PL174167B1 - Elektroda do komory elektrolitycznej - Google Patents

Abstract

1. Elektroda do komory elektrolitycznej, za- wierajaca czesc ramowa, która tworzy otwór srod- kowy zamkniety przez rozmieszczone pionowo listewki, które razem tworza pierwsza plyte elektro- dy i sa przymocowane do czesci górnej i dolnej jednej strony ramy oraz przez rozmieszczone pio- nowo drugie listewki, które razem tworza pierwsza plyte elektrody i sa przymocowane do czesci górnej i dolnej drugiej strony ramy, przy czym kazda z pionowo rozmieszczonych listewek ma aktywna powierzchnie elektrodowa na swej zewnetrznej po- wierzchni, jest równolegla i odsunieta od plaszczy- zny ramy, znamienna tym, ze w otworze srodkowym (3) ramy (2), pomiedzy rozmieszczonymi pionowo listewkami (4) i drugimi listewkami (5), rozmieszczone sa dwie przegrodowe plyty (13, 14), które sa odsuniete od zewnetrznej powierzchni (11) listewek i wza- jemnie od siebie oraz stykaja sie z przeciwlegla powierzchnia (12) listewek, przy czym co najmniej jedna z plyt przegrodowych jest zaopatrzona w dys- tansowe wystepy (15), które stykaja sie z powierz- chnia czolowa drugiej plyty przegrodowej. Fig. 1 PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest elektroda do komory elektrolitycznej, zwłaszcza do komory elektrolitycznej zaopatrzonej w środki recyrkulacji cieczy.

Obecnie przeprowadza się na wielką skalę elektrolizę elektrolitów, na przykład wodnych roztworów chlorków metali alkalicznych, zwłaszcza chlorku sodu, w celu wytwarzania produktów takich jak chlor i roztwory wodorotlenków metali alkalicznych. Elektroliza zazwyczaj odbywa się w komorze elektrOlitycznej zawierającej wiele anod i katod, przy czym każda anoda jest oddzielona od sąsiadującej z nią katody za pomocą separatora, który dzieli komorę elektrolityczną na wiele przedziałów anodowych i katodowych.

Komora elektrolityczna jest typu przeponowego, lub membranowego. W komorze typu przeponowego separatory znajdujące się między sąsiednimi anodami i katodami są mikroporowate i podczas eksploatacji wodny elektrolit przenika przez przeponę z przedziałów anodowych do katodowych komórki. W komorze typu membranowego separatory są w zasadzie nieprzepuszczalne dla płynów, a przy eksploatacji, przez membranę między przedziałami anodowymi i katodowymi komórki, przenikają substancje jonowe.

Na przykład, przy elektrolizie wodnego roztworu chlorku metalu alkalicznego w komorze elektrolitycznej typu przeponowego, roztwór załadowywany jest do przedziałów anodowych komory, a chlor powstający podczas elektrolizy jest usuwany z przedziałów anodowych komory. Roztwór chlorku metalu alkalicznego przechodzi przez przepony, a wodór i wodorotlenek metalu alkalicznego wytwarzany w elektrolizie usuwane są z przedziałów katodowych. Wodorotlenek metalu alkalicznego usuwany jest w postaci wodnego roztworu chlorku metalu alkalicznego i wodorotlenku metalu alkalicznego. Przy elektrolizie wodnego roztworu chlorku metalu alkalicznego, w komorze elektrolitycznej typu przeponowego, roztwór załodowywany jest do przedziałów anodowych komórki, a powstający podczas elektrolizy chlor i zubożony roztwór chlorku metalu alkalicznego, usuwane są z przedziałów anodowych. Jony metalu alkalicznego przenoszone są przez przepony do przedziałów katodowych komory, do których są załadowywane woda i rozcieńczony roztwór chlorku metalu alkalicznego, a wodór i roztwór wodorotlenku metalu alkalicznego powstające w wyniku reakcji jonów metalu alkalicznego z wodą, usuwane są z przedziałów katodowych komory.

Elektroliza odbywa się w komorze elektrolitycznej typu prasy filtracyjnej', która składa się z większej ilości ułożonych na przemian anod i katod, na przykład pięćdziesięciu anod ułożonych na przemian z pięćdziesięcioma katodami, jednak może ona zawierać jeszcze więcej, na przykład do stu pięćdziesięciu umieszczonych na przemian anod i katod.

Komora elektrolityczna jest zaopatrzona w głowicę dopływową, przez którą do przedziałów anodowych komory, jest załadowywany na przykład wodny roztwór chlorku metalu alkalicznego, oraz w głowicę odpływową, przez którą są z nich usuwane produkty elektrolizy. Komora elektrolityczna jest zaopatrzona również w głowicę odpływową do usuwania produktów elektrolizy z przedziałów katodowych komory oraz w przypadku komory typu przeponowego, w głowicę dopływową, przez którą jest do niej załadowywana ciecz, na przykład woda lub inny płyn.

Komory elektrolityczne są zaopatrzone w środki recyrkulacji cieczy w przedziałach anodowych i/lub katodowych komory. Na przykład w komorze elektrolitycznej typu przeponowego, w której elektrolizie poddawany jest wodny roztwór chlorku metalu alkalicznego i w której roztwór załadowywany jest do przedziałów anodowych komory przez głowicę dopływową, a chlor i zubożony wodny roztwór chlorku metalu alkalicznego usuwane są z niej przez głowicę odpływową, komora elektrolityczna może być wyposażona w środki do usuwania zubożonego wodnego roztworu chlorku metalu alkalicznego z przedziałów anodowych i recyrkulacji roztworu zubożonego lub jego części na powrót do przedziałów anodowych komory, w celu ponownego w niej wykorzystania. Przed recyrkulacją oddziela się chlor gazowy od zubożonego roztworu chlorku metalu alkalicznego, a zubożony roztwór jest mieszany z chlorkiem metalu alkalicznego lub ze świeżym, bardziej stężonym wodnym roztworem chlorku metalu alkalicznego, przed recyrkulacją do przedziałów anodowych.

Recyrkulacja wodnego roztworu chlorku metalu alkalicznego umożliwia ponowne wykorzystanie roztworu i zapewnia duży stopień przetworzenia chlorku metalu alkalicznego, bez tak silnej konwersji w pojedynczym przejściu przez przedziały anodowe, która spowodowałaby powstanie niedopuszczalnych gradientów stężenia w roztworze oraz między roztworami w różnych przedziałach anodowych komory, co związane byłoby ze stratą sprawności prądowej. Ponadto roztwór usuwany z komory ma temperaturę wysoką, podczas gdy świeży elektrolit ma temperaturę stosunkowo niską. Zatem może okazać się niezbędne podgrzewanie świeżego roztworu.

Komora elektrolityczna jest wyposażona w podobne środki, za pomocą których wodny roztwór chlorku metalu alkalicznego usuwany jest z przedziałów katodowych, a roztwór lub jego część, zawracany jest do przedziałów katodowych.

Υ7 167

Komora elektrolityczna zaopatrzona jest w środki recyrkulacji, za pomocą których roztwory są poddawane recyrkulacji wewnątrz przedziałów anodowych i katodowych komory, zamiast ich usuwania z przedziałów i zawracania do nich. Takie środki recyrkulacji wewnętrznej są szczególnie użyteczne do usunięcia gradientów stężenia roztworów w przedziałach anodowych i katodowych komory, co z kolei daje poprawę sprawności prądowej elektrolizy.

Usuwanie roztworu z przedziałów anodowych i katodowych oraz zawracanie go ponownie do przedziałów, zazwyczaj odbywa się za pomocą odpowiedniego układu przewodów, znajdującego się na zewnątrz komory elektrolitycznej. Na przykład, głowica odpływowa z przedziałów anodowych lub katodowych komory dołączona jest do rozgałęzionego przewodu odpływowego, a część zubożonego roztworu usuwanego z przedziałów uchodzi przewodem odgałęziającym do przewodu dopływowego, który z kolei dołączony jest do głowicy dopływowej przedziałów anodowych lub katodowych komory, z którą doprowadzany jest do przedziałów komory również świeży roztwór. Część roztworu z przedziałów anodowych i katodowych komory elektrolitycznej jest usuwana z komory przewodem odgałęzionym.

Komorę elektrolityczną zaopatrzoną w układ przewodów znajdujący się na zewnątrz komory, przez który odbywa się recyrkulacja roztworu, przedstawiono w opisie patentowym USA 3856651. Sprawność układu recyrkulacji zależy od efektu wyporu gazowego, a we wspomnianym opisie patentowym przedstawiono komorę dwubiegunową ze znajdującym się na jej szczycie pojemnikiem, do którego dochodzi z przedziałów anodowych komory, zawierający chlor, wodny roztwór chlorku sodu. Chlor w pojemniku oddzielany jest od roztworu, a roztwór usuwany jest ze zbiornika i mieszany ze świeżym, bardziej stężonym roztworem chlorku sodu, i zawracany do przedziałów anodowych komory za pośrednictwem znajdującego się na zewnątrz przewodu.

Recyrkulacja roztworu odbywa się również wewnątrz przedziałów anodowych i katodowych komory elektrolitycznej. Recyrkulacja odbywa się przy użyciu przewodów opadowych znajdujących się w przedziałach komory, na przykład przewodu opadowego znajdującego się między dwiema płytami elektrodowymi w przedziale elektrodowym komory. Efektywność takiej recyrkulacji również zależy od efektu wyporowego gazu.

W opisie patentowym USA 4557816 przedstawiono komorę elektrolityczną z recyrkulacją wewnętrzną. W tym opisie patentowym opisano kanał umożliwiający przepływ elektrolitu ku dołowi, który znajduje się w przestrzeni z tyłu elektrody, przy czym kanał składa się z części poziomej, zaopatrzonej w dolny otwór, w pobliżu miejsca dopływu świeżego elektrolitu, oraz część pionową łączącą się z częścią poziomą i zaopatrzoną w otwór górny w pobliżu miejsca odpływu elektrolitu zubożonego.

Elektroda według wynalazku, przeznaczona do komory elektrolitycznej, zawiera część ramową, która tworzy otwór środkowy zamknięty przez rozmieszczone pionowo listewki, które razem tworzą pierwszą płytę elektrody i są przymocowane do części górnej i dolnej jednej strony ramy oraz przez rozmieszczone pionowo drugie listewki, które razem tworzą pierwszą płytę elektrody i są przymocowane do części górnej i dolnej drugiej strony ramy. Każda z pionowo rozmieszczonych listewek ma aktywną powierzchnię elektrodową na swej zewnętrznej powierzchni, jest równoległa i odsunięta od płaszczyzny ramy. Elektroda tego rodzaju charakteryzuje się tym, że w otworze środkowym ramy, pomiędzy rozmieszczonymi pionowo listewkami i drugimi listewkami, rozmieszczone są dwie przegrodowe płyty, które są odsunięte od zewnętrznej powierzchni listewek i wzajemnie od siebie oraz znajdują się w styku z przeciwległą powierzchnią listewek. Co najmniej jedna z płyt przegrodowych jest zaopatrzona w dystansowe występy, które stykają się z powierzchnią czołową drugiej płyty przegrodowej.

Korzystnym jest, że zewnętrzna powierzchnia każdej listewki jest wypukła, a przeciwległa wewnętrzna powierzchnia listewki jest wklęsła. Przegrodowe płyty stykają się z wklęsłymi powierzchniami listewek. Płyta przegrodowa wykonana jest z organicznego materiału fluoropolimerowego zawierającego fluor. Aktywna powierzchnia elektrodowa zewnętrznej powierzchni listewek zaopatrzona jest w pokrycie aktywne elektrokatalitycznie. Pokrycie aktywne elektrokatalitycznie elektrody stanowiącej anodę jest utworzone z mieszaniny tlenku metalu z grupy platynowców i metalu tworzącego cienkie warstwy. W korzystnym rozwiązaniu, pokrycie aktywne elektrokatalitycznie elektrody stanowiącej katodę jest utworzone z metalu z grupy platynowców.

W rozwiązaniu według wynalazku wykorzystuje się recyrkulację roztworu wewnątrz przedziałów anodowych lub katodowych komórki elektrolitycznej, dla ułatwienia eliminacji gradientów stężenia w roztworze i dla zwiększenia sprawności prądowej. Zgodnie z wynalazkiem, wykorzystuje się element recyrkulacyjny o bardzo prostej konstrukcji, łatwy do zainstalowania w komorze elektrolitycznej i nadający się do wykorzystania w znanej komorze elektrolitycznej typu prasy filtracyjnej, w której przedziały anodowe i katodowe są zwykle wąskie, i w której trudne, lub przynajmniej bardzo niewygodne jest instalowanie środków recyrkulacyjnych, które stanowią kanały lub układy przewodów. Zaleta wynalazku polega na tym, że komora zawierająca elektrodę może pracować z zakwaszoną solanką.

Zgodnie z wynalazkiem, elektroda komory elektrolitycznej składa się z pierwszej płyty z aktywną powierzchnią elektrodową, drugiej płyty zwróconej w stronę pierwszej płyty, i umieszczonej w pewnej od niej odległości, oraz przynajmniej jednej płyty przegrodowej umieszczonej między płytami, pierwszą i drugą oraz odsuniętej od aktywnej powierzchni elektrodowej pierwszej płyty i od zwróconej do niej powierzchni drugiej płyty. Komora elektrolityczna składa się z przynajmniej jednej anody i przynajmniej jednej katody oraz separatora umieszczonego między anodą i sąsiadującą z nią katodą, dla podziału komory na oddzielne przedziały, anodowy i katodowy, lub na wiele takich przedziałów.

W przypadku elektrody według wynalazku, zainstalowanej w komorze elektrolitycznej, recyrkulacja roztworu odbywa się wewnątrz przedziału elektrodowego komory, w wyniku występowania efektu wyporu gazu. Tak więc na aktywnej powierzchni pierwszej płyty wydziela się gaz, następuje jego unoszenie się w przestrzeni między pierwszą płytą i płytą przegrodową, do szczytu przedziału elektrodowego, z równoczesnym przenoszeniem roztworu. Roztwór następnie opada w przestrzeni między płytą przegrodową i drugą płytą do dna przedziału elektrodowego, a następnie znowu jest unoszony w wyniku efektu wyporu gazu wydzielanego na aktywnej powierzchni elektrody.

Elektroda według wynalazku ma konstrukcję prostą na tyle, że istnieje możliwość zmodyfikowania dotychczas znanej elektrody istniejącej, po prostu przez wprowadzenie do niej jednej lub więcej płyt przegrodowych, które są stosunkowo cienkie. W szczególności możliwe jest zastosowanie elektrod w komorze typu prasy filtracyjnej, w której elektrody i przedziały elektrodowe mogą być stosunkowo wąskie. Taki sposób recyrkulacji nie wymaga stosowania przewodów, ani kanałów wewnątrz elektrody.

Płyta przegrodowa styka się korzystnie z pierwszą płytą, z aktywną powierzchnią elektrodową, przy czym płyta przegrodowa jest odsunięta na pewną odległość od przynajmniej części aktywnej powierzchni elektrodowej pierwszej płyty, przy czym ta odległość określa przestrzeń, przez którą gaz wraz z cieczą może unosić się wewnątrz pracującej komórki elektrolitycznej. Pierwsza płyta jest korzystnie zaopatrzona w aktywną powierzchnię elektrodową po jednej stronie, a płyta przegrodowa pozostaje w styku z przeciwległą stroną pierwszej płyty, przy czym ta strona nie jest aktywną powierzchnią elektrodową.

Elektroda korzystnie składa się z pierwszej płyty, z aktywną powierzchnią elektrodową i drugiej płyty elektrycznie połączonej z pierwszą, lecz nie zaopatrzonej w aktywną powierzchnię elektrodową. W takim przypadku między dwoma płytami może być umieszczona pojedyncza płyta przegrodowa, odsunięta od aktywnej powierzchni elektrodowej pierwszej płyty i zwróconej do niej powierzchni drugiej płyty.

1.74 167

W innym przypadku elektroda składa się z dwóch płyt połączonych elektrycznie i pozostających w pewnym odstępie od siebie, przy czym każda zaopatrzona jest w aktywną powierzchnię elektrodową. Aktywne powierzchnie elektrodowe są korzystnie zwrócone na zewnątrz. W tym przypadku, między płytami zaopatrzonymi w aktywne powierzchnie elektrodowe, umieszczone są dwie płyty przegrodowe, umieszczone w pewnej odległości od nich, przy czym płyty przegrodowe również znajdują się w pewnej odległości od siebie. Po zainstalowaniu elektrody w komorze elektrolitycznej, gaz wydzielający się na aktywnej powierzchni elektrody jest wypierany do góry unosząc roztwór do szczytu przedziału elektrodowego, po czym roztwór opada przestrzenią między dwiema płytami przegrodowymi do dna przedziału elektrodowego, skąd unoszony jest ponownie.

W elektrodzie różne płyty rozstawione są w pewnej odległości od siebie. Dla zapewnienia niezbędnych odstępów między poszczególnymi płytami stosuje się dowolne dogodne środki dystansowe, na przykład odpowiednio ukształtowane odstępniki. Różne płyty elektrody, to znaczy płyty pierwsza i druga oraz przynajmniej jedna płyta przegrodowa, są zazwyczaj równoległe względem siebie i są w zasadzie płaskie, lub przynajmniej leżą w określonej płaszczyźnie.

Dla pożądanej recyrkulacji roztworu, po zainstalowaniu elektrody w roboczej komorze elektrolitycznej, płyta, lub płyty przegrodowe, są tak umieszczone wewnątrz elektrody, że wewnątrz niej, powyżej wierzchołka płyty przegrodowej powstają przestrzenie, przez które następuje przepływ roztworu podczas jego recyrkulacji. Wysokość płyty przegrodowej, może na przykład wynosić przynajmniej 50% Iub nawet 90% wysokości elektrody, bądź przynajmniej tej części elektrody, w której umieszczona jest płyta przegrodowa.

Płyta przegrodowa rozpościera się w zasadzie na powierzchni całej elektrody, jednak nie jest to konieczne. Na przykład długość płyty przegrodowej może wynosić 10% długości pierwszej płyty zaopatrzonej w aktywną powierzchnię elektrodową, a korzystnie, przynajmniej 50%. Grubość płyty przegrodowej może być różna i zależy od odległości między płytami elektrody. Dla przykładu, grubość płyty przegrodowej wynosi przynajmniej 10% odległości między płytami elektrody. W elektrodzie składającej się z dwóch płyt połączonych elektrycznie i rozstawionych w określonej odległości od siebie, z których każda zaopatrzona jest w aktywną powierzchnię elektrodową, oraz dwóch umieszczonych między nimi płyt przegrodowych, grubość płyt przegrodowych, może wynosić łącznie na przykład 10% odległości między tymi płytami z aktywnymi powierzchniami elektrodowymi.

Płyta przegrodowa ma w zasadzie konstrukcję pełną, co zabiega przepływowi roztworu poprzecznie przez elektrodę. Jednak może ona być skonstruowana tak, aby możliwy był pewien przepływ poprzeczny płynu.

Materiał konstrukcji płyty przegrodowej zależy od rodzaju poddawanego elektrolizie w komorze roztworu. Płyta przegrodowa może być wykonana z materiału metalicznego, lub z organicznego materiału plastycznego. Na przykład, jeżeli elektroda ma być instalowana w komorze elektrolitycznej do elektrolizy wodnego roztworu chlorku metalu alkalicznego w celu wytwarzania chloru i wodnego roztworu wodorotlenku metalu alkalicznego, to korzystne jest stosowanie organicznych materiałów polimerowych, na przykład policzterofluoroetylenu, czterofluoroetylenu - kopolimeru sześciofiuoropropylenu, Iub fluorowego kopolimeru etylenowopropylenowego. Z łatwością można dobrać inne odpowiednie do tego materiały konstrukcyjne, jeżeli znane są właściwości materiału przeznaczonego do elektrolizy. Na przykład płyta przegrodowa może być wykonana z metalu lub stopu nadającego się do wytwarzania folii, na przykład z tytanu lub jego stopu, oraz może mieć pokrycie z materiału aktywnego elektrokatalitycznie, na przykład metalu z grupy platynowców, lub jego tlenku.

Sama elektroda, to znaczy elektroda bez płyty przegrodowej, może mieć różną konstrukcję. Na przykład pierwsza płyta z aktywną powierzchnią elektrodową może

174 167

Ί mieć postać siatki, tkanej lub nietkanej, lub może mieć postać wielu podłużnych elementów, na przykład pasów, rozstawionych w pewnych odstępach od siebie, i leżących w jednej płaszczyźnie i w przybliżeniu równoległych względem siebie. Podłużne elementy mogą być końcami zamocowane do elementu wsporczego, na przykład elementu w postaci ramy.

Pierwsza płyta, bądź płyty elektrody mogą być wklęsłe, to znaczy mogą znajdować się w płaszczyźnie w zasadzie równoległej, lecz przemieszczonej względem płaszczyzny elementu wsporczego.

Charakter materiału konstrukcyjnego elektrody zależy od tego, czy ma ona być wykorzystywana jako anoda, czy katoda, oraz od charakteru roztworu przeznaczonego do elektrolizy. Na przykład, kiedy roztwór przeznaczony do elektrolizy jest wodnym roztworem chlorku metalu alkalicznego, to materiałem odpowiednim do zastosowania w charakterze anody jest kształtowany w postaci folii metal Iub stop, na przykład tytan, tantal, cyrkon, niob Iub hafn. Materiałem odpowiednim do zastosowania w charakterze katody jest stal Iub nikiel.

Aktywna powierzchnia elektrody może być zaopatrzona w odpowiednie pokrycie aktywne elektrokatalitycznie, przynajmniej na części powierzchni pierwszej płyty.

Odpowiednie pokrycie aktywne elektrokatalitycznie nakładane na powierzchnie anod i/lub katod zawiera, w przypadku anod, tlenek metalu grupy platynowców, korzystnie w postaci domieszki metalu tworzącego folie, zwłaszcza mieszaniny w postaci roztworu stałego, a w przypadku katod, metal z grupy platynowców. Takie pokrycia i sposoby ich nanoszenia są znane.

Komora elektrolityczna może być zaopatrzona w głowicę dopływową, przez którą można załadowywać roztwór do przedziału anodowego komórki elektrolitycznej, w głowicę odpływową, przez którą produkty elektrolizy można usuwać z przedziału anodowego komórki elektrolitycznej, w głowicę dopływową, przez którą roztwór może być załadowywany do przedziału katodowego komory elektrolitycznej oraz w głowicę odpływową, przez którą produkty elektrolizy mogą być usuwane z przedziału katodowego komory elektrolitycznej.

Głowice mogą być zaopatrzone w otwory w płytach elektrodowych, na przykład w ich częściach ramowych, które wraz z podobnie rozmieszczonymi otworami w uszczelkach komory elektrolitycznej tworzą wzdłużne przedziały służące za głowice.

Korzystne jest, jeżeli komora elektrolityczna jest typu prasy filtracyjnej, a w korzystnym ukształtowaniu komora elektrolityczna tego typu zawiera wiele anod i katod oraz uszczelek z materiału nie przewodzącego elektrycznie.

Jeżeli separator w komorze elektrolitycznej ma być przeponą przenikalną dla cieczy, to może on być wykonany z porowatego organicznego materiału polimerowego. Korzystnym polimerowym materiałem organicznym są polimery zawierające fluor, ze względu na ogólnie stabilne właściwości takich materiałów w środowisku korozyjnym, na przykład w elektrolitycznych komorach chloroalkalicznych. Odpowiednie materiały polimerowe zawierające fluor obejmują na przykład chloro-trójfluoropolietylen, fluorowy kopolimer etylenowopropylenowy, oraz sześciofluoropropylen. Korzystnym materiałem zawierającym fluor jest czterofluoropolietylen ze względu na jego dużą stabilność w korozyjnym chloroalkalicznym środowisku komory elektrolitycznej. Tego rodzaju przenikalne dla cieczy materiały przeponowe są znane.

Korzystne jest zastosowanie separatorów jonowymiennych mających właściwość przepuszczania substancji jonowych między przedziałem anodowym i katodowym komory elektrolitycznej, które są przepuszczalne jonoselektywnie. Takie materiały jonowymienne są znane i mogą to być na przykład materiały polimerowe zawierające fluor, korzystnie materiały nadfluoropolimerowe, zawierające grupy anionowe, na przykład grupę karboksylową, sulfonową Iub fosforową.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia elektrodę według wynalazku w widoku z przodu, fig. 2 - przekrój wzdłuż linii A-A z fig. 1, w widoku od końca, w zmniejszeniu, a fig. 3 przedstawia widok z góry części elektrody według wynalazku.

Na fig. 1 do 3 przedstawiono elektrodę 1 zawierającą część ramową 2, która tworzy otwór środkowy 3 zamknięty mostkowo przez wiele rozmieszczonych pionowo listewek 4 przymocowanych pionowo do części górnej i dolnej ramy 2, które są równoległe i odsunięte na pewną odległość od płaszczyzny ramy 2. Listewki rozmieszczone są po obu stronach ramy 2. Listewki są rozmieszczone tak, że listewka 4 po jednej stronie ramy 2 znajduje się naprzeciwko szczeliny między dwiema sąsiednimi listewkami 5 po drugiej stronie ramy 2.

Elektroda 1 ma występ 6, na którym może być zamocowane odpowiednie połączenie elektryczne. Kiedy zachodzi potrzeba użycia elektrody 1 w charakterze anody, występ 6 zwykle znajduje się na lewej krawędzi ramy 2, a kiedy elektroda 1 ma być wykorzystana jako katoda, występ 6 zwykle znajduje się na przeciwległej krawędzi ramy

2. Rama 2 zaopatrzona jest w dwa otwory 7, 8, znajdujące się po jednej stronie otworu środkowego 3, oraz w dwa otwory 9, 10 umieszczone po przeciwnej stronie otworu środkowego 3. Przy instalowaniu elektrody w komorze elektrolitycznej, te otwory stanowią część przedziałów biegnących wzdłuż komory, przez którą można załadować roztwory, doprowadzając elektrolit do przedziałów, anodowego i katodowego komory, i przez które można usunąć produkty elektrolizy z przedziałów komory, anodowej i katodowej. Metal elektrody powinien być dobrany, zależnie od tego, czy ma być wykorzystywany w charakterze anody, czy katody, oraz od rodzaju elektrolitu przeznaczonego do stosowania w komorze elektrolitycznej. W przypadku elektrolizy wodnego roztworu chlorku metalu alkalicznego, korzystne jest wykonanie elektrody wykorzystywanej jako anoda z tytanu, a elektrody wykorzystywanej jako katoda - z niklu.

Listewki 4 i 5 elektrody zwykle mają powierzchnie wypukłe 11 i powierzchnie wklęsłe 12, a kiedy są wykorzystywane w charakterze anody, to powierzchnie wypukłe listewek zaopatrzone są korzystnie w pokrycie z materiału aktywnego elektrokatalitycznie. ·

Elektroda 1 zawiera również dwie płyty 13, 14 umieszczone w otworze środkowym 3 elektrody, między jej listewkami 4, 5; Płyty 13, 14 są względem siebie równoległe i rozstawione są na pewną odległość, za pomocą występów 15, na jednej z płyt 13, stykających się z powierzchnią drugiej płyty 14. Płyty 13, 14 rozciągają się w zasadzie na całej szerokości otworu 3 elektrody 1. Jednak płyty 13, 14 są rozmieszczone tak, że występuje pewna wolna przestrzeń między szczytami płyt i dolną częścią ramy 2 oraz pewna przestrzeń między dolnymi końcami płyt i dolną częścią ramy 2. Płyty 13, 14 znajdują się w styku z tylnymi wypukłymi stronami listewek odpowiednio 4, 5, przy czym tak rozstawione płyty odsunięte są nieco od wypukłej aktywnej powierzchni elektrodowej listewek elektrody.

W wykonaniu przedstawionym na fig. 1 - 3 listewki 4 razem stanowią pierwszą płytę elektrody według wynalazku, płyta 14 stanowi drugą płytę, a płyta 13 stanowi płytę przegradzającą, odsuniętą od elektrody aktywnej pierwszej płyty i od zwróconej do niej powierzchni drugiej płyty.

W konkretnym przykładzie, płyty 13 i 14 wykonane są z fluoorowego polimeru polietylenowo-propylenowego, przy czym elektrody są przeznaczone do wykorzystania w komorze do elektrolizy wodnego roztworu chlorku metalu alkalicznego.

Przy pracy komory elektrolitycznej elektrolit załadowywany jest do przedziałów anodowych komórki, ciecz załadowywana jest do przedziałów katodowych, a produkty elektrolizy usuwane są z przedziałów anodowego i katodowego komórki.

Każda z anod i katod zaopatrzona jest w dwie, rozmieszczone w pewnej odległości płyty przegradzające przedstawione na fig. 1 - 3, a przy pracy komory elektrolitycznej powoduje się unoszenie elektrolitu w wyniku efektu wyporu gazu w przestrzeni między płytami przegrodowymi 13 i aktywną powierzchnią elektrodową listewek 4 oraz w przestrzeni między płytą przegrodową 14 i aktywną powierzchnią elektrodową listewek 5.

174 167

Elektrolit następnie przechodzi w dół, od szczytu przedziału elektrodowego, przestrzenią między płytami przegrodowymi 13, 14. Zachodzi zatem ciągła cyrkulacja elektrolitu w przedziałach elektrodowych, co powoduje bardzo skuteczne mieszanie elektrolitu.

Przedmiot wynalazku zostanie ponadto zilustrowany następującymi przykładami.

Przykład 1. Wodny roztwór chlorku sodu (200 g/l) poddano elektrolizie w komorze elektrolitycznej opisanej w odniesieniu do fig. 1 - 3, w której anoda zaopatrzona była w płyty przegrodowe 13, 14, wykonane z fluorowego kopolimeru etylenowo-propylenowego, w której membrany kationowymienne były typu kwasu czterofluorosulfonowego, i w której listewki anody pokryte były roztworem stałym RuO2 i TiO2. Elektrolit miał temperaturę 87°C, a elektroliza odbywała się przy gęstości prądu anodowego wynoszącej 3 kA/m2

W procesie elektrolizy produkowano 32% wag. wodny roztwór wodorotlenku sodu, przy wydajności prądowej wynoszącej 94,5%.

W badaniu porównawczym, elektroliza odbywała się w komorze elektrolitycznej nie wyposażonej w płyty przegrodowe 13, 14. Wytwarzano 32% wag. wodny roztwór wodorotlenku sodu, ze sprawnością prądową 93%.

Przykład 2. Powtórzono proces z przykładu 1, z tą różnicą, że katoda, jak również anoda, zostały wyposażone w płyty przegrodowe 13 i 14.

W procesie elektrolizy produkowano 32% wag. wodny roztwór wodorotlenku sodu, przy sprawności prądowej wynoszącej 95,5%.

174 167

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Elektroda do komory elektrolitycznej, zawierająca część ramową, która tworzy otwór środkowy zamknięty przez rozmieszczone pionowo listewki, które razem tworzą pierwszą płytę elektrody i są przymocowane do części górnej i dolnej jednej strony ramy oraz przez rozmieszczone pionowo drugie listewki, które razem tworzą pierwszą płytę elektrody i są przymocowane do części górnej i dolnej drugiej strony ramy, przy czym każda z pionowo rozmieszczonych listewek ma aktywną powierzchnię elektrodową na swej zewnętrznej powierzchni, jest równoległa i odsunięta od płaszczyzny ramy, znamienna tym, że w otworze środkowym (3) ramy (2), pomiędzy rozmieszczonymi pionowo listewkami (4) i drugimi listewkami (5), rozmieszczone są dwie przegrodowe płyty (13, 14), które są odsunięte od zewnętrznej powierzchni (11) listewek i wzajemnie od siebie oraz stykają się z przeciwległą powierzchnią (12) listewek, przy czym co najmniej jedna z płyt przegrodowych jest zaopatrzona w dystansowe występy (15), które stykają się z powierzchnią czołową drugiej płyty przegrodowej.
2. 2. Elektroda według zastrz. 1, znamienna tym, że zewnętrzna powierzchnia (11) każdej listewki jest wypukła, a przeciwległa wewnętrzna powierzchnia (12) listewki jest wklęsła.
3. 3. Elektroda według zastrz. 2, znamienna tym, że przegrodowe płyty stykają się z wklęsłymi powierzchniami (12) listewek.
4. 4. Elektroda według zastrz. 1, znamienna tym, że płyta przegrodowa (13, 14) wykonana jest z organicznego materiału fluoropolimerowego zawierającego fluor.
5. 5. Elektroda według zastrz. 1, znamienna tym, że aktywna powierzchnia elektrodowa zewnętrznej powierzchni (11) listewek zaopatrzona jest w pokrycie aktywne elektrokatalitycznie.
6. 6. Elektroda według zastrz. 5, znamienna tym, że pokrycie aktywne elektrokatalitycznie elektrody stanowiącej anodę jest utworzone z mieszaniny tlenku metalu z grupy platynowców i metalu tworzącego cienkie warstwy.
7. 7. Elektroda według zastrz. 5, znamienna tym, że pokrycie aktywne elektrokatalitycznie elektrody stanowiącej katodę jest utworzone z metalu z grupy platynowców.