168789. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés ionosan disszociáló vegyületek elektolizisére

168789 5 6 talmazhat alkálifémsókat vagy egyéb szennyező ionokat, bár acél vagy egyéb korrodeáló katód használata esetén az anódtérbe a korrózió csökkentésére alkálifémkloridokat adagolhatunk. A beadagolt alkálifémklorid — például nátriumklorid — koncentrációja az anódtérben körülbelül 1—26 % lehet. A találmány szerinti eljárást — akár sóoldatot, akár sósavat elektrolizálunk — tág hőmérséklethatárok között valósíthatjuk meg, így például szobahőmérséklettől az elektrolit forráspontjáig terjedő hőfokot alkalmazhatunk. A találmány szerinti eljárást előnyösen 65—90 C°-on végezzük. A művelet elektromos jellemzői szintén tág határok között változhatnak, így a cellafeszültség 2,3—5 V, míg az anód áramsűrűsége 0,078— 0,61 A/cm2 lehet. Az elektrolizáló cella külseje vagy borítása olyan elektromos szigetelőanyag lehet, amely klórral, sósavval és nátriumhidroxiddal szemben ellenálló a cella üzemi hőmérsékletén (rendszerint 65—90 C°-on). Ilyen anyagként magas hőmérsékleten is stabil PVC-t, keménygumit, klorendsav-alapú poliészter-gyantákat és hasonlókat alkalmazhatunk. Ezeket a szerkezeti anyagokat célszerűen úgy választjuk meg, hogy szilárdságuk révén az említett elemeket önhordozó kivitelben készíthessük. Adott esetben a cella borítását olyan anyagból is készíthetjük, amely nem mindenben felel meg a fenti követelményeknek, így például sósav és klór hatására károsodó anyagokat, például betont vagy cementet is használhatunk. Az utóbbi esetben azonban ezeket az anyagokat a fenti követelményeknek mindenben megfelelő belső bevonattal látjuk el. Viszonylag nagyterjedelmű berendezések létesítésénél a lényegében önhordó anyagok — így kemény PVC — alkalmazása esetén is szükség lehet a szilárdságot növelő elemekre, így fémszalagokra: ezeket például a berendezés külsején helyezzük el. A találmány szerinti berendezésben elektródként tetszés szerinti elektromosan vezető anyagot alkalmazhatunk, amely ellenáll a reagensek és termékek — például alkálilúg, sósav, klórgáz — korrozív hatásának. A katódot általában grafitból, vasból vagy acélból készítjük. Az erősen savas sósavoldatok elektrolízisének kivételével katódként célszerűen acélt használunk. Anódként grafitot vagy fémtartalmú anyagot alkalmazhatunk. A fém-anódok előnyösen úgynevezett szelephatású fémekből, például titánból, tantálból vagy nióbiumból, vagy legalább körülbelül 90 súly% szelephatású fémet tartalmazó ötvözetekből készülhetnek. A szelephatású fém felületét egy vagy több nemesfém, nemesfém-oxid vagy nemesfém-oxid keverék felvitelével aktiválhatjuk. Az anódfelületre a nemesfémen vagy nemesfém-oxidon kívül a szelephatású fém oxidját is felvihetjük. Nemesfémként például ruténiumot, ródiumot, palládiumot, irídiumot vagy platinát alkalmazhatunk. Fém-anódként különösen előnyösen alkalmazhatjuk a titánból készült, felületükön titánoxid-ruténiumoxid bevonatot tartalmazó anódokat, amelyeket a 3 632 498 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás ismertet. A fentieken kívül olyan anódokat is alkalmazhatunk, amelyek nagyobb elektromos vezetőképességű fém-magból — például alumínium-, acél- vagy réz-magból — és arra felvitt szelephatású fém-bevonatból állnak. Különálló katód és anód — azaz monopoláris elektródok — helyett kívánt esetben bipoláris elektródokat is használhatunk. Ebben az esetben az elektród egyik oldala pozitív, másik oldala pedig negatív pólusként működik. Az ilyen bipoláris elektródok homogén anyagból is készülhetnek, előnyösen azonban a katód-oldalon acélrétegből és az anód-oldalon aktivált szelephatású fém-5 rétegből, például egy vagy több nemesfémmel, nemesfém-oxiddal vagy hasonlóval bevont titán-rétegből kialakított bipoláris elektródokat alkalmazunk. Ha a szendvics-szerkezetű diafragmát tartalmazó fenti cellában nátriumklorid-oldatot elektrolizálunk, akkor 10 a folyadékok és gázok számára lényegében átjárhatatlan diafragma szilárd ionizált sóként működik. A kationaktív diafragma szerkezetét a negatív ionokból vagy negatív ionok csoportjából kialakuló töltött hálózat tartja szilárdan; ezek az ionok a szerkezetben és a szer-15 kezeten keresztül szabadon mozgó pozitív ionokkal állnak elektromos egyensúlyban. Ha a katódtérbe az elektrolízis kezdetén vizet vagy híg nátriumhidroxid-oldatot, az anódtérbe pedig nátriumklorid-oldatot viszünk, akkor a klorid-ionok az anódhoz vándorolnak, és ott 20 elvesztik töltésüket. A nátrium-ionok átjutnak a diafragmán, a diafragma azonban majdnem teljes mértékben megakadályozza, hogy a klorid-ionok és a nátriumklorid a katódtérbe kerüljenek. Minthogy a diafragmán gyakorlatilag csak a nátrium-ionok jutnak át, a katód-25 térben lényegében sómentes nátriumhidroxid keletkezik. A találmány szerinti eljárásban a kationaktív diafragma azt is megakadályozza, hogy a hidroxil-ionok a katódtérből az anódtérbe vándoroljanak. Az áramvezetés tehát az anódtól a katódig kizárólag a nátrium-ionok ré-30 vén történik, s így a találmány szerinti eljárás gyakorlatilag teljes mértékben megszünteti a hidroxil-ionok visszavándorlásából származó problémákat. A találmány szerinti eljárás előnye a fentiek alapján tehát az, hogy a cellák feszültségesése kicsi, a cellák-35 ban igen tiszta, azaz lényegében sómentes nátriumhidroxid keletkezik, a cellákat viszonylag kis feszültségen üzemeltethetjük, nagy áramkihasználást biztosíthatunk, és — az egyrétegű diafragmát alkalmazó módszerrel szemben — nagyobb lúghozamot érhetünk el. 40 Minthogy a találmány szerinti berendezésben alkalmazott diafragmák magas — például 80—110 CVos — hőmérsékleten is ellenállóak klórral és nátriumhidroxiddal szemben, a membránokat az ismert szelektív diafragmákhoz viszonyítva nagyon hosszú ideig üzemeltethet-45 jük. A találmány szerinti berendezésben alkalmazható diafragmákat célszerűen többrétegű vékony film formájában állítjuk elő és használjuk fel. A filmet adott esetben közömbös hordozóanyagra, így üvegszálból vagy 50 teflonból szőtt szövetre választhatjuk le. A hordozóanyagot tartalmazó membrán-rétegek vastagsága 5—-15 mm lehet. A diafragmát tetszés szerinti alakban állíthatjuk elő. A kopolimert általában szulfonilfluorid formájában ké-55 szítik. A polimer ebben a nem savas formában viszonylag lágy és hajlítható, a hegesztéssel előállított kötések szilárdsága pedig megegyezik az anyag szilárdságával. Éppen ezért a polimert a nem-savas formában munkáljuk meg, majd a kívánt membrán-alak elkészítése után 60 az anyag szulfonilfluorid-csoportjait alkalmas körülmények között szabad szulfonsav-csoportokká vagy szulfonát-csoportokká hidrolizáljuk. A hidrolízist forrásban levő vízzel vagy vizes nátriumhidroxid-oldattal végezzük. Az anyagot körülbelül 16 órán át vízben for-65 ralva 28%-os duzzadást észlelünk. A vízfelvétel izot-3