182493. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és elektrolizáló cella elemi halogén előállítására halogéndionokat tartalmazó vizes oldatokból
11 182493 12 kok szemléltetik — klórgáz fejlődik. A nátriumkationok (Na+-ionok) a 12 membránon át a 13 kátédhoz vándorolnak. A katódtérbe katolitként a 36 csövön át vízáramot vagy vizes nátrium-hidroxid-oldatot vezetjük. A katódtérbe ugyanakkor oxigéntartalmú gázt, például levegőt vezetünk be olyan áramlási sebességgel, ami megfelel a sztöchiometrikusan szükséges mennyiségnek vagy ahhoz képest fölöslegben van. Tekintettel arra, hogy a lúg a teflont könnyen nedvesíti, a 22 réteg felületére jut és ott koncentrációjának csökkentése céljából hígításra kerül. Ugyanakkor a 22 réteg hidrofób jellege megakadályozza az oxigénnek a 13 kátédhoz való jutását gátló vízréteg kialakulását. A 13 katód felülete vízzel való öblítése helyett a katolit úgy is bejuttatható a katódtérbe, hogy a depolarizálására alkalmazott oxigéntartalmú gázt bevezetése előtt vízzel túltelítjük. A 13 kátédon a víz redukálódik hidroxilionokat (OH--ionokat) képezve, ezek pedig a 12 membránon át a 13 katódhoz jutott nátriumionokkal (Na+-ionokkal) kombinálódva a membrán-elektród határfelületén nátriumhidroxidot képeznek. Az oxigénelektród standard clektródpotenciálja bázikus oldatban +0,401 V. A víz, az oxigén és az elektronok reakcióba lépnek egymással hidroxilionokat képezve hidrogéngáz-fejlődés nélkül. A hidrogéngáz-fejlődéssel járó normál reakció esetén a hidrogénelektród standard potenciálja lúgoldatban egységnyi aktivitású lúg jelenléte esetén —0,82 V. A katódot oxigénnel depolarizálva a cellafeszültség elméletileg 1,23 V-tal csökkenthető. A gyakorlatban azonban 0,5—0,6 V feszültségcsökkenés érhető el, minthogy — miként a sósav elektrolizálásával kapcsolatban korábban kifejtettük — az Oa/H+ reakció túlfeszültsége viszonylag nagy. Könnyen belátható tehát, hogy vizes nátrium-klorid-oldatok elektrolizálása során a katód depolarizálásával a feszültség tekintetében jóval hatékonyabb cellát kaphatunk. A halogenidion tartalmú oldatok elektrolizálásánál a cellafeszültség lényeges csökkentése természetesen a találmány alapvető előnye és a találmány szerinti eljárás gazdaságosságát kézenfekvő módon igen nagy mértékben javítja. A találmány szerinti cellaelrendezéshez használható elektródokat az alábbiakban részletesen tárgyaljuk. Miként említettük, a halogénhidrogének vizes oldatainak elektrolizálásához használható anód előnyösen politetrafluoretilénnel kötött szemcsés grafit, amely a klórtúlfeszültség minimalizálása céljából platinacsoportbeli fém oxidjával, előnyösen egy ilyen fém redukált és termikusán stabilizált oxidjával van aktiválva. Például a ruténium-oxidok, előnyösen a ruténium redukált oxidjai klórral szemben stabilizáltak és így lehetővé teszik olyan hatékony, hosszú időn át üzemeltethető anód előállítását, amely stabil savakban és alacsony a klórtúlfeszültsége. A stabilizálást hőkezeléssel vagy pedig iridium, titán vagy tantál oxidjaival végzett összekeveréssel vagy ötvözéssel érjük el. Katalitikus anódként rendkívül hatékonyak a titán, ruténium és iridium oxidjainak temer ötvözetei. A titánt vagy tantált helyettesítheti más átmeneti fém, például nióbium, cirkónium vagy hafnium. A nemesfémek, például ruténium vagy iridium redukált oxidjait tartalmazó ötvözeteket vagy keverékeket politetrafluoretilénnel homogenizáljuk. Az így kapott keveréket ezután grafitból és politetrafluoretilénből álló keverékkel homogenizáljuk. Az anód esetében az elektrődfelületre vonatkoztatva a nemesfém mennyisége jellegzetesen mintegy 0,6 mg/cm2, illetve az előnyös tartomány 1—2 mg/cm2. A katód politetrafluoretilénnel kötött nemesfémszemcsék tömegéből áll, illetve felületére vonatkoztatva a nemesfém mennyisége 0,4—4 mg/cm2. A katódhoz használt nemesfém lehet platinakorom, továbbá platina, platina és iridium vagy platina és ruténium oxidja vagy redukált oxidja, illetve a katód adott esetben grafitot is tartalmazhat. Az említett összetételű katódok alkalmazásának feltétele az, hogy a katód ne legyen kitéyetúl nagy hidrogénklorid koncentrációknak, minthogy ilyen esetben a sósav a platinát gyorsan megtámadja és oldja. Ez a feltétel teljesül a jelen esetben, mert a hidrogénionokkal a membránon át a katódhoz jutó hidrogénklorid koncentrációja legalább tízszer kisebb, mint az anolitban a hidrogén-klorid koncentrációja. A vizes nátrium-klorid-oldatok elektrolizálásához előnyös anód politetrafluoretilén szemcsék és egy platinacsoportbeli fém redukált és termikusán stabilizált oxidja szemcséinek kötött szemcsés keverékéből készült. Az anód klórtúlfeszültségének minimalizálása céljából az előnyös platinacsoportbeli fémoxid a ruténium-oxid vagy ennek redukált változata. A katalitikus hatású ruténium-oxid szemcsék stabilizálva vannak klórral szemben egyrészt termikus stabilizálással, másrészt például iridium vagy titán oxidjaival végzett keverés és/vagy ötvözés útján. Titán, ruténium és irídium vagy politetrafluoretilénnel kötött titán, ruténium és iridium oxidjainak vagy redukált oxidjainak terner ötvözete szintén jó hatásfokkal hasznosítható stabil, hosszú időn át üzemeltethető anód előállításához. Az elektród előállításában a titán helyett használhatunk más szelepfémet, például nióbiumot, tantált, cirkóniumot vagy hafniumot is. A fém-oxidokat politetrafluoretilénnel úgy homogenizáljuk, hogy a kapott keverékben a politetrafluoretilén mennyisége 15—50 súly% legyen. Politetrafluoretilénként használhatjuk például a DuPont de Nemours Co. amerikai egyesült államokbeli cég által T—30 márkajelzéssel forgalmazott teflont, bár más fluorszénhidrogének is hasznosíthatók. A 13 katód anyaga előnyösen egy olyan szemcsés keverék, amely szemcsés politetrafluoretilént, platinacsoportbeli szemcsés nemesfémet (így például platinakormot), grafitot és Pt, Pt—ír, Pt—Ru, Pt—Ni, Pt—Pd, Pt—Au, továbbá Ru, ír, Ti, Ta, stb. redukált és termikusán stabilizált oxidjaiból egyet vagy többet tartalmaz. A katódfelületre vonatkoztatva a nemesfém mennyisége előnyösen 0,4—4 mg/cm2. A 13 katód felülete szoros kapcsolatban van a 12 membrán felületével rögzítés és/ vagy a membránba való beágyazás útján A 13 katód meglehetősen vékony, azaz 0,05—0,075 mm vagy akár még ennél is vékonyabb, például elő5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 7
