182493. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és elektrolizáló cella elemi halogén előállítására halogéndionokat tartalmazó vizes oldatokból
7 182493 8 teszi az áramvezetést a 13 kátédtól a vezető 25 sávokon át a nióbium- vagy tantálhálóként vagy perforált lemezként kiképezett 27 anódhoz, amely közvetlen kapcsolatban áll a grafitból készült áramvezető 17 hátlemezzel. Perforált lemez helyett bi- 5 zonyos körülmények között nyújtásnak alávetett fémből készült háló használható a 27 anódként. Egy másik kiviteli alak szerint — amelynek esetében nincs szükség a vezető 25 sávoknak az elektródot hordó hálóhoz való hozzáerősítésére vagy 10 hozzáforrasztására — a 22 réteg hidrofób fluorszénhidrogén, így politetrafluoretilén szemcsék (például Teflon szemcsék) és vezetőképes grafit- vagy fémszemcsék keveréke. Ha villamosán vezető és ugyanakkor hidrofód 22 réteget alkalmazunk, akkor 15 a 13 katód tartására szolgáló, aranyból készült 14 háló teljesen elhagyható. A vezetőképes-hidrofób 22 réteg közvetlenül az elektródhoz sajtolható, amely viszont a 12 membrán felületéhez kapcsolódik. Ennek a konstrukciónak kézenfekvő előnyei 20 vannak olyan tekintetben, hogy mind az elektród előállítási költségei, mind előállításának bonyolultsága csökkenthető. A hidrofób 22 réteg és a katódáramot vezető 17 25 hátlemez között elhelyezkedő áramvezető 14 háló vagy perforált elem készíthető niobiumból vagy tantálból vizes sósavoldatok elektrolizálása, illetve nikkelből, rozsdamentes vagy alacsony széntartalmú acélból vagy bármely más lúggal szemben ellen- 30 álló anyagból vizes nátrium-klorid-oldatok elektrolizálása esetén. Miként említettük, a 13 katód vezetőképes elektrokatalitikus szemcsékből, előnyösen platinakorom szemcsék vagy más platinacsoportbeli fémek ter- 35 mikusan stabilizált redukált oxidjainak, például ruténium, iridium, ozmium, palládium vagy ródium redukált oxidjainak szemcséiből áll és ezeket a szemcséket fluorszénhidrogén, így politetrafluoretilén (például Teflon) szemcsék kötik össze, póru- 40 sós, gázt áteresztő elektródot alkotva. A 2. ábrán tehát azokat a reakciókat ábrázoljuk, amelyek vizes sósavoldatok elektrolizálása során mennek végbe olyan 10 cellában, amely oxigénnel depolarizált 13 katóddal van ellátva. A 10 cella 19 anódterébe vizes sósavoldatot táplálunk be. A 19 anódteret a katódtértől a kationcserélő 12 membrán választja el. A 12 membrán felületével közvetlen kapcsolatban van a 27 anód, amely olyan kötött grafitból áll, amely platinacsoportbeli fém redukált és termikusán stabilizált oxidjával van aktiválva. A grafit további stabilizáló komponensként egy platinacsoportbeli fém vagy titán vagy átmeneti fém, például tantál oxidját — amely előnyösen redukált lehet — tartalmazza. A 27 anód a 12 membránhoz van rögzítve, illetve előnyösen be van ágyazva a membránba. Az áramvezető 21 háló a 27 anódhoz, illetve áramforrás pozitív pólusához van kapcsolva. A 13 katódot — amely nemesfém-részecskék, például platinakorom fluorszénhidrogénnel, így politetrafluoretilénnel, például Teflon-nal kötött tömege — az aranyból készült 14 háló tartja, illetve a 12 membránhoz van kapcsolva és előnyösen a 12 membránba be is van ágyazva. Az elektród felületére a hidrofób 22 réteg — amely előnyösen egy fluorszénhidrogén, például politetrafluoretilén — van felvíve, és ez a hidrofób réteg számos villamosán vezető 24 sávot tartalmaz, amelyek együtt a 13 katód áramvezető rendszerét alkotják. Hasonló módon az áramforrás negatív pólusával a vezető 25 sávok egy közös vezetéken keresztül össze vannak kapcsolva. A 19 anódtérbe bevezetett sósavtartalmú anolitot a 27 anódnál elektrolizáljuk gázalakú klórt és hidrogénkationokat (H+) termelve. A (H+)-ionok a kationcserélő 12 membránon át a 13 katódhoz jutnak bizonyos mennyiségű vízzel és hidrogén-kloriddal együtt. Amikor a hidrogénionok elérik a 13 katódot, ott reakcióba lépnek az oxigéntartalmú gázelegy oxigénjével a Pt(02)H+ reakció értelmében vizet képezve, miáltal nem megy végbe a hidrogénionok redukálódása katódon hidrogéngáz egyidejű képződésével. A 10 cella különböző részeiben végbemenő reakciók tehát a következőek: Reakció Standard elektródpotenciál V„ Tényleges potenciál 432 mA/cm* áramsör őségnél Anód 2 HC1 -♦ Cl, + 2 H+ + 2ea membránon át: 2H+ X H,0 feszültségesés IR hatására Cl'/Cl, + 1,36 V ~ 1,55 V Katód (depolarizáció nélkül) 2H+ + 2e -> H, H+/H, 0,0 V 0,0 és —0,05 V között cellafeszültség (depolarizáció nélkül) + 1,36 V 1,80 V Katód (depolarizációval ) 2H+ + 1/2 O, + 2e- -» H20 Pt/0,/H+ + 1,23 V ~ 0,45 V cellafeszültség (depolarizációval) + 0,13 V 1,35 V 5
