167765. lajstromszámú szabadalom • Eljárás kloridionokat tartalmazó elektrolitok vizes oldatának elektrolizisére
3 167765 4 FS02CF2CF2 OCF(CF 3 )CF20CF = CF2 képletű szulfonált perfluorvilinéter hidrolizált kopolimerje. Az így felépített cella előnye, hogy kémiailag ellenálló, szelektivitása pedig nagyobb, mint a többi ismert celláké. Hátránya viszont, hogy a megnövekedett szelektivitás ellenére még mindig nem képes nagy követelményeket kielégítő tisztaságú termékek előállítására, és a cella jó áramkihasználással való üzemeltetését csak rövid ideig teszi lehetővé. Ez valószínűleg annak tulajdonítható, hogy a diafragmának csupán két külső rétege áll elektrokémiai szempontból kielégítő anyagból, míg a diafragma középső része nagyobb mechanikai szilárdságú, de gyengébb elektrokémiai tulajdonságokkal rendelkező anyag. Vizsgálataink során azt találtuk, hogy a fentemlített tetrafluoretilén-perfluorviniléter kopolimerből nagy szelektivitású, kationaktív membránt készíthetünk, ha e kopolimer 900 és 1600 közötti egyenértéksúlyú változatát használjuk. Az említett határok közötti egyenértéksúlyú hidrolizált kopolimerből készített homogén membránt tartalmazó cellákban oly módon elektrolizálunk, hogy az elektródok között 2,3—5 volt bontási feszültséget létesítünk, és az anódon az áramsűrűséget 0,078—0,61 A/cm2 értéken tartjuk. A találmány szerinti eljárásban alkalmazott diafragma kizárja vagy lényegesen csökkenti a molekulák és az ionok nem kívánt vándorlását, ugyanakkor lehetővé teszi az eljárás szempontjából előnyös ionok vándorlását s így az elektromos áramvezetést. A találmány szerinti eljárással éppen ezért nagy hozammal igen tiszta termékeket lehet előállítani. Az eljárásban nem lép fel felesleges áramveszteség és ionos vagy molekuláris migráció nem csökkenti az eljárás hozamát. A találmány szerinti eljárásban alkalmazott féligáteresztő anyag hosszú időn keresztül nagy áramkihasználással károsodás nélkül üzemel. A találmány szerinti eljárást vizes nátriumklorid elektrolízisének példáján mutatjuk be, hangsúlyozzuk azonban, hogy az eljárás más, klorid-ionokat tartalmazó elektrolitok elektrolízisére is alkalmazható. A találmány előnyös foganatosítási módja szerint vizes nátriumklorid-oldatot olyan klór-alkáli cellában elektrolizálunk, amely anódot tartalmazó anódtérre és katódot tartalmazó katódtérre oszlik. A katód- és anódtereket a fent ismertetett diafragma választja el. A diafragmát alkotó kopolimer egyenértéksúlya 900—1600, előnyösen 1100—1400. A szóbanforgó kopolimereket a 3 282 875. lajstromszámú USA-szabadalmi leírásban ismertetett eljárás segítségével állíthatjuk elő. E szerint az alábbi képletű perfluorvinilétert FS02 CF 2 CF 2 OCF(CF3)CF20CF = CF 2 vizet tartalmazó folyadékfázisban 110 C°-nál kisebb hőmérsékleten előnyösen 8-nál kisebb pH-n szabadgyökös iniciátor, így ammóniumperszulfát jelenlétében tetrafluoretilénnel reagáltatjuk, majd a kapott termék savfluorid-csoportjait szokásos módon hidrolizáljuk vagy sóvá alakítjuk. A találmány szerinti eljárás megvalósítására alkalmas berendezést a mellékelt ábrán mutatjuk be. Az ábrán látható 1 elektrolizáló cella a 2 anódot és a 3 katódot tartalmazza. Az anódot és a katódot a 4 szelektív diafragma választja el egymástól, így a cella 13 anolit-térre és 14 katolit-térre oszlik. 5 Az elektrolitot az anódtérbe vezető 5 nyíláson át vezetjük be a cellába, az ugyanott található 6 nyílás a klórgáz elvezetésére szolgál. A katódtérbe a folyadékot — például híg vizes nátriumhidroxidoldatot — a 7 bevezető nyíláson keresztül juttatjuk 10 be, a művelet során keletkezett nátriumhidroxid-oldatot a 8 nyíláson, a hidrogéngázt a 9 nyíláson keresztül vezetjük el. A telített sóoldatot a 13 anolittérben állandóan keringetjük: az oldatot az 5 nyíláson keresztül ve-15 zetjük be a cellába és a 10 túlfolyó vezetéken keresztül az újratöltő szakaszba vezetjük vissza. Ebben a szakaszban a sóoldatot nátriumkloriddal telítjük és szükség esetén savval megsavanyítjuk. A telített elektrolitot a 12 vezetéken és az 5 nyíláson 20 keresztül visszavezetjük az 1 cellába. A találmány szerinti eljárás egy előnyös foganatosítási módja szerint a fent ismertetett cellában 200—300 g/liter töménységű nátriumklorid-oldatot elektrolizálunk olyan módon, hogy az elektródokra 25 bontási feszültséget adunk. Az elektrolízis során a katódtér alkálihidroxid-tartalmát 10 súly%, előnyösen 24—33 súly% érték felett tartjuk. A katódtérből olyan alkálihidroxidot távolítunk el, amely kb. 1 súly%-nál kevesebb nátriumkloridot tartalmaz, az 30 anolit-térből pedig klórgázt vezetünk el. A fent ismertetett cellát igen könnyen átalakíthatjuk sósav eletrolizálására szolgáló cellává, s a cellában lényegében klórmentes hidrogént és klórgázt állíthatunk elő. A találmány szerint a klórgázt 35 nagy — kb. 99°/o — anódkihasználással állíthatjuk elő, a cellában emellett igen tiszta nátriumhidroxid vagy igen tiszta hidrogéngáz állítható elő. Ha a cellában sóoldatot elektrolizálunk, akkor az oldatot az anolittérbe történő betáplálás előtt cél-40 szerű megsavanyítani. Azt találtuk, hogy a sóoldathoz sósavat adva a hidroxilionokat semlegesíthetjük és így csökkenthetjük annak a veszélyét, hogy a katolitból hidroxilionok vándorolnak az anolitba. A semlegesítésre használt sav mennyisége tág ha-45 tárok között változhat, a betáplált sóoldat általában 2—10 súly%, előnyösen 3—7 súly% sósavat tartalmaz. Az anolit pH-ja a sóoldathoz adott sósav mennyiségétől függően tág határok között változhat, előnyösen 1—5, célszerűbben kb. 2,5—4,0 le-50 het. Ha a pH-t a fenti határok között tartjuk, akkor a hidroxilion-koncentráció csökkentése révén az anolittérben csökkentjük a nátriumklorát képződését is. Minél kisebb az anolittér pH-ja, annál kevesebb nátriumklorát keletkezik és annál nagyobb a 55 cella hatásossága. Ha a cellában sósavat elektrolizálunk, akkor az anódtérbe 10—36 súly%, előnyösen 15—25 súly% koncentrációjú vizes sósavoldatot, a katódtérbe vizet vagy előnyösen 1—10 súly%, célszerűen 1—5 60 súly% töménységű sósavoldatot táplálunk be. Az anódtérbe és a katódtérbe bevitt folyadék nem tartalmazhat alkálisókat vagy egyéb szennyező ionokat, ámbár acél vagy egyéb korrozív katód használata esetén az anódtérbe a korrózió csökkentésére 65 alkálikloridokat adagolhatunk. A beadott alkáliklo-2
