201124. lajstromszámú szabadalom • Eljárás alkáli-klorid elektrolizáló cellában alkalmazható katód előkészítésére
HU 201124 B i lyek titán, tantál, cirkónium, nióbium vagy ezek ötvözetéből kialakított alapfémből és ezen kialakított fém-oxid rétegekből - aktiváló - és redukció-gátló réteg - kialakított bevonatból állnak. Az aktiváló réteg a periódusos rendszer VIII-5 és VIII-6 csoportjába tartozó fémek-oxidja(i)ból, mint pl. ruténium-oxidból, az ettől eltérő elkülönülő redukciót-gátló réteg, pedig a periódusos rendszer II és VI csoportjába tartozó fémek oxidja(i)bóI, mint pl. magnézium-, kalcium-, króm-, molibdén-oxid(ok)ból áll. A technika állásából ismeretes, hogy a platinacsoportba tartozó fémek oxidjait - aktív katalizátorként - hidrogén előállítására a modern ionáteresztő membránokat alkalmazó alkáli-klorid elektrolizáló cellákban. az ott alkalmazott extrém körülmények miatt nem lehet használni. Az ilyen cellákban nem ritka a 30 tömeg%-os NaOH koncentráció és a 95 “G-ot meghaladó hőmérséklet sem. Az ismert eljárások szerint készült oxid bevonatok, használat közben elöregednek, az elektród-alaphoz való tapadóképességüket elvesztve hatástalanná válnak, egyidejűleg feltehetően jelentős mértékben redukálódnak is. egyes esetekben egészen fémmé. A fémből képzett katalitikus bevonatok, melyek önmagukban olyan tulajdonságűak, hogy a hidrogén rajtuk kis túlfeszültséggel válik le, a gyakorlatban katalitikus aktivitásukat elvesztik, mivel fém szennyezőkkel, például vassal, amely a sóoldatokban és az elektrolízisnél használt vízben általában jelen van, vonódnak be. Következésképpen a hidrogén előállításánál a modem elektrolitikus. membrános alkáli-klorid cellákban azok az aktív bevonatok alkalmazhatók. melyek nagy felülettel vagy porózus bevonattal jellemezhetők és olyan az összetételük, hogy bizonyos mértékben ellenállnak adott körülmények között a kémiai hatásnak, például nikkel vagy különféle rozsdamentes acélok. Ezekben az esetekben a lényegében kis hidrogén túlfeszültségé katalizátorok teljes katalitikus hatásukat gyakorlatilag nem fejtik ki, mivel, mint ismeretes, a nagy felületű bevonatok teljesítménye idővel arra a szintre csökken, amely az alkalmazott sóoldatban vagy vízben lévő meghatározó fémszennyezőből általában vasból, képzett bevonat teljesítő képességével egyenértékű. Azaz a Tafel meredekség, amely az alkalmazott bevonat elektrolitikus aktivitását jellemzi, lényegében a vasra jellemző értékig változik, amivel együtt jár a hidrogén túlfeszültség növekedése, különösen nagyobb áramsűrűségeknél 0,23-0,54 A/cm2- -nél és ennél nagyobb értékeknél, melyek a modem membrán alkáli-klorid elektrolízis cellákban általában előfordulnak. Kívánatos lenne a kezdeti alacsony túlfeszültség tulajdonságot a hosszú ideig működtetett membrán alkáli-klorid cellákban fenntartani, azoknál az anyagoknál, melyekre az alacsony Tafel meredekség a jellemző, így a platinacsoportba tartozó fémek oxidjaira - nevezetesen a ruténium-oxidra. Egyéb megállapítások mellett arra a felismerésre jutottunk, hogy a platinacsoportba tartozó fémek oxidjaiból. valamint találmányunk szerinti eljárással készült másodlagos elektrokatalitikus fémekből álló aktív bevonatok, katódokra alkalmazva sóié elektrolízisben. nagy NaOH koncentrációnál, magas hőmérsékleten és nagy nyomáson is nemvárt. alacsony hidrogén túlfeszültséggel, fizikai stabilitással és tartós hatékonysággal jellemezhetők. A találmány szerinti eljárással előállított elektródok felhasználásával az elektrokatalitikus folyamatokban, adott körülmények között (hőmérséklet, NaOH koncentráció, nyomás, stb.), klór és kausztikus szóda előállításánál a gyakorlatban másként el nem érhető mértékben csökken az energia-felhasználás. A találmány elsősorban alacsony hidrogén túlfeszültséggel jellemezhető katódok előállítására vonatkozik. Az eljárás szerint elektronvezető elektródalapot, a bevonat összetevőit tartalmazó prekurzor fém-oxid oldatot és egy kioldó (marató) szert használunk, mely kioldószer alkalmas az elektródalap felületének oldására és/vagy valamely előzetesen felvitt bevonat oldására. Az oldószert hevítéssel távol ítjuk el a bevont felületről, abból a célból, hogy a bevonatképző oxidok fémalkotót, illetve az elektród-alapból vagy adott esetben az előzetesen felvitt fémbevonatból kioldott fémvegyületeket koncentráljuk és az elektród-alapon, illetve az azon előzetesen kialakított bevonaton az ily módon koncentrált oldatból újabb bevonatot alakítsunk ki. Oxigén, levegő vagy oxidáló tulajdonságú anyagok jelenlétében az oxidációhoz szükséges hőmérsékleten az elektródot a fém alkotórészek oxidálása céljából tovább hevítjük. Az elektromosan vezető vagy nem vezető elektród-alapon a platinacsoportba tartozó fémek oxidjainak keverékéből és másodlagos elektrokatalitikus fémekből álló bevonat a fémvegyületek oldatának és egy, az elektród-alap maratására alkalmas oldószernek a felhasználásával állítjuk elő. illetve egymásra épülő bevonatok esetében, az elektród-alapra felvitt fém-oxidok maratásával. A bevonat legkevésbé ellenálló részeinek oldatbavitele után a bevont elektród-alapot fémalkotók oxidálása, koncentrálása és újabb bevonat kialakítása céljából hevítjük. A fémalkotókból igen kemény, stabil heterogén fém-oxid keverék képződik. Elektromosan vezető elektród-alap előnyösen bármilyen fém lehet, mely az elektród kialakítása során fizikai integritását megőrzi. Rétegelt fémek is alkalmazhatók. így például egy másik fémmel, pl. nikkellel vagy egy filmképző fémmel bevont vasféleség, mint például vas, acél, rozsdamentes acél vagy más fémötvözet, melyben a fő komponens vas. Az elektródalap lehet nem vasféle fém is, így filmképző fém vagy nem filmképző fém, például Ni. Filmképző fémek a szakterületre vonatkozó szakirodalomból jól ismertek. Ilyen a titán, a tantál, a cirkónium, a nióbium, a wolfram és ezeknek a fémeknek egymással, illetve kismennyiségű más fémmel alkotott ötvözetei. Nem vezető elektród-alapok különösen akkor használhatók, ha vezető bevonat van rajtuk, amelyre közvetlenül a fém-oxid réteget felvisszük. Az elektród-alap alakja vagy kiképzése, amit a jelen találmány szerinti bevonatkészítési eljárásnál használunk, lehet sík lemez, görbült felület, hullámos felület, lyuggatott felület, szőtt drótháló, kifeszített fémlemez, rúd. cső, lehet pórusos, nem pórusos, szinterezett, szálas, szabályos vagy szabálytalan. A jelen találmány szerinti bevonatkészítési eljárás nem függ az elektród-alap alakjától, mivel ez az alkalmazott kémiai és termikus kezelés lényegében 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4
