180463. lajstromszámú szabadalom • Eljárás halogének és alkáliféme-hidroxidok előállitására alkálifém-halogenidek elektrolizise utján.
5 180463 6 kisebbre csökken, ugyancsak lecsökken a gázáramlás is, mivel az elektród és a membrán között már nem képződik gázréteg. Ez a cellafeszültség jelentős csökkenéséhez vezet, és gazdasági haszonnal jár, amely a cellafeszültség csökkenéséből ered. A találmányt a következőkben a rajzokra hivatkozva közelebbről is bemutatjuk. A rajzokon az 1. ábra egy találmány szerinti elektrolizálócella vázlati rajza, és a 2. ábra a cella vázlata és a cella különböző részeiben lejátszódó reakciók vázlatos bemutatására szolgál. Az 1. ábra egy 10 halogénelektrolizáló cellát jelöl, amely egy 11 katódtérből és egy 12 anódtérből áll, amelyeket egy szilárd polimer elektrolitból álló 13 membrán választ el egymástól, mimellett a membrán előnyösen egy hidratizált átbocsátás tekintetében szelektív, kationcserélő membrán. A 13 membrán szemben levő felületeivel elektródok vannak összekapcsolva, amelyek valamely fluorszénhidrogénből, így teflonból álló részecskéket foglalnak magukban, amelyek termikusán stabilizált, redukált ruténiumoxidokat (RuO„) vagy iridiumoxidokat (IROJ, vagy stabilizált, redukált ruténium—iridiumoxidokat (RuIr)O,, továbbá ruténium-titánoxidokat (RuTi)O x, ruténium—tantál—iridiumoxidokat (RuTalr)Ox, valamint ruténium—grafit-elegyet kötnek össze. A 14 katód a membrán egyik oldalával van összekapcsolva, és előnyösen abba be is van ágyazva, továbbá egy fel nem tüntetett katalitikus anód van összekötve a membrán szemben levő oldalával, előnyösen pedig ebbe be van ágyazva. A teflonkötésű katód hasonló az anódkatalizátorhoz. Megfelelő katalizátoranyagok finom eloszlású fémeket, így platinát, palládiumot, ezüstöt, aranyat, mangánt, kobaltot vagy nikkelt, spinéit vagy platinacsoportbeli fémoxidokat, így Pt—Tr Ox-t Pt—Ru Ox-t tartalmaznak, továbbá grafit és az említett anyagok alkalmas kombinációit foglalják magukban. Az elektródokra 15 és 16 áramvezető sziták formájában áramszedők vannak rásajtolva. A membránból és elektródból álló egész egység a 17 és 18 tömítések közvetítésével a 11 katódtér és 12 anódtér házelemekkel van kialakítva, mimellett a tömítések minden olyan anyagból készülhetnek, amelyek a cella környezetével szemben ellenállóak vagy közömbösek, így klórral, oxigénnel, más halogénhidrogének konyhasóoldat elektrolízise esetén alkáliéval, elektrolízisénél pedig HCl-el, HBr-rel szemben ellenállást tanúsítanak. Ilyen tömítés egyik formája a töltött kaucsuk-, illetve gumitömítés, amely EPDM kereskedelmi megjelöléssel van forgalomban, és az Irving Moore Company, Cambridge, Mass, vállalat készíti. A vizes sóoldat egy 19 elektrolitbevezető cső segítségével visszük be a cellába, ez a bevezető a 20 kamrával áll kapcsolatban. Elhasznált elektrolitot és halogént, így klórt, a 21 kivezető cső segítségével távolítunk el. Egy 22 katódbevezető cső van összekötve a 11 katódtérrel annak érdekében, hogy katódkamra-elektrolitot, vizet vagy vizes nátriumhidroxid-oldatot, amely hígabb, mint az, amely elektrokémiai úton az elektród/elektrolit-határfelületen képződött, vigyünk be a kamrába. A víz különböző célokat szolgál. A víz egy része hidroxil-anionok képződése közben elektród zálódik, és ezek a hidroxil-anionok a membrán által szállított nátriumkationokkal egyesülnek nátronlúg (NaOH) képződése közben. A víz öblíti azonban a beágyazott katódelektródot is, és így megakadályozza, hogy a membrán (elektród-határfelületen képződött lúg, amelyet felhígít, a membránon keresztül diffúzió útján viszszakerüljön, illetve a lehető legkisebb menynyi ségben jusson vissza az anód-elektrolit-kamrába. A 24 katódkivezető cső összekötetésben van a 11 katódtérrel, a híg lúg, a katódon töltését vesztett hidrogén és a felesleges víz eltávolítása érdekében. A katódkamrába egy 23 energiaszállító kábel vezeti be az áramot, és egy hasonló fel nem tüntetett kábel megy be az anódka nrába. Ezek a kábelek a 16, illetve 15 áramvezető szitákat kapcsolják az áramforráshoz. A 2. ábra diagramszerűen szemlélteti azokat a reakciókat, amelyek egy vizes konyhasóoldat elektrolízise alatt végbemennek a cellában, továbbá az elektrolizáló folyamat megértését szolgálja, amely szerint a cella dolgozik. Vizes nátriumklo'rid-oldatot viszünk be az anódkamrába, amelyet egy kationos 13 membrán választel a katódkamrától. A 13 membrán egy összekötő membrán, amely az anódoldalon egy nagy víztartalmú (a membrán szárazsúlyára számítva 20—35%) 26 réteggel van ellátva, és egy kis víztartalmú (a membrán szárazsúlyára számítva 5—15%) 27 réteggel rendelkezik, és a kettőt egy 28 teflonszövet választja el egymástól. \ katód optimális hatásának biztosítása érdekében a 13 membrán a katód felőli oldalon egy iontaszító záróréteggel van ellátva avégett, hogy távol tartsa a hidroxil-ionokat, és megakadályozza vagy a lehető legkisebb méretűre csökkentse a lúgnak az anódhoz való visszavándorlását. Az anionokat, amelyek a katódoldal felől helyezkednek el, taszító záróréteg taszító tulajdonságait még tovább erősíthetjük azzal, hogy a 1< atódoldalon levő perf luorszulfonsav-membránt egy kevés vztartalmú vékony réteg kialaktása útján kémiailag módosítjuk. Ezt például azzal érhetjük el, hogy a polimert egy szubsztituált sz ilfonamidmembrán-réteg kialakítása közben átalakítjuk. A katódoldali 27 réteg nagy milliekvivalenssúllyal rendelkezik, vagy egy gyenge savformává (szulfonamid) alakul át, és ezzel az összekötő membrán e részének a víztartalma lecsökken. Ez növeli a film sótaszító képességét, és a lehető legkisebbre csökkenti a nátriumhidrexid diffúzióját a membránon keresztül az aródhoz. A membrán egy csekély víztartalmú polimerből készült homogén film is lehet. Ilyen polimer a Nafion 150, a perfluorkarbonsav és hasonlók. A teflonkötésű, redukált nemesfémoxidokból 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
