186638. lajstromszámú szabadalom • Eljárás ioncserélő membrán elektrolitikus cellába történő beszerelésére
1 186 633 2 Találmányunk tárgya eljárás ioncserélő membrán elektrolitikus cellába történő beszerelésére. Az ismert elektrolitikus cellák több anódot és katódot tartalmaznak. Minden anódot a szomszédos katódtól ioncserélő membrán választ el és az ioncserélő membránok az elektrolitikus cellát több anód- és katód-kamrára osztják. A cella anód-kamrái az elektrolitnak a cellába történő betáplálására szolgáló szervvel — előnyösen közös tárolóval — és az elektrolízis termékeinek a cellából történő eltávolítására szolgáló szervvel vannak ellátva. Hasonlóképpen a cella katód-kamráinak az elektrolízis termékeinek a cellából történő eltávolítására szolgáló szerve és adott esetben víznek avagy más folyadéknak a cellába történő betáplálására szolgáló szerve van. Az elektrolitikus cellák monopoláros vagy bipoláros típusba sorolhatók. így pl a sztírőprés típusba tartozó elektrolitikus celláknak nagyszámú, egymást felváltó anódja és katódja van. Ezek a cellák 50—50 egymással váltakozó anódot és katódot tartalmazhatnak, azonban ismeretesek olyan cellák is, amelyekben az egymással váltakozó anódok és katódok száma a 150-et is eléri. Az elektrolitikus cellákban lényegében hidraulikusan impermeábilis membránok kerülnek alkalmazásra. Használat közben a cella anód- és katód-kamrái között ionok (pl- hidratált ionok) haladnak át. így pl. vizes alkálifémklorid-oldatok kationcserélő membránokkal ellátott cellában történő elektrolízise esetében az oldatot a cella anód-kamráiba vezetik be és az elektrolízis során fejlődő klórt, valamint a kimerült alkálifém-kíorid-oldatot az anód-kamrákból eltávolítjuk, míg az alkálifém-ionok a membránokon keresztül a cella katód-kamrái felé haladnak. A katód-kamrákba vizet vagy híg alkálifém-hidroxidoldatot táplálhatnak be, és az alkálifém-ionok és hidroxilionok reakciója során képződő hidrogént és alkálifémhidroxid-oldatot a cella katód-kamráiból eltávolítják. A fenti típusú elektrolitikus cellákat elsősorban klór és nátrium-hidroxid vizes nátrium-klorid-oldat elektrolízisével történő előállítására alkalmazzák. A fenti clektrolií'kus cellákban a membránt pl. tömítések közé történő befogással erősítik a cellához. Kívánatos, hogy a membránt feszes állapotban szereljék be a cellába, és hogy a membrán az elektrolitnak a cellába történő betáplálása alatt és a cella működése folyamán lényegében feszes állapotban legyen. A membrán száraz állapotban történő beszerelése esetén azonban azt tapasztalták, hogy a cella működése folyamán, amikor a cellában lévő membrán az elektrolittal érintkezik, a membrán megduzzad és kitágul és ennek következtében lazává válik, sőt meggyűrődhet. Ennek következtében a gázleadás egyenetlenné válik és a cellában lévő feszültség megnő. Ez a jelenség különösen az alacsony vagy zéró anód-katód hézagra tervezett cellák esetében hátrányos. A membrán használat közben bekövetkező megduzzadásából adódó problémák enyhítésére az alábbi módszert javasolták: a membránt az elektrolitikus cellába történő beépítés előtt elő-duzzasztják (pl. a membrán vízbe, vizes nátrium-klorid-oldatba vagy vizes nátriumhidroxid-oldatba történő bemártásával). Ideális esetben a membránt hozzávetőlegesen olyan mértékű clő-duzzasztásnak vetik alá, ameiy mértékben a száraz membrán az elektrolitikus cellában az elektrolittal való érintkezéskor megduzzadna. A 4.000.057 sz. amerikai egyesült államok-beli szabadalmi leírásban az alábbi módszert ismertetik membrá- 2 noknakaz elektrolitikus cellába való beszerelése előtt történő elő-duzzasztására: a membránt folyékony közeggel hozzák érintkezésbe és a membrán a folyékony közeggel való érintkezés után legalább 4 órán át az idő függvényében lényeges lapos kiterjedés-görbét mutat. Folyékony közegként előnyösen etilén-glikol, glicerin és hosszabb szénláncú ' zsíralkoholok vizes oldatai alkalmazhatók. Bár a fenti módszerek segítségével az elektrolitikus cellába szerelt membránok elektrolittal való érintkezésekor fellépő problémák részben kiküszöbölhetők, az ismert eljárások komoly hátrányokkal járnak. így az előduzzasztott membránok nedves állapotban vannak és az elektrolitikus cellába történő beépítés alatt nedvesek maradnak és ennek következtében nehezen kezelhetők. Amennyiben a membránt az elő-duzzasztás alatt korrózív folyadékkal (pl. nátrium-hidroxid-oldattal) hozzák érintkezésbe, külön speciális kezelési óvintézkedésekre van szükség. További nehézségek tapasztalhatók a nedves membránnak az elektrolitikus cellába történő szivárgásálló beszerelése során (pl. amikor a membránt két tömítés között rögzítik). Találmányunk célkitűzése ioncserélő membránoknak elektrolitikus cellába történő olyan beépítési eljárásának kidolgozása, amely az ismert módszerek fent ismertetett hátrányait kiküszöböli. Találmányunk tárgya eljárás ioncserélő csoportokat vagy azok ioncserélő csoportokká átalakítható származékait tartalmazó szerves polimertartalmú ioncserélő membránok elektrolitikus cellába történő beszerelésére, az ioncserélő membrán kiterjesztése és a kiterjesztett membránnak az elektrolitikus cellához vagy annak egy részéhez történő rögzítése útján, azzal jellemezve, hogy a membránt az egységnyi membránsúlyhoz tartozó felület növelése céljából nyújtással kiteijesztjük. Á találmányunk szerinti eljárás során a lap, lemez vagy fűm alakban lévő membránt nyújtással terjesztjük ki és ily módon a membrán egységnyi súlyához tartozó membrán-felületet megnöveljük. A membrán kitágítása nem igényel duzzadást, tehát a membrán kiterjesztéséhez folyékony közeg jelenléte nem szükséges. A nyújtással történő kiterjesztést általában és előnyösen száraz membránnal végezzük el és ily módon a folyékony közeg alkalmazásával járó hátrányokat kiküszöböljük. A membrán kiterjesztése során a membránt nem csupán magasabb hőmérsékleten és nyomáson történő préselésnek vetjük alá. A membrán nyújtását a membrán elszakadásának elkerülése céljából óvatosan végezzük el. A membrán elszakadásának kiküszöbölése céljából a membrán feszítését előnyösen magasabb hőmérsékleten végezzük el. A találmányunk tárgyát képező eljárás egyik előnyös foganatosítás) módja szerint ioncserélő membránokat oly módon szerelünk be elektrolitikus cellába, hogy az ioncserélő membránt magasabb hőmérsékletre melegítjük, a membránt magasabb hőmérsékleten nyújtjuk és a kiterjesztett, megnyújtott membránt az elektrolitikus cellához vagy annak valamelyik részéhez rögzítjük. Előnyösen járhatunk el oly módon, hogy a membránt magasabb hőmérsékleten feszítjük, majd alacsonyabb hőmérsékletre (pl. szobahőmérsékletre vagy e körüli hőfokra) hűtjük, miközben a kiterjesztett megnyújtott állapotban tartjuk, majd a kiterjesztett, kifeszített membránt az elektrolitikus cellához vagy annak valamely részéhez rögzítjük. A feszítést pl. oly módon végezhetjük el, hogy a 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
