillföras till den hydrofoba delen i syfte att bilda en flytande samprodukt, varigenom man undviker utveckling av vätgas. Sålunda åstadkommes en katod med en yta av en intersti- tiell förening av grafit och fluor i kontakt med en vattenbaserad alkalisk vätska, t.ex. en vattenbaserad alkalisk vätska inne- hållande alkalimetalljon, såsom kaliumjoner eller natriumjoner, och den hydrofoba delen av katoden i kontakt med gas, vilken gas innehåller ett oxiderande material, såsom syre.

Med interstitiell förening av grafit och fihkm menas ett kolhaltigt material kristalliserat i ett grafitskiktgitter med skiktatomerna åtskilda med ett avstånd av approximativt 1,U1 Ångström, medan skikten är åtskilda med större avstånd, t.ex. minst ca 5,35 Ångström, och varvid fluoratomer är närvarande mellan ...au-u ß ___, *""""'m“ w “f-.f--aflf-ffif? vi/äíïï? fïi- &¥Qja:nh essß- 10 15 20 25 BO 35 M0 5 7813139-8 skikten. Inom uppfinningens ram ligger att kolskikten inom den interstitiella föreningen kan vara veckade, såsom förutsättes för kolmonofluoríd med den empiriska formeln (CFX), där x ligger mellan 0,68 och 0,995. Alternativt kan kolskikten inom den interstitiella föreningen vara i huvudsak plana, såsom förutsättes för koltetramonofluorid med den empiriska formeln (CFX) där x är mellan 0,25 och 0,30. Inom uppfinningens ram ligger även olika mellanprodukt- och icke-stökiometriska föreningar.

Interstitiella föreningar av grafit och fluor benämnas ock- så fluorerade grafiter och grafitfluorider. De utmärkes av ett infrarödspektrum som uppvisar ett absorptionsband vid 1220 cm_1.

Interstitiella föreningar av grafit och fluor kan framställas genom att grafit omsättes med en Lewissyrafluorid och klortri- fluorid i närvaro av vätefluorid. Lewissyran är en Lewissyra- fluorid av ett element valt bland bor, kisel, germanium, tenn, bly, fosfor, arsenik, antimon, vismut, titan, zirkonium, hafnium, _ vanadin, niob och tantal. Speciellt föredragna Lewissyrafluorider är arseniktrifluorid, bortrifluorid och fosforpentafluorid. De porösa strukturerade interstitiella föreningarna av grafit och fluor framställes genom att man först kyler grafit och vätefluorid, t.ex. till -8000. Lewissyrafluoriden i klortrifluorid satsas där- efter långsamt i reaktorn i ekvimolärt förhållande, och reak- tionsmediet tillåtes gradvis stiga i temperatur. Ytterligare till- satser av syrafluoriden och klortrifluoriden göres till dess att reaktionen är praktiskt taget fullbordad och Lewissyrafluoriden och klortrifluoriden är närvarande i àngfasen.

Enligt ett alternativt syntesförfarande kan den intersti- tifillaíöreningen framställas genom att torkat grafitpulver eller kolsvart' satsas i en reaktor, t.ex. en reaktor i form av en sta- tisk bädd eller i form av en fluidiserad bädd. Därefter kan fluor, utspädd med en inert gas såsom argon eller kväve, matas till reak- torn och reaktorn hållas vid förhöjd temperatur från ca 30000 till ca 620°C i från ca 5 till ca 20 timmar för framställning av den in- stitiella föreningen. Därefter tillåtas reaktorn svalna till under 20000, varpå den genomblåses med kvävgas. De ovan beskrivna metoderna kan dessutom användas med grafitduk, grafitpellets och grafitstavar. 0 När den interstitiella föreningen framställes såsom beskrivits ovan är reaktionstemperaturen företrädesvis från ca 5l5°C till ca 53o°c . 10 15 20 25 30 35 H0 va1s139-e Ä enligt föreliggande (CFX), där x är från ca från ca 0,25 till ca 0,7. av den elektriska lednings- Den interstitiella föreningen uppfinning har den allmänna formeln 0,25 till ca 1,00 och företrädesvis Den övre gränsen 0,7 för X dikteras förmågan. Sålunda kan ett värde för x större än 0,7 användas när endast en tunn film eller yta av den interstitiella föreningen avsättes på strömbäraren.

.De interstitiella föreningarna av grafit och fluor använd- bara vid förfarandet enligt föreliggande uppfinning har vanligen den elektriska resistivitet som anges i Tabell I nedan.

Tabell I .Elektrisk resistivitet för interstitiella föreningar av grafit och fluor, ÉFX]. El kt _ K b lk _ t_ _ e ris- u resis ivi- Förening tet (ohm-cm) C grafit Ä X 10-2 LCFOAO] M9 [CFOAJ 1,93 [croi 55] 246, o [CFOJO] 2,1 x 103 [crosso] 9 x io" [crLlo] 1 x 109 Katoderna framställda i enlighet med förfarandet enligt föreliggande uppfinning utmärkes av en strömbärare, som på åtminsto- ne en del har den interstitiella föreningen av grafit och fluor.

Dessutom kan i den interstietiella föreningen av grafit och fluor vara införlivad en katalysator för disproportionering av H02”.

Strömbäraren är vanligen ett trådgaller eller trådnät med formen av den önskade katodkonfigurationen. Grafiten och fluoren applice- ras vanligen på trådgallret eller trådnätet som en uppslamning eller pasta. Uppslamningen eller pastan innehåller den intersti- tiella föreningen. Den kan också innehålla ett bindemedel, vilket bindemedel kan ha hydrofila eller hydrofoba egenskaper. Typiska bindemedelsmaterial år sådana material som är resistenta mot vattenbaserade alkalimetallhydroxider med ett pH överstigande 12 och vilka bidrar till att förläna strukturen av den interstitiella 10 15 20 25 50 35 H0 7813139-8 föreningen på strömbäraren fysikalisk hållfasthet. Bland typiska material, som är användbara då det gäller att åstadkomma detta bindemedel, kan nämnas finfördelad grafit och finfördelade fluor- kolpolymerer, såsom polyperfluoreten, polytrifluoreten, polyvinyli- denfluorid, polyvinylfluorid, polyklortrifluoreten och sampoly- merer därav. Dessutom kan grafit vara närvarande i pastan eller uppslamningen liksom även katodiska elektrokatalysatorer. Pastan av den interstitiella föreningen av grafit och fluor, grafit och finfördelad perfluorokolpolymer avsättes på ett metallnät i syfte att åstadkomma den interstitiella föreningsdelen av katoden.

Enligt en utföringsform kan en uppslamning av den intersti- tiella föreningen och grafit blandas med en emulsion av polyper- fluoreten, vilken uppslamning bildar ett slam på tillsatsen av polyperfluoreten. Slammet kan därefter avsättas på strömbäraren föreliggande i form av ett metallnät eller -galler.

Enligt en annan utföringsform kan en flytande komposition framställas, vilken innehåller den interstitiella föreningen av grafit och fluor, en liten mängd ytaktivt ämne, vatten och en emulsion av polyperfluoretenharts i vatten.Ien interstitiella föreningen, det ytaktiva ämnet, H02--disproportioneringskatalysatorn, när sådan är närvarande, och vattnet blandas först samman i syfte att åstad- komma en uppslamning. Polyperfluoreten kan därefter tillsättas till bildning av ett slam, som kan avsättas på strömbäraren.

Efter avsättning av materialet på strömbäraren kan slammet, pastan eller uppslamningen torkas och komprimeras så att den interstitiella föreningen och bindemedlet häftar fast vid strömbära- ren. Uppvärmningen utföres vanligen vid en temperatur som är till- räckligt hög för att avdriva eventuellt närvarande lösningsmedel, såsom vatten eller organiska vätskor. Detta ger upphov till ett poröst skikt på strömbäraren. Den erforderliga temperaturen är vanligen från ca l0O°C till ca 550°C. När mindre porositet önskas, kan dessutom pastan, uppslamningen eller slammet pressas eller komprimeras så att man åstadkommer en mindre porös katodyta.

Typiska lösningsmedel som är användbara vid framställning av såväl skiktet av interstitiell förening som skiktet av hydro- fobt material innefattar vatten, metanol, etanol, dimetylform- amid, propylenglykol, acetonitril och aceton bland andra.

Strömbäraren tillverkas av metallnät, metallgaller eller med en form såsom en cylinder eller stav. Dessa former kan bildas a-wvç-.w-...ïnwfi-»n-fr-fi .

OCR QUALITY 10 15 20 25 50 35 40 7813139-8 av en porös metall. Strömbäraren kan t.ex. vara ett galler av nickel, järn, kobolt, koppar eller något annat material som är i huvudsak resistent mot koncentrerade vattenbaserade alkalimetall- hydroxider vid pH-värden överstigande 12.

Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfin- ning kan katoden framställas med såväl hydrofila som hydrofoba delar. Detta kan uppnås genom att man på ytan av strömbäraren åstadkommer ett skikt av ett hydrofobt material, t.ex. ett skikt av polyperfluoreten. Skiktet av det hydrofoba materialet kan åstadkommas genom att en uppslamning eller pasta av finfördelat hydrofobt material, såsom polyperfluoreten, polyklortrifluoreten eller liknande i ett lämpligt lösningsmedel, pressas på en del av strömbäraren och genom att bäraren därefter uppvärmes till en temperatur som är tillräckligt hög för att avdriva lösningsmedlet.

Katoden kan därefter användas som luftkatod eller syrekatod _ eller t.o.m. som en katod för en flytande oxidant, t.ex. tert- -butylhydroperoxid, varigenom man kan framställa en användbar flytande samprodukt, t.ex. tert-butylalkohol.

Vid den kommersiella elektrolysen av alkalimetallklcrider för framställning av klor, väte och alkalimetallhydroxid kan al- kalimetallhydroxiden vara natriumklorid eller kaliumklorid. Al- kalimetallkloriden är vanligen natriumklorid.

När natriumklorid är den alkalimetallklorid som elektroly- seras, tillföres natriumkloriden till cellen i form av en salt- lösning, dvs. som en vattenbaserad lösning. Saltlösningen kan vara mättad saltlösning, t.ex. natriumklorid innehållande från ca 315 till ca 325 gram natriumklorid per liter, eller en omättad salt- lösning innehållande mindre än ca 515 gram natriumklorid per liter eller t.o.m. en övermättad saltlösning innehållande mera än 525 gram natriumklorid per liter.

Enligt en utföringsform av förfarandet utföres elektrolysen i en diafragmacell. Diafragmat kan i realiteten vara ett elektro- lytpermeabelt diafragma, t.ex. ett asbestdiafragma eller ett med harts behandlat asbestdiafragma. Alternativt kan diafragmat vara ett mikroporöst díafragma, t.ex. av ett mikroporöst halokolväte.

Enligt ännu en annan utföringsform av föreliggande uppfinning kan diafragmat vara ett permjoniskt membran som är i huvudsak imper- meabelt för passage av elektrolyt därigenom men permeabelt för strömning av katjoner därigenom, t.ex. natriumjoner eller kalium- 10 15 20 25 50 55 Ä0 7813139-8 joner, dvs. ett katjonselektivt permjoniskt membran. Det perm- selektiva membranet kan vara bildat av ett fluorkolväteharts med Jonbytargrupper därpå. Vanligen är jonbytargrupperna syragrupper eller salter av syragrupper, t.ex. sulfonylgrupper, karboxylgrup- per, fosforsyragrupper, fosfonsyragrupper och liknande.

Permeabla diafragman tillåter perkolation av anolytvätskan genom diafragmat med tillräckligt hög hastighet för att konvektivt flöde, dvs. hydrauliskt flöde, genom diafragmat till katolyt- vätskan skall överstiga det elektrolytiska flödet av hydroxyl- joner från katolytvätskan genom diafragmat till anolytvätskan.

På detta sätt upprätthålles pH-värdet för anolytvätskan på surt värde, och bildningen av kloratjoner i anolytvätskan under- trycks.

När ett elektrolytpermeabelt asbestdiafragma användes, inne- håller katolytvätskan vanligen från ca 10 till ca 20 vikt-% nat- _riumklorid och från ca 8 till ca 15 vikt-% natriumhydroxid.

När antingen ett elektrolytpermeabelt diafragma eller perm- selektivt diafragma användes mellan anolytvätskan och katolyt- vätskan, har katodreaktionen en elektrisk potential av ca 1,1 volt gentemot en mättad kalomelelektrod och är, såsom beskrivits ovan: (2) asgo + se" __>H2 + zon", vilket är den totala reaktionen för adsorptionssteget: (3) H20 + e'---9-Hads + OH- och ett av två alternativa vätedesorptionssteg: (4) 2Hads ---+>H2, eller (5) Hads + H20 + e' ---->H2 + OH”.

Om man emellertid använder katoden enligt föreliggande upp- finning, antas följande reaktion äga rum vid katoden: (6) 02 + 2H2O + 4e_ ---e>4OHf.

Denna reaktion antas vara en elektronöverföringsreaktion: (7) 02 + H20 + ae' --->Ho2' + oH' följd av en ytreaktion: (8) 2Ho2' ---->o2 + 2oH'.

Det antas att den dominerande reaktionen på ytan av «hn1,km«nflJ- tiella föreningen av grafitoch fluor är reaktion (7), under det att reaktion (8) sker på ytan av katalysatorpartiklarna disperge- J"_ _.'^š ,1 .;;__ LJQ' w» Y! 'Å- 'ïfF-ï' T' *ïfswf-f ”e” lg ~J¿';_g__-¿'_§ >.¿ 10 15 20 25 50 35 ÄO 7813139-8 c rade i och genom katoden. Sådana katalysatorpartiklar innefattar partiklar av elektrokatalysatorer såsom beskrives nedan. På detta sätt elimineras det höga överspännings-vätedesorptionssteget.

Enligt en utföringsform av förfarandet enligt föreliggande uppfinning sättes oxidanten direkt till katolytvätskan. Detta kan göras genom att oxidanten matas direkt in i katolytvätskan, såsom genom en ränna eller ett fallrör eller ett inloppsrör. När oxi- danten tillsättes på detta sätt, tillsättes den antingen under eller över ytan av katolytvätskan, t.ex. genom ett uppåtriktat rör i bottnen av katolytkammaren med en genombubblingsanordning eller fördelningshuv eller bubbelhuv ovanpå eller i en fall- ränna, som sträcker sig in i katolytvätskan, med genombubblings- anordningen eller fördelningsanordningen på bottnen eller utlop- pet därav.

Enligt ännu en annan utföringsform av förfarandet enligt -föreliggande uppfinning, där diafragmat eller det permjoniska membranet är åtskilt från katoden, kan oxidanten ledas in i elek- trolyten genom en genombubblingsanordning inskjuten mellan kato- den och diafragmat.

Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfin- ning inmatas oxidanten i katolytkammaren genom katoden. I ett så- dant fall är antingen den hydrofoba delen av katoden porös eller också har strömbäraren porösa eller ihåliga segment för uppbärande av oxidanten. Katodgeometrin kan sålunda utmärkas av ytor med olika karakteristika, såsom beskrivits ovan, varvid en första hydrofil del är vätbar av katolytvätska och avsedd att komma i kontakt med och fullständigt vätas av den vattenbaserade elektrolyten, och varvid en andra del är i huvudsak icke-vätbar av vattenbaserad katolytvätska och avsedd att komma i kontakt med oxidanten.

Oxidanten kan passera genom den ihåliga eller porösa katoden och reduceras inuti katoden, eller också kan den reduceras när den passerar från katoden eller gränsskikten omgivande katoden in i katolytvätskan.

De porösa delarna av katoden har en porositet av från ca 20 till ca 80% och vanligen från ca 45 till ca 50%. Katodensporösa delar har vanligen en medelpordiameter av från ca 1,25/um till ca 125/um, vilket innebär att den minimipartikelstorlek som kvarhål- les däri är från ca 0,5/um till ca 50/um.

Enligt en speciell föredragen utföringsform av föreliggande upp- Nawaz» q-n-w -°"' "“ 'poor av c kr i l 10 15 20 25 30 35 40 _ , ._...__.._. ..._,_--_..~..__._,_....__..__.__..._..__...__.;-L_JI , « 9 1813139-a finning, där den interstitiella föreningen av grafit och fluor är ett poröst material, anordnas en H02--disproportioneringskatalysa- tor i porerna av den porösa interstitiella föreningen. Enligt en alternativ utföringsform, där den interstitiella föreningen har låg porositet eller är i huvudsak icke-porös, har den intersti- tiella föreningens ytterytor katalysatorn därpå. Enligt ännu en annan utföringsform av förfarandet enligt uppfinningen kan den hydrofoba delen av katoden också åstadkommas med katalysatorn i porerna eller på ytan därav.

Med H02--disproportioneringskatalysatorer menas sådana material som är resistenta mot angrepp av katolytvätskan och som uppvisar förmåga att katalysera reaktionen: 2H02 ---%> 02 + 20H .

Typiska katalysatorer innefattar övergångsmetallerna ur grupp VIII, vilka är Järn, kobolt, nickel, palladium, rutenium, I rodium, platina, osmium, iridium och föreningar därav. Dessutom kan andra katalysatorer användas, såsom koppar, bly samt oxider av bly.

Vilken som helst metall ur grupp III B, IV B, V B, VI B, VII B, I B, II B eller III A, innefattande legeringar och bland- ningar därav, vilken metall eller legering är resistent mot kato- lyten, kan användas som katodbeläggning eller katalysator på ytan av den interstitiella föreningen eller inuti den porösa strukturen av den interstitiella föreningen.

Vidare kan fasta metalloíder, bl.a. ftalocyaniner av metal- lerna ur grupp VIII, perovskiter, spineller, delafossiter och pyroklorföreningar, användas som katalytisk yta på ytterytan och inuti porerna av den interstitiella föreningen.

Speciellt föredragna katalysatorer är platinagruppens me- taller, föreningar av platinagruppens metaller, t.ex. oxider, karbider, silicider, fosfider och nitrider därav, samt inter- metalliska föreningar och oxider därav, såsom rutilformeln RuO2-TiO2 med halvledande egenskaper.

Katodstrukturen i sig själv kan vara permeabel för elektro- lyten eller i huvudsak impermeabel för densamma. Katoden kan t.ex. vara en elektrolytimpermeabel skiva eller platta eller också kan den vara impermeabel för mikroskopiskt flöde av elektrolyt inuti katoden men permeabel för makroskopiskt flöde av elektrolyt som __..»-f' ...__- ...i-a-ß' ann-f” ' P00? quamßï 10 15 20 25 30 35 H0 7313139-8 10 ett skikt på en hålförsedd skiva eller ett skikt eller en film på en platta eller trådgaller. Enligt ännu en annan utföringsform kan den del av katoden som utgöres av den interstítiella föreningen vara permeabel för flödet av antingen elektrolyt eller gaser eller oxidant som en porös elektrod.

Enligt ännu en annan utföríngsform av föreliggande uppfin- ning kan katoden föreligga i form av en packad bädd eller en flui- diserad bädd, t.ex. en packad eller fluidiserad bädd av ström- bärarpartiklar vari en del av en strömbärarpartikel är belagd med den interstitiella föreningen av grafít och fluor och en annan del av partikeln är belagd med det hydrofoba materialet. Alternativt kan hela partikeln vara bildad av den:ümerstünella föreningen och en del därav vara belagd med det hydrofoba materialet. Vid en sådan utföringsform kan oxidanten ledas direkt genom bädden, t.ex. upp- åt genom den fluidiserade bädden eller nedåt på och genom bädden.

Vid drift av en elektrolytisk klor-alkalicell, där en oxi- dant sättes till cellen, är mängden tillsatt oxidant tillräckligt hög för att man skall undvika väteutveckling, och den är företrä- desvis åtminstona lika med den stökiometriska mängd oxidant som kan reduceras vid katoden, dvs. åtminstone en ekvivalent oxi- dant per Faraday av den elektrolytiska ström som ledes genom cel- len. För att man skall erhålla den stökiometriska mängden oxidant, bör tillförselhastigheten av oxidant vara större än det stökiomet- riska behovet av okidant, dvs. större än produkten av matningshas- tigheten för klorid till cellen, den fraktionella sönderdelningen och den fraktionella katodströmeffektiviteten för cellen. Oxidan- tens matningshastighet är företrädesvis större än och lika med produkten av matningshastigheten för klorid till cellen och den fraktionella sönderdelningen. En matningshastighet av oxidant större än produkten av matningshastigheten av klorid till cellen, sönderdelningen och strömeffektiviteten är vanligen tillräckligt hög för att man skall undvika utveckling av vätgas på katoden.

Tillräckligt låga matningshastigheter för oxidant för att väsent- lig vätgasutveckling skall ske bör undvikas, eftersom sådana låga matningshastigheter resulterar i ökad spänning och eventuellt minskad strömeffektivitet.

Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning framstäl- les en katod genom att man bereder en flytande komposition av 10 delar [çFo,6] med ett storleksområde från 0,2/um till 25/um med en 10 15 20 25 BO 35 RO 7813139-8 11 dominerande storlek av ca 10/um, l del ytaktivt ämne, 1 del rute- niumdioxid-titandioxidpartiklar med partikelstorleken minus 200 mesh samt 14 delar vatten. Till denna flytande komposition sättes en del av en 60%-ig (vikt) lösning av polyperfluoreten, varigenom det bildas en gummiartad uppslamning. Den gummiartade uppslamning- en sprides över ett nät av nickeltràd med en diameter för nickel- tràdarna av 0,18 mm och vävd med maskvidden 20 mesh gånger 20 mesh.

Nätet med uppslamningen utspridd däröver pressas sedan mellan ett par med polyperfluoreten belagda aluminiumplattor vid en tempera- tur av ca 275°C och ett tryck av 218 kg/cm2 övertryck i lO minuter.

Efter uppvärmningen avlägsnas aluminiumplattorna, och ett poröst polyperfluoretenark med en tjocklek av ca 0,9 mm och med porer, vars storlek är ca 50 till 60/um, appliceras på den motsatta si- dan av strömbäraren. Strömbäraren upphettas därefter till ca 19000 vid ett tryck av 1,4 kg/cm2 i ca lO minuter för att poly- ' perfluoretenarket skall vidhäfta därvid.

Därefter lägges ett 5 x 5 mesh polyperfluoretengaller ovan- på ena sidan av strömbäraren som en separator för att separera strömbäraren från ett ark av en sampolymer av perfluoreten-per- fluorerad alkoxikarboxylsyra som permjoniskt membran. Aggregatet av strömbärare med polyperfluoretenfilm vidhäftad vid ena sidan samt interkalationsföreningen på den motsatta sidan, separatorn och det permjoniska membranet klämmes därefter fast vid hörnen av en stålcellbox och en med titanbeklädnad försedd stålcellbox med en platiniserad titangalleranod däri skruvas fast vid stålcell- boxen, så att det bildas en med ett permjoniskt membran försedd elektrolytisk cell med en platiniserad titananod och en katod med en del som utgöres av en interstitiell förening och en del som utgöres av polyperfluoreten.

Vattenbaserad natriumkloridsaltlösning matas till anolytav- delningen, under det att syre och vatten tillföras till katolytav- delningen i syfte att bygga upp katolytnivån och att bringa kato- dens hydrofoba polyperfluoretenyta i kontakt med syre. Elektrolys påbörjas, varvid klor utvecklasvfi.anoden och hydroxyljoner produ- ceras i katolytvätskan.

Följande exempel är avsedda att illustrera uppfinningen yt- terligare.

Exempel l En luftkatod framställdes och användes som katod i en labora- 10 15 20 25 30 35 HO 7$13139~8 12 torieoell.

En uppslamning framställdes innehållande 1,0 gram Ozark- -Mahoning-fluorgrafit (TM) [oro 6]n och 0,15 gram TRITON -yt- aktivt ämne i 1,5 gram vatten. Till denna uppslamning sattes lång- samt 0,2 gram av DuPont TEFLON 50B-lösning med 60 viktprocent fast polyperfluoreten, varvid det bildades en gummiartad pasta.

Pastan spreds ut över ett 6,4 om x 6,4 om nät av nickeltråd- duk med niokeltrådar med diametern O,l8 mm vävda med en maskvidd av 20 mesh x 20 mesh. Nätet med uppslamningen utspridd däröver pressades sedan mellan två 0,15 mm tjocka aluminiumark, vilka var anordnade i sandwichkonfiguration mellan ett par med polyperfluor- eten belagda aluminiumplattor vid en temperatur av 27500 och ett tryck av 218 kg/omg övertryck i 10 minuter. Aluminiumet löstes därefter i 2 normal kaustik soda, och katoden torkades vid en temperatur av 80°C 1 60 minuter. Därefter anbringades ett po- _ röst polyperfluoretenark, som var 0,17 mm tjockt och som hade porer med storleken 2 till 5 um, på ena sidan av katoden vid en temperatur av l90°C och ett tryck av 3,5 kg/omg.

Den resulterande katoden med hydrofil [bFO,¿]n i och på ena sidan av en strömkollektor i form av ett niokelgaller samt hydrofob polyperfluoreten på den motsatta sidan av nämnda ström- kollektor användes som luftkatod i en elektrolytisk laboratorie- cell innehållande en 1 normal NaOH-elektrolyt. En elektrisk ström bringades att passera från en anod i cellen till en katod i cel- len, varvid syre bubblades längs katodens polyperfluoretenyta, och varvid den kunde konstateras att gas utvecklades vid oellens anod. De resultat som framgår av Tabell II nedan erhölls.

Tabell II Katodströmtäthet Katodspänning Total tid am er m2 (åsïläzïïglïïisëäâ) 269 -1,36 0,16 269 -1,15 1 269 -1,04 5 108 -0,72 6 538 -1,58 6 269 -1,01 15 269 -0,92 25 269 -0,93 35 269 -0,92 '60 269 -0,84 2 90 269 -0,91 120 108 -0,76 180 269 -1,05 180 _ 558 -1,29 180 10 15 20 25 30 35 40 7813139-8 15 Exempel 2 En luftkatod framställdes och användes som katod 1 en laboratoriecell.

En flytande komposition framställdes, vilken innehöll 1,0 gram 0zark-Mahoning-fluorgrafit (TM) [CFO ¿]n och 0,15 gram TRITON -ytaktivt ämne i 1,4 gram vatten. Till denna flytande komposition sattes långsamt 0,l gram av DuPont TEFLON }0B-lös- ning med 60 viktprocent fast polyperfluoreten till bildning av en gummiartad pasta.

Pastan spreds ut över ett 6,4 cm x 6,Ä cm nät av nickeltråd- duk med nickeltrådar med en diameter av 0,18 mm vävda till en mask- vidd av 20 mesh x 20 mesh. Nätet med uppslamningen utspridd där- över pressades sedan mellan ett par med polyperfluoreten belagda aluminiumplattor vid en temperatur av 27500 och ett tryck av 172 kg/omg övertryck i 10 minuter. Aluminiumplattorna drogs isär.

Därefier applicerades ett poröst polyperfluoretenark, som var ' 0,86 mm tjockt och som hade porer med storleken 30 till 60/um, på ena sidan av katoden vid en temperatur av l90°C och ett tryck av 3,5 kg/cmg.

Den resulterande katoden, som hade hydrofil [bF0,¿]n i och på ena sidan av en strömkollektor i form av ett nickelnät samt hydrofob polyperfluoreten på den motsatta sidan av nämnda ström- kollektor, användes som luftkatod i en elektrolytisk laboratorie- cell med en elektrolyt i form av_l normal kaustik soda. En elek- trisk ström bringades att passera från en anod i cellen till en katod i cellen, varvid syre bubblades längs katodens polyperfluor- etenyta, och varvid det konstaterades att gas utvecklades vid cellens anod. Katodspänningen (gentemot en mättad kalomelreferens- elektrod) och strömtätheten framgår av Tabell III. ,. .__ .__...__....__..__._._...__..__..._..._-~-- - - - ~ ' \ 10 15 20 25 BO 35 ho 7813139-8 14 Tabell III Katodströmtäthet Katodspänning Total tid am er m2 <§:ff::2::;:::::ä) 108 5 -0,820 0,5 269 -0,990 1 269 -0,763 10 ' 269 -0,716 50 269 -0,710 60 538 -0,995 60 K 108 -0,806 61 108 -0,645 65 108 -0,640 75 108 -0,655 85 269 -1,024 90 269 -0,975 120 269 -0,910 165 269 -0,912 180 108 -0,595 180 538 -1,225 180 *Ingen ström passerade under 16 timmar och därefter åter~ upptogs elektrolysen.

Exempel § En luftkatod framställdes och användes som katod i en laboratoriecell. En flytande komposition framställdes, vilken innehöll 1,0 gram Ozark-Mahoning-fluorgrafit (TM) [0FO,5]n och 0,15 gram TRITON -ytaktivt ämne i 1,4 gram vatten. Till denna f1ytan%É)komposition sattes långsamt 0,1 gram av DuPont TEFLON BOB-lösning med 60 viktprocent fast polyperfluoreten till bildning av en gummiartad uppslamning. 5 Uppslamningen spreds ut över ett 6,4 cm x 6,4 om nät av nickeltrådduk med nickeltrådar med en diameter av 0,18 mm vävda till en maskvidd av 20 mesh x 20 mesh. Nätet lufttorkades sedan vid 80°C i 16 timmar. Nätet med en torr uppslamning utspridd där~ över pressades mellan ett par med polyperfluoreten belagda alumi- niumplattor vid en temperatur av 27500 och ett tryck av 123 kg/cm övertryck i 10 minuter. Efter kylning avlägsnades aluminiumplat- torna. Därefter applicerades ett poröst polyperfluoretenark, som var 0,17 mm tjockt och som hade porer med storleken 2 till 5/um, på ena sidan av katoden vid en temperatur av 19000 och ett tryck av 5,5 kg/cm2.

Den resulterande katoden, som hade hydrofil [§FO,5]n 1 och på ena sidan av en strömkollektor 1 form av ett nickelnät samt 10 15 20 25 30 35 40 15 7813139-8 hydrofob polyperfluoreten på den motsatta sidan av nämnda ström- kollektor, användes som luftkatod i en elektrolytisk laboratorie- cell med en elektrolyt i form av 1 normal kaustik soda. En elek- trisk ström bringades att passera från en anod 1 cellen till en katod i cellen, varvid syre bubblades längs katodens polyperfluor- etenyta, och varvid gas utvecklades vid cellens anod. Katodspän- ningen (gentemot en mättad kalomelreferenselektrod) och strömtät~ heten framgår av Tabell IV.

Katodströmtäthet šamg QGP mg! 108 108 108 108 108 215 108 215 Tabell IV Katodspänning (gentemot mättad kalomelelektrod) _1123 "l,lO -0,84 -0,84 -0,84 '1,l9 -0,74 -1,04 Total tid gminuter) 0,5 _5 jo 60 120 120 240 240 Även om uppfinningen har beskrivits i samband med vissa konkreta exempel och utföringsformer, är dessa inte avsedda att begränsa uppfinningen i annan omfattning än vad som framgår av de nu följande patentkraven.

Claims (6)

16 7ß13139~8 PATENTKRAV

1. Förfarande för genomförande av elektrolys, varvid man bringar en elektrisk ström att passera från en anod genom en vattenbaserad elektrolyt till en katod innefattande en interstitiell förening av grafít och fluor med den empiriska formeln CFX, där x ligger mellan 0,25 och 1,0, k ä n n e t e c- n a t av att katoden har en hydrofíl del, som innehåller den ínterstitíella föreningen i kontakt med den vattenbaserade elektrolyten och en hydrofob del i kontakt med gas.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den vattenbaserade elektrolyten i den hydrofila delen av katoden är alkalisk.

3. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k - n a t av att den alkaliska vattenbaserade elektrolyten inne- fattar alkalimetalljoner.

4. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att gasen i kontakt med den hydrofoba delen av katoden är en oxíderande gas.

5. Förfarande enligt krav 4, k ä n n e t e c k - n a t av att den oxiderande gasen innefattar syre.

6. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att katoden innefattar en HOš - -dísproportioneringskatalysator.