172244. lajstromszámú szabadalom • Eljárás klorid iont tartalmazó vizes oldatok elektrokémiai bontására
7 172244 8 mást követően sztirollal reagáltatok, majd szulfonált perfluorozott etilén-propilén-polimerből (a továbbiakban KÉP) alkalmas membránok állíthatók elő. Bár a három évnyi vagy ennél hosszabb idejű felhasználhatósági élettartam (mint a korábban ismertetett előnyös kopolimerek esetében) nem érhető el, a szulfosztirolozott FEP-ek meglepő módon ellenállóképesek keményedéssel és más hibákkal szemben a találmány szerinti eljárás körülményei között alkalmazva. Szulfosztirolozott EEP-membránok előállítására kereskedelmi forgalomban kapható FEP-et (előállító cége az E. I. DuPont de Nemours & Co., Inc. amerikai egyesült államokbeli cég) sztirollal reagáltatunk, majd a sztirolozott polimert szulfonáljuk. Elkészítjük sztirol mintegy 10—20° „-os oldatát metilén-kloriddal vagy benzollal, majd az így kapott oldatba mintegy 0,02— 0,5 mm, előnyösen 0,05—0,15 mm vastag, FEP-polimerből készült lemezt mártunk. Bemártása után a lemezt radioaktív sugárzásos kezelésnek vetjük alá sugárforrásként kobalt60 izotópot használva. A sugárzás teljesítménye mintegy 8000 rad/óra és az alkalmazott összsugárdózis mintegy 0,9 megárad. Vízzel végzett öblítés után a polimer sztirolcsoportjainak fenilgyűrűjét monoszulfonáljuk, előnyösen a para-helyzetben klórszulfonsavval, füstölgő kénsavval vagy kén(VI)-oxiddal végzett kezelés útján. Előnyösen kloroformban oldott klórszulfonsavat használunk e célra és a szulfonálást mintegy félórán belül hajtjuk végre. A fenti módon előállított, előnyösen hasznosítható membránokra példaként megemlíthetjük a RAI Research Corporation, Hauppauge, New-York, amerikai egyesült államokbeli cég 18ST12S és 16ST13S jelzésű termékeit. Ezek közül az előbbi 18% sztirolt tartalmaz és ezek fenilgyűrűinek kétharmada monoszulfonált, míg az utóbbi 16% sztirolt tartalmaz és ezek fenilgyűrűinek 13/16-a monoszulfonált. 18%-os sztiroltartalom elérésére 17,5%-os metilén-kloridos sztirol-oldatot, illetve 16%-os sztiroltartalom elérésére 16%-os metilén-kloridos sztirol-oldatot szükséges használni. Az így kapott termékek összehasonlítása a korábban ismertetett előnyös kopolimerekkel kedvező képet ad, így például a találmány szerinti elektrolizáló cellában egy-egy membránnál a feszültségesés mintegy 0,2 V 0,31 A/cm2 áramsűrűség esetében membránanyagként szulfosztirolozott FEP-membránanyagot használva, vagyis ugyanannyi, mint a hidrolizált kopolimer esetében. Célszerűen ezeket a membránokat vékony film formájában használjuk, éspedig ez a film vagy magából a szulfosztirolozott FEP-ből áll, vagy pedig ezt az anyagot felvisszük valamilyen közömbös hordozóanyagra, így például politetrafluor-etifénből vagy üvegszálakból font szövetre. Az ilyen hordozós membrán vastagsága széles határok között változhat, általában mintegy 75 pt és 375 u közötti. Ezek a membránok elkészíthetők bármilyen alakban annak a cellának a szerkezetétől függően, amelyben használjuk őket. Mint korábban említettük, a membránt alkotó kopolimert először nem-savas formában kapjuk, azaz szulfonil-fluorid formájában. Ebben a nem-savas formájában a membrán még viszonylag lágy és hajlítható, így tompavarrattal vagy vonalvarrattal látható el olyan varratokat kialakítva, amelyek maguk olyan erősek, mint maga a membránanyag. Ezek szerint előnyös, ha a membránanyagot ebben a nemsavas állapotában formázzuk, illetve alakítjuk. Ha már a membránt formáztuk vagy alakítottuk a kívánt alakra, akkor alkalmassá tesszük felhasználásra a szulfonil-fluoridcsoportok szabad szulfonsavcsoportokká vagy alkálifém-szulfonátcsoportokká hidrolizálása útján, például úgy, hogy vízben vagy bázikus kémhatású oldatban, például nátrium-hidroxid-oldatban forraljuk. Ez a kondicionálási, vagyis felhasználásra késszé tevő művelet elvégezhető azt megelőzően, hogy a membránt a cellába helyeztük, vagy pedig a cellában a membrán behelyezése után. Jellegzetesen a membrán mintegy 16 órán át vízben végzett forralás eredményeképpen mintegy 28%-os duzzadáson megy keresztül, mintegy 9%-ban minden irányban. Az elektrolízis során a sóoldat hatásának kitéve a duzzadtság mintegy 22%-ra csökken, vagyis a membrán alkalmazása során nedves állapotban tömörödik. Bizonyos esetekben előnyös lehet, ha egyetlen membrán helyett két vagy több ilyen membránból álló „szendvics”-et használunk. Ha egy klór-alkáli-cellában ilyen szendvics-membránt alkalmazunk, akkor tapasztalataink szerint bizonyos esetekben a cella hatékonysága a bázikus anyagok előállítása vonatkozásában nő, közelebbről akkor, ha a katolit koncentrációja meghaladja a mintegy 200 g bázikus anyag/liter koncentrációértéket. A találmány szerinti, a katód és az anódtér között egy vagy több pufferteret tartalmazó elektrolizáló cellában ez a hatékonyságnövekedés azonban nem elég nagy ahhoz, hogy a szendvics-membrán alkalmazásával együttjáró nagyobb anyagköltséget kompenzálja. így bár szendvics-membrán alkalmazható a találmány szerinti cellában, alkalmazása nem mindig előnyös. Minden egyes cellatér-sorozat anódtere úgy van kialakítva, hogy egyrészt el van látva egy beömlő nyílással a folyékony elektrolit, például egy alkálifém-halogenid sóoldat bevezetésére az anódtérbe, másrészt el van látva egy kiömlő nyílással a gázhalmazállapotú elektrolízistermékek, például elemi klórgáz kivezetésére. Minden egyes cellatér-sorozat katódtere ugyanakkor úgy van kialakítva, hogy egyrészt el van látva egy kiömlő nyílással a folyékony elektrolízistermékek, például alkálifém-hidroxidok vizes oldatainak kivezetésére, másrészt el van látva egy, gázalakú elektrolízistermékek, például hidrogéngáz kivezetésére szolgáló nyílással. Kívánt esetben a katódtér ellátható egy, folyékony elektrolitok, így például víz vagy híg alkálifémhidroxid-oldatok bevezetésére szolgáló beömlő nyílással. Továbbá az anód- és a katódtér között elhelyezkedő minden egyes puffertér vagy -rekesz el van látva egy, folyékony elektrolitok, például víz bevezetésére szolgáló beömlő nyílással, sőt a puffertér kívánt esetben el lehet látva egy, folyékony halmazállapotú reakciótermékek, például híg alkálifém-hidroxid-oldatok elvezetésére szolgáló kiömlő nyílással. Előnyösen minden egyes térben a folyékony anyagok bevezetésére szolgáló beömlő nyílások és a gázhalmazállapotú elektrolízistermékek kivezetésére szolgáló kiömlő nyílások a terek felső részében helyezkednek el, míg a folyékony anyagok elvezetésére szolgáló kiömlő nyílások a terek alsó részében vannak elhelyezve, bár más elhelyezés is választható. Az anód-, puffer- és katódtérből álló cellatér-sorozatokból a találmány szerinti elektrolizáló cella bármely alkalmas módon kialakítható. Így a találmány szerinti cella egy előnyös kiviteli alakja értelmében úgynevezett „présszűrő” típusú. Ez annyit jelent, hogy az anódok, katódok és a membránok be vannak szerelve alkalmas 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4
