201124. lajstromszámú szabadalom • Eljárás alkáli-klorid elektrolizáló cellában alkalmazható katód előkészítésére
I HU 201124 B 9 működés után a katódpotenciál a legalacsonyabb értéket éri el (-1.18 V), majd ezután folyamatosan növekszik 20 hét elteltével -1,2 V és 200 nap után már -1,32 V. Ezzel ellentétben a találmányunk szerinti eljárással előállított bevonatos katód potenciálja, amint az az 1. ábrán jól látszik, 20 hét folyamatos működés után is közel állandó -1,1 V-on marad. 9. (összehasonlító) példa Ruténium- és ródium-oxidból álló aktív réteget és kalcium-oxid redukciót gátló réteget tartalmazó bevonatos titán katódot készítünk feszített titán alapon a 4 300 882 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás 6. példájában ismertetett módon. Az aktív réteget 0,25 g atom/1 koncentrációjú RuCb x 3H20 és RhCl x 3H2Ü-t tartalmazó dimetil-formamidos oldatok 1:1 arányú keverékéből visszük fel. A katódot 2 órán át, kemencében 450 ”C-on hevítjük. Az eljárást ötször ismételjük. A redukciót-gátló réteget a szabadalmi leírás 7. táblázatában szereplő 22. példának megfelelően 0,25 g atom/1 CaCb-t tartalmazó dimetil-formamidos oldatból alakítjuk ki az első réteg kialakításánál ismertetett módon. A második bevonó eljárást ötször ismételjük. Az ily módon készített aktivált katód bevonatja két különálló kémiailag eltérő oxid-rétegből (ruténium- és ródium-oxid keveréke és kalcium-oxid) áll. Az elkészült katódon 90 °C-os, 32 tömeg%-os nátrium-hidroxid oldatban mérjük a hidrogén túlfeszültségét. 3.1 kA/m2 áramsúrúség mellett Hg/HgO referencia elektródhoz viszonyítva a túlfeszültség -0,986 V. A katódot ezután az előző példákban ismertetett laboratóriumi klórcellába építjük be. A cellát 90 °C-on. 33 tömegei NaOH-t és 300 g/1 NaCl-t tartalmazó oldattal 4.0 kA/m- áramsúrúségnél működtetjük. A katód potenciálját a Hg/HgO elektróddal szemben folyamatosan regisztráljuk. Az eredményeket a 2. táblázatban foglaljuk össze. Az adatokból jól látszik, hogy mind a hidrogén túlfeszültsége a katódon. mind a cellafeszültség már az első három nap alatt kb. 500 mV-al nőtt. A katolit térben fekete anyagkiválást lehet megfigyelni, ami a katódbevonat anyagának a rongálódását mutatja. Fentiek következtében az elektród nem alkalmazható kis hidrogén túlfeszültségú katódként alkáli-klorid elektrolizáló cellákban. 2. iá hl ázat napok száma cellafeszültség (V) katódpotenciál (V) 0 3.29-1,005 1 3.52-1.090 2 3,79-1.475 3 3.79 4 3.80 5 3.80-1.520 6 3.82-1.520 7 3.84-1.520 8 3.83-1.530 10. példa A 2-7. példa szerinti cellákat 90 °C-on 31-33 tömeg%-os NaOH-oldat és 0,31 A/cm2 áramsúrúség alkalmazása mellett működtetjük, mialatt a katódot és az anódot tartalmazó cellarészben atmoszférikus nyomást tartunk fenn. Nátrium-kloridot tartalmazó sóoldatot illetve vizet táplálunk az anódot illetve a katódot tartalmazó cellarészbe. Az anódos cellarészben 180-200 g/1 NaCl és 31-33 tömeg% NaOH koncentrációt tartunk fenn. A cella belső terének keverését a katód illetve az anódtérben keletkező hidrogén illetve klór végzi. A tömeg és az energiamérleg adatokat a működtetés ideje alatt periodikusan határozzuk meg. A NaOH előállításának energiaigényét számítjuk. Az eredményeket a 2. táblázatban adjuk meg. 2. táblázat A példa szerinti elektród katód kWh/millió t 2 bevonatos 2208 3 bevonatos 2221 4 bevonatos 2229 5 bevonatos 2259 6 acél 2497 7 nikkel 2504 11. példa Üzemi méretben történő vizsgálatokhoz két sorozat nyomás alatti membrános klórcellát készítünk. A cellák felépítése és kialakítása azonos, annyi különbséggel, hogy az 1. sorozat celláiba nikkelfalu katódkamrát és nikkel elektródot, míg a 2. sorozat celláiba acélfalú katódkamrát és acél katódot építünk. Az 1. sorozat elektródjain a találmány szerinti eljárással bevonatot alakítunk ki. A 2. sorozat elektródjait nem vonjuk be. Mindkét sorozat cellái kereskedelemben kapható kationcserélő membránnal készültek, a 2. példában ismertetett módon. Mindkét cella-sorozatot egyformán 90 °C hőmérsékleten, 0,31 A/cm2 áramsúrúség és 31-33 tömeg%-os NaOH oldat alkalmazása mellett működtetjük. A cellákat 101325- 202650 Pa (1-2 atm) nyomáson használjuk, miközben az anódtér és a katódtér elektrolitját centrifugálpumpa alkalmazásával cirkuláltatjuk vissza a cellába. A katód- és az anódelektrolit áramlási sebességének arányát 1-nél nagyobb értéken tartjuk. Energia és tömegmérleg adatokat határozunk meg. Az átlagos hatékonyságot 45 napos időtartam adatai alapján számítjuk ki. Az eredmények nyilvánvalóan mutatják, hogy a találmány szerinti eljárással készült elektród alkalmazása (1. sorozat) átlagosan több, mint 5 % energiamegtakarítással jár, összehasonlítva a 2. sorozat elektródjaival mért adatokkal. A találmány szerinti eljárással előállított új elektród elektrolizáló folyamatokban, bármely hőmérsékleten és atmoszféranyomás feletti, atmoszféranyomáson vagy atmoszféránál kisebb nyomáson alkalmazható. Az elektród alkalmazása különösen kedvező magasabb hőmérsékleten, mint például 85-105 ”C-on működő cellák esetében. Az elektródokat alkalmazhatjuk a klóralkáli cellákban általában használatos nyomáson. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 8
