167765. lajstromszámú szabadalom • Eljárás kloridionokat tartalmazó elektrolitok vizes oldatának elektrolizisére
5 167765 6 rid — például nátriumklorid — töménysége 1—26% lehet. A találmány szerinti eljárást — akár sóoldatot, akár sósavat elektrolizálunk — tág hőmérséklethatárok között valósíthatjuk meg, így például szobahőmérséklettől az elektrolit forráspontjáig terjedő hőfokot alkalmazhatunk. A találmány szerinti eljárást előnyösen 65—90 C° között végezzük. A művelet elektromos jellemzői szintén tág határok között változhatnak, így a cellafeszültség 2,3—5 V, az anód áramsűrűsége (0,5—4 A/inch2) 0,078—0,61 A/cm2 lehet. Az elektrolizáló cella külseje vagy borítása olyan elektromos szigetelőanyag lehet, amely klórral, sósavval és nátriumhidroxiddal szemben ellenálló a cella üzemi hőmérsékletén. Ilyen anyagként nagy hőmérsékletet is elviselő PVC-t, keménygumit, klorendsav-alapú poliészter-gyantákat stb. alkalmazhatunk. Ezeket a szerkezeti anyagokat célszerűen úgy választjuk meg, hogy szilárdságuk révén az említett elemeket önhordozó kivitelben készíthessük. Adott esetben a cella borítását a fenti körülmények között korrodeálódó anyagból, így betonból vagy cementből készítjük és belül korrózióval szemben ellenálló bevonattal látjuk el. Viszonylag nagyterjedelmű berendezések létesítésénél a lényegileg önhordó anyagok — így kemény PVC — alkalmazása esetén is szükség lehet a szilárdságot növelő elemekre, így fémszalagokra: ezeket például a berendezés külsején helyezzük el. A cellában elektródként bármely elektromosan vezető anyagot alkalmazhatunk, amely alkálilúggal, sósavval és klórgázzal szemben ellenálló. A katódot általában grafitból, vasból vagy acélból készítjük, anódként grafitot vagy fémtartalmú anyagot, így platina-titán ötvözettel bevont acél vagy alumíniumszerkezetet vagy más méreteiben stabil fémszerkezetet alkalmazhatunk. Ha a diafragmát tartalmazó fenti cellában nátrium-klorid-oldatot elektrolizálunk, akkor a folyadékok és gázok számára lényegileg át járhatatlan diafragma szilárd ionizált sóként működik. A kationaktív diafragma szerkezetét a negatív ionokból vagy negatív ionok csoportjából kialakuló hálózat tartja szilárdan; ezek az ionok a szerkezetben és a szerkezeten keresztül szabadon mozgó pozitív ionokkal állnak elektromos egyensúlyban. Ha katódtérbe az elektrolízis kezdetén vizet vagy híg nátriumhidroxid-oldatot, az anódtérbe nátriumkloridoldatot viszünk, akkor a kloridionok az anódhoz vándorolnak és ott elvesztik töltésüket. A nátriumionok átjutnak a diafragmán, a diafragma azonban majdnem teljesen megakadályozza, hogy a kloridionok és a nátriumklorid a katódtérbe kerüljenek. Mivel a diafragmán gyakorlatilag csak a nátriumionok jutnak át, a katódtérben lényegileg sómentes nátriumhidroxid keletkezik. A találmány szerinti eljárásban a kationaktív diafragma a hidroxilionok átjutását a katódtérből az anódtérbe szintén megakadályozza. Az áramvezetés tehát az anódtól a katódig kizárólag a nátriumionok révén történik s így a találmány szerinti eljárás gyakorlatilag megszünteti a hidroxilionok visszavándorlásából származó problémákat. A találmány szerinti eljárás fentiekből származó előnye az, hogy a cellák feszültségesése kicsi, a cellákban igen tiszta, azaz lényegileg sómentes nátriumhidroxid keletkezik, a cellákat viszonylag kis 5 feszültségnél, nagy áramsűrűség mellett üzemeltethetjük és a katolit-folyadékban kis nátriumhidroxidkoncentráció mellett is jó hozammal állíthatunk elő nátriumhidroxidot. Mivel a találmány szerinti eljárás során alkalmazott diafragmák nagy hőmérsék-10 léten — pl. 80—110 C° közötti hőfokon — is ellenállóak a klórral és nátriumhidroxiddal szemben, a membránokat az ismert szelektív diafragmákhoz viszonyítva nagyon hosszú ideig üzemeltethetjük. Megemlítjük, hogy egy 10 mii (0,25 mm) vastag 15 találmány szerinti membrán elektromos vezetőképessége nedves állapotban olyan jó, hogy a membránt egymástól 0,25 inch (0,65 cm) távolságban elhelyezett elektródokkal rendelkező cellába helyezve a feszültség 1 A/inch2 -re számítva 0,5 voltról mind-20 össze 0,7 voltra nő a 0,5—3 A/inch2 (0,07—0,47 A/cm2 anód) áramsűrűség-tartományban. A diafragmát tetszés szerinti alakban előállíthatjuk. A kopolimert általában szulfonilfluorid formájában készítik. A polimer ebben a semleges formá-25 ban viszonylag lágy és hajlítható, a hegesztéssel előállított kötések szilárdsága pedig megegyezik az anyag szilárdságával. Éppen ezért a polimert a semleges formában munkáljuk meg, majd a kívánt membrán-forma elkészítése után az anyag szulfonil-30 fluorid-csoportjait alkalmas körülmények között szabad szulfonsav-csoportokká vagy szulfonát-csoportokká hidrolizáljuk. A hirolízist forrásban levő vízben vagy vizes nátriumhidroxid-oldatban végezzük. Az anyagot kb. 16 órán keresztül vízbe forralva az 35 anyag 28%-kal megduzzad. A vízfelvétel izotróp, mindegyik irányban kb. 9% méretváltozással jár. Ha a termék sóoldattal jut érintkezésbe, akkor a duzzadás kb. 22%-ra csökken, így a használatba vett membrán tömörödik. A membrán kialakítását a cel-40 Ián kívül végezzük vagy adott esetben a cellában elhelyezett diafragmán hajtjuk végre. Azt találtuk, hogy a találmány szerinti eljárás nátriumhidroxid-hozamát javíthatjuk, ha két fenti 45 anyagból készült membránt szendvicsszerűen összeillesztjük és úgy helyezzük az anód és a katód közé. Az egyszeres membránnal rendelkező cellák hátrányos tulajdonsága, hogy ha a katolitfolyadék nátriumhidroxid-töménysége eléri a kb. 100 g/liter ér-50 téket, akkor a nátriumhidroxid-hozam csökken. Ha az elektrolízisben két vagy több diafragmát tartalmazó szendvics-szerkezetet alkalmazunk, akkor a műveletben még 250 g/liter vagy ennél nagyobb nátriumhidroxid-koncentrációnál is mefelelő nát-55 riumhidroxid-hozamot érhetünk el. A szendvicsszerkezetben a szelektív anyagok közé porózus anyagokat helyezhetünk; így olyan diafragmákat állíthatunk elő, amelyek tág nátriumhidroxid-koncentrációhatárok mellett is nagy nátriumhidroxid-hoza-60 mot biztosítanak. Az alábbi példákban — az oltalmi kör korlátozása nélkül — a találmány előnyös foganatosítási módjait mutatjuk be. A példákban szereplő részek —> amennyiben mást nem említünk meg — súly-65 részeknek felelnek meg. 3
