180464. lajstromszámú szabadalom • Eljárás halogén folyamatos előállítására halogénhidrogén elektrolízise útján
5 180464 6 lünk fémsziták vagy porózus fóliák, például grafit, alakjában. A membránból és elektródból álló egész egységet a 11 katódteret és 12 anódteret határoló házelemek között a 17 és 18 tömítések segítségével tartjuk szilárdan. A tömítések töltött kaucsuikból állhatnak, amelyek EPDM kereskedelmi megjelöléssel vannak forgalomban, és az Irving Moore Company, Cambridge, Mass, vállalat készíti. A vizes hidrogénklorid-oldatot egy 19 elektrolitobevezető cső segítségével juttatjuk be a cellába, ez a bevezető a 20 anódkamrával áll kapcsolatban. Elhasznált elektrolitot és klórgázt a 21 kivezető cső útján távolítunk el. Egy 22 katódkivezető cső van összekötve a 11 katódtérrel annak érdekében, hogy a katódon keletkező hidrogéngázt vízzel vagy hidrogénkloriddal együtt eltávolítsuk a katódkamrából, amelyeket a 13 kationmembránon át szivattyúzunk. A katódkamrába egy 23 energiaszállító kábel viszi be az energiát, és egy megfelelő fel nem tüntetett kábel vezet be az anódkamrába. Ezek a kábelek a 15 és 16 áram vezető szitákat kapcsolják az elektromos áramforráshoz. A 2. ábra diagramszerűen szemlélteti a cella különböző részeiben a HCl-elektrolízis folyamán végbemenő reakciókat. Vizes HCl-oldatot viszünk be az a,nódkamrába, amelyet egy 13 kationmembrán választ el az anódkamrától. A kötött grafitelektródok, amelyek redukált iridium- vagy titánoxi dokkal stabilizált redukált ruténiumoxidokiat tartalmaznak, ahogy látható a 13 kationmembrán felületeibe vannak besajtolva. A 15 és 16 áram vezető sziták a katalitikus elektródok felületéhez vannak sajtolva és az energiaforrás negatív, illetve pozitív sarkával vannak összekötve avégett, hogy az elektrolízishez szükséges feszültséget létrehozzák az elektródokon keresztül. Az anódkamrába bevitt hidrogénklorid-oldat a 29 anódon gáz alalkú klór képződése közben és H+ hidrogénionok felszabadulása mellett elektrolizálódik. A H +-ionok a 13 kationmembránon keresztül a 14 kátédhoz vándorolnak kevés vízzel és hidrogénkloriddal együtt. A hidrogénionok a 14 katódon, amely ugyancsak össze van kötve a membrán felületével és ebbe be van ágyazva, töltésüket vesztik. A 14 katód például egy fluorhidrogénkötésű grafitelektród lehet, amely még hőstabilizált, redukált platinacsoportbeli fémoxidokat és ventilfémoxidokat, például Ru, ír, Ti, Ta fémek oxidját, tartalmaz. A oella különböző részeiben lejátszódó reakciók a következők: anódreakció : 2 Cl"-»Cl, t +2e~ (1) membrán-átvitel : 2 H+ (H.O, HC1) (2) katódreaikció : 2 H+ + 2e--»H., í (3) összreakció: 2 HC]-»H., + CÍS (4) Ebben az elrendezésiben az elektródokban levő katalitikus helyek közvetlenül érintkeznek a kationmembránnal és az ionokat cserélő savgyökökikel, amelyek a polimerlánchoz kapcsolódnak, akár —SOaH x H20 szulfonsavgyökök, akár —COOH x H20 karbonsavgyökök is azok. Ennek eredményeként sem az anolitkamrában, sem a katolitkamrában nem történik említésre méltó feszültségesés, ami a találmány szerinti eljárás fó előnye. Mivel a klór és a hidrogén ezen kívül közvetlenül a mindenkori elektród és a membrán határfelületén keletkezik, nem történik feszültségesés az úgynevezett buborékhatás alapján sem, amely egy gáz- és anyagátvitelből eredő veszteség. A technika állásához tartozó rendszereknél, ahol a gázképződés a katalitikus elektród és a membrán között megy végbe, amelyek bizonyos távolságban vannak egymástól, ez a gázréteg legalábbis részben blokkolja az ionátvitelt a katalitikus elektród és a membrán között és további feszültségesést okoz. A perfluorszónhidrogén (.politetrafluoretilén) kötésű grafitelektród ezenkívül redukált platiracsoportbeli fémoxidokat, így ruténium-, iridium-, rúténiium-iridiumoxidókat tartalmaz annak érdekében, hogy a klórtúlfeszültséget az anódon a lehető legkisebb értéken tartsa. A redukált ruténiumoxidok stabilizáltak avégett, hogy olyan hatásos, hosszú életű elektródokat készítsünk, amely a .savakban stabilis és nagyon licsi a klórtúlfeszültsége. A stabilizálást hőstabi- 1 zálással végezzük, azaz a redukált ruténiumcxidot olyan hőmérséklet alá hevítjük, amelynél a redukált oxidok tiszta fémmé való bomlása megkezdődik. A redukált oxidokat 30 perc és 6 óra közötti időtartamig 350—750 °C-on hevítj ük, mimellett a redukált oxidok stabilizálását előnyösen úgy végezzük, hogy azokat egy óra hosszáig 550—600 “C-on hevítjük. A redukált rJténiumoxid-tartalmú grafitelektródot tovább stabilizálhatjuk úgy, hogy a ruténiumot hőstabi- 1 zált, redukált más platinacsoportbeli fémoxidokkal, így IrO, -szel, 5—25 súly%, előnyösen 25 súly% mennyiségben iridium esetén, vagy palládium, ródium oxidjaival és TiOx képletű redukált titánoxidokkal, előnyösen 25—50 súly% TiiOx-szel vagy redukált tantáloxidokfcal 25 súly% vagy ennél nagyobb mennyiségben keverjük vagy ötvözzük. Megállapítottuk azt is, logy titán, ruténium és iridium oxidjainak (Ru, ír, Ti)0x, vagy tantál, ruténium és irídium oxidjainak terner ötvözetei nagyon jól használhatók stabilis hosszú életű anód előállításához. Terner ctvözet esetében az ötvözet előnyösen 5 súly% redukált iridiumoxidból és egyenlő százalékos irányban (47,5 súly%) redukált ruténiumoxidból és redukált titánoxidból tevődik össze. Redukált ruténium- és titánoxidból álló ötvözet esetén az előnyös mennyiség 50 súly% ruténium és 50 súly% titán. A titánnak az az előnye, hogy sokkal olcsóbb, mint a ruténium vagy az iridium. Más ventilfémek, így nióbium, cirkónium vagy hafnium, is alkalmazhatók titán vagy tantál helyett, az elektródszerkezetben. A redukált nemesfémoxidok, így a ruténiumvagy iridiumoxidok, redukált titánoxidokkal alkotott ötvözeteit teflonnal homogén eleggyé alakítjuk. Ezt az elegyet ezután egy grafit/teflon€ léggyel tovább keverjük nemesfém által aktivált grafitszerkezet előállítására. A jellegzetes nemesfém-mennyiség az anódra 0,6 mg/cm2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
