180464. lajstromszámú szabadalom • Eljárás halogén folyamatos előállítására halogénhidrogén elektrolízise útján
3 180464 4 körülbelül 325 mA/cm2 vagy nagyobb áramsűrűségeknél végzett munkákra vonatkozó kísérletek azt mutatták, hogy emelt hőmérsékleten, így 80 °C-on vagy e hőmérséklet felett kell dolgozni. Ez ismét újabb problémákat hoz magával. 5 Mivel ezek a rendszerek egy perforált diafragmát használnak az anódelektrolit- (a következőkben röviden „anolit’')- és a katcdelektrolit (a következőkben röviden „katolit)- kamrák elválasztására, a kátédon képződő gáz alakú 10 hidrogén és a diafragmán keresztül visszavándorol az.anodhoz. Ennek következtében az ott képződő klór jelentős mennyiségű hidrogént tartalmaz, ez pedig gázszéuváiasztást tesz szükségessé a kívánt nagy • tisztaságú klór előállítása érdé- 15 kében. A technika állásához tartozó rendszereknél az anolit gyors kimerülésének a problémája is jelentkezik, ez csökkenti a HCl-koncentrációt. és a hidrogénolektrolízis sebességét, ezzel az oxigénfejlődés növekszik. Az oxigén nagy mennyi- 20 ségben való keletkezése hátrányos, mivel az oxigén megtámadja a grafitot, amely az elektród gyors romlásához vezet. A találmány szerinti eljárásnak megfelelően valamely halogént, így klórt, hidrogénkloridnia'k 25 olyan cellában történő elektrolízise útján állítunk elő, amely egy szilárd polLmerelektrolitot tartalmaz kationcserélő membrán alakjában, amely a cellában a katolit- és analitkamrákaz elválasztja egymástól. Egy katalitikus elektród 30 össze van kötve a membránnak legalább egyik felületével, előnyösen azonban mindkettővel ka talitikus anód- és katódelektródok kialakítása érdekében, amelyek nagyon csekély halogén- és hidrogéntúlfeszültséget mutatnak. Egy vizes 35 HCl-oldatot folyamatosan érintkezésbe hozunk az anóddal, amelyen a klorid töltését veszti, míg a H Monok a batódhoz vándorolnak, és ott vesztik el töltésüket. A katalitikus elektródok fluorhidrogénből (politetrafluoretilén) és grafitré- 40 szecskákból álló kötött tömeg formájúak. A grafiittartalmú katalitikus elektródok továbbá egy katalitikus anyagot is tartalmaznak, amely legalább egy redukált platinacsoportbe’i fémoxid, és amely redukált fémoxidot oxigén 45 jelenlétében való hevítéssel hőstabilizálunk. Használható platinacsoportbeli fémek példáid a platina, palládium, iridium, ródium, ruténium és az ozmium. Az előnyös redukált fémoxidok kilórelőálh- 50 fásához a ruténium és az iridium redukált oxidjai. Az eleiktrokatalizátor egyetlen platinacsoportbeli fémoxid, így ruténiumoxid, iridiumoxid, platinaoxid és hasonló oxid is lehet. Megállapítottuk azonban, hogy a redukált platinacsoporí- 55 beli fémoxidok keverékei vagy ötvözetei stabil 1- sabbaik. Legfeljebb 25%, előnyösen pedig 5—25 súly%, redukált iridiumoxidot tartalmazó redukált 'ruténiumoxidból készült elektród nagyon stabilisnak bizonyult. Grafit legfeljebb 50 súly%- 60 ban, előnyösen 10—30 súly%-ban van jelen az elektródban. A grafitnak kitűnő a vezetőképessége és csekély a halogénfeszültsége, továbbá jóval olcsóbb, mint a platinacsoportbeli fémek, így jóval olcsóbb, de mégis nagyon hatásos ha- 65 logénleválasztó elektród előállítása válik lehetővé. Valamely „ventilfém”, így titán, tantál, niobium, cirkónium, hafnium, vanádium vagy wolfrám egy vagy több redukált oxidja szintén használható az elektródkészítésnél avégett, hogy az elektródot oxigén, klór és általában kedvezőtlen elekitrolíziskörülmények ellen stabilizáljuk Az úgynevezett „ventilfémek” fogalmát a 3 948 451. számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban fejtik ki, és az átmeneti fémek egy alcsoportját foglalják magukban, például Ti, Ta, Zr, Mo, Nb és W fémek lehetnek. Ezek a ventilfémek anódos irányban vezetik az áramot, a katódos irányban pedig gátolják az áram továbbjutását. Ezek a fémek az elektrolitokkal és az elektrolízáló cellában uralkodó körülményekkel szemben ellenállók, például klór és NaOH előállításánál elég stabilisak, és ezért elektród-anyagként használhatók. A ventilfémek egészen 50 súly%-ig használhatók, az előnyös mennyiség azonban 25—50 súly% tartományban van. A találmányt a következőkben a rajzokra hivatkozva, közelebbről is megvilágítjuk, ahol az 1. ábra egy találmány szerinti elektrolizáló cella vázlati rajza, amelyben egy szilárd polimerelektrolitmembrán van beépítve, és a 2. ábra a cella egy vázlati rajza és a cella különböző részeiben lejátszódó reakciókat mutatja be. Az 1. ábra egy széthúzva ábrázolt 10 elektrolizáló oellát mutat be, amely egy 11 katódtérből és egy 12 anódtérből áll, amelyeket egy szilárd polimerelektrolitmembrán választ el egymástól, mimellett a membrán előnyösen egy hidratizált, szelektív kationmembrán. A 13 kationmembrán szembenlevő felületeivel fluorszénhidrogénnel kötött, katalitikus grafitelektródok önmagukban vagy hőstabilizált, redukált platinacsoportbeli fémoxidokkal kevert grafitelektródok vannak összekötve. Ilyen fémoxidok az RuO* képletű ruténiumoxidok, vagy az iridium, ruténium-irídiuim, ruténium-titán, ruténium-tantál vagy a ruténiurn-titán-iridium stabilizált, redukált oxidjai. A 14 katód a 13 kationmembrán egyik oldalához kötődik, míg a membrán szemben levő oldala egy katalitikus anóddal van öszszekapcsolva. A katód egy teflon segítségével összekötött, katalitikus részecskékből álló massza, ahol a részecskék ugyanazok lehetnek, mint az anódkatalizátor részecskéi, például grafit egymagában, vagy hőstabilizált, redukált platinacsoportbeli fémoxidrészecskéket vagy ventilfémeket tartalmazó grafit. Más változatban platinaszivacs, valamint hőstabilizált, redukált platina-, platinairídium-, platina-ruténium-, platina-nikkel-, platina-palládium- vagy platina-aranyoxidok elegyei és ötvözetei használhatók, ha a savkoncentráció a katódoldalon HCl-nek a membránon való átvitele alapján a H +-ionokkal együtt meglehetősen csekély, éspedig az anolitkoncentráció 10%-a vagy ennél kevesebb. Az elektródokra 15 és 16 áramszedőket sajto-2
