168789. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés ionosan disszociáló vegyületek elektolizisére
3 168789 4 belül 100 g/l érték fölé emelkedik, a lúghozam csökkenő tendenciát mutat. Az ioncserélő anyagokból készített elválasztó elemeket vagy diafragmákat alkalmazó, vizes oldatok elektrolizálására szolgáló ismert módszerek tehát tökéletesí- 5 tésre szorulnak. A találmány olyan új elektrolizáló eljárásra és berendezésre vonatkozik, amellyel az ismert módszerek során fellépő hátrányok biztonságosan kiküszöbölhetők, anélkül, hogy az ilyen típusú cellák előnyös tulajdonságai 10 romlanának. A találmány szerint olyan diafragmát alkalmazunk, amely kizárja vagy lényegesen csökkenti a molekulák és az ionok nem kívánt vándorlását, ugyanakkor az eljárás szempontjából lényeges ionok vándorlását, és így 15 az elektromos áramvezetést lehetővé teszi. A fenti diafragmák alkalmazásával igen nagy hozammal állíthatunk elő igen tiszta termékeket. Az eljárásban nem lép fel felesleges áramveszteség, és ionos vagy molekuláris migráció nem csökkenti az eljárás hozamát. 20 A találmány szerint olyan többrétegű permszelektív anyagokból álló diafragmát alkalmazunk, amely nagy áramkihasználással hosszú időn keresztül károsodás nélkül üzemeltethető. A találmány lényege az, hogy az ionosán disszociáló- 25 dó vegyületek vizes oldatát olyan cellában elektrolizáljuk, amelyben az elektród-tereiket folyadékokat és gázokat lényegében át nem eresztő, az elektrolittal és az elektrolízis-termékekkel szemben lényegében közömbös, hidrolizált tetrafluoretilén-szulfonalt perfluorvinil- 30 éter kopolimerből készült legalább két permszelektív membrán-réteg választja el egymástól. A találmány szerinti diafragma vagy elválasztó elem legalább két permszelektív membrán-rétegből áll, amelyek egymás fölött helyezkedhetnek el, vagy amelyeket porózus anyag, 35 például azbeszt választhat el egymástól. A találmány szerinti eljárást és berendezést a leírásban vizes nátriumklorid-oldat elektrolízisének kapcsán ismertetjük, amelynek során klór, nátriumhidroxid és hidrogén fejlődik. Hangsúlyozzuk azonban, hogy az el- 40 járás más, vízben ionos disszociációra képes anyagok elektrolízisére is alkalmas. A találmány előnyös foganatosítási módja szerint a vizes nátriumklorid-oldatot olyan klór-alkáli cellában elektrolizáljuk, amely anóddal ellátott anódtérre és ka- 45 tóddal ellátott katódtérre oszlik. A katód- és anódteret folyadékokat és gázokat lényegében át nem eresztő, legalább két rétegből álló diafragma választja el. A rétegek anyaga az alábbi általános képletű szulfonát perfiuorviniléter 50 FS02 CF 2 CF 2 OCF(CF 3 )CF 2 OCF =CF 2 tetrafluoretilénnel képezett, hidrolizált kopolimerje. A kopolimer egyenértéksúlya 900—1600, előnyösen 1100—1400. 55 A fenti kopolimereket a 3 282 875 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban ismertetett eljárással állíthatjuk elő. Az ott leírt eljárás szerint az FS02 CF 2 CF 2 OCF(CF 3 )CF 2 OCF = CF 2 60 képletű perfluorvinilétert vizes folyadékfázisban 110 C°nál alacsonyabb hőmérsékleten, előnyösen 8-nál kisebb pH-értéken szabad gyökös iniciátor, így ammóniumperszulfát jelenlétében tetrafluoretilénnel reagáltatjuk, 65 majd a kapott termék savfluorid-csoportjait szokásos módon hidrolizáljuk vagy sóvá alakítjuk. A találmány szerinti berendezést a csatolt ábrán mutatjuk be. Az ábrán látható 1 elektrolizáló cella a 2 anódot és a 3 katódot tartalmazza. Az anódot és a katódot a szendvics-szerkezetű, két rétegből álló 4 permszelektív diafragma választja el egymástól, így a cella 13 anódtérre és 14 katódtérre oszlik. Az elektrolitok az anódtérbe vezető 5 nyíláson át juttatjuk a cellába, az ugyanott található 6 nyílás a klórgáz elvezetésére szolgál. A katódtérbe a 7 bevezető nyíláson keresztül juttatjuk be a folyadékot — például híg vizes nátriumhidroxid-oldatot —, a művelet során keletkezett nátriumhidroxid-oldatot a 8 nyíláson, a hidrogéngázt pedig a 9 nyíláson keresztül vezetjük el. A telített sóoldatot a 13 anódtérben állandó keringésben tartjuk: az oldatot az 5 nyíláson keresztül vezetjük be a cellába, és a 10 túlfolyó vezetéken keresztül az újratelítő 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 keresztül visszavezetjük az 1 cellába. A találmány szerinti eljárás egy előnyös foganatosítási módja szerint a fent ismertetett, folyadékokat és gázokat lényegében át nem eresztő polimerből készített, homogén, kétrétegű, szendvics-szerkezetű kationcserélő diafragmával elválasztott anód- és katódteret tartalmazó cellában 200—320 g/l töménységű nátriumklorid-oldatot elektrolizálunk úgy, hogy az elektródokra bontási feszültséget adunk. Az elektrolízis során a katódtér alkálihidroxid-tartalmát 10 súly% fölötti, előnyösen 24— 33 súly% értéken tartjuk. A katódtérből olyan alkálihidroxidot távolítunk el, amely körülbelül 1 súly%-nál kevesebb nátriumkloridot tartalmaz, az anódtérből pedig klórgázt vezetünk el. A találmány szerinti berendezés jelentős előnye az ismert hasonló cellákkal szemben az, hogy a találmány szerinti cellát igen könnyen átalakíthatjuk sósav elektrolizálására szolgáló cellává, és a cellában klórgázt, továbbá lényegében klórmentes hidrogént állíthatunk elő. A találmány szerinti berendezésben a klórgázt nagy — kb. 99% — anódkihasználással állíthatjuk elő, a cellában emellett igen tiszta nátriumhidroxid vagy igen tiszta hidrogéngáz állítható elő. Ha a cellában sóoldatot elektrolizálunk, akkor az oldatot az anódtérbe történő betáplálás előtt célszerű megsavanyítani. Azt találtuk, hogy a sóoldathoz sósavat adva semlegesíthetjük a katolitból az anolitba vándorló hidroxil-ionokat. A felhasznált sav mennyisége tág határok között változhat. A sóoldathoz adott sav menynyiségével szabályozhatjuk az anolit pH-ját. Az anolit pH-ja előnyösen 1—5, célszerűen körülbelül 3,0—4,5 lehet. Ha az anolit pH-ját a fenti határok között tartjuk, akkor a hidroxilion-koncentráció csökkentése révén az anódtérben csökkenthetjük a nátriumklorát képződését is. Minél kisebb az anódtér pH-ja, annál kevesebb nátriumklorát keletkezik, és annál nagyobb a cella teljesítménye. Ha a cellában sósavat elektrolizálunk, akkor az anódtérbe előnyösen 10—36 súly%, célszerűen 15—25 súly% koncentrációjú vizes sósavoldatot, a katódtérbe pedig vizet vagy előnyösen 1—10 súly%, célszerűen 1—5 súly% koncentrációjú sósavoldatot táplálunk be. Az anódtérbe és a katódtérbe betáplált folyadék nem tar-2
