DE2435185C3 - Elektrolysezelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle, insbesondere zur Herstellung von Hypochloritlösungen durch Elektrolyse von Alkalichloridlösungen, bestehend aus einem Behälter mit Zu- und Ableitung für Strom und Elektrolyt, der durch nichtleitende Trennwände in Zelleneinheiten unterteilt ist, in denen sich durchbrochene horizontal angeordnete Endelektroden und bipolare Mittenelektroden befinden.

Alkalihypochlorite, insbesondere Natriumhypochlorit, wird im großen Umfang zum Bleichen und Desinfizieren, insbesondere zur Abwasserreinigung, angewandt. Um jedoch eine Anlieferung von Hypochloritlösungen zu den jeweiligen Verbraucherstellen, also den Transport von großen Wassermengen, zu vermeiden und um gleichzeitig die mit zunehmender Lagerzeit abnehmende Wirksamkeit von Hypochloritlösungen durch Zersetzung einzuschränken, wäre eine kompakte leistungsfähige Elektrolyseanlage zur Herstellung von Hypochloritlösungen am Verbraucherort anzustreben. Diese muß über lange Zeit betriebsfähig sein und nur einen Minimalaufwand an Wartung erfordern,

Aus der US-PS 15 41 947 1st eine Elektrolyseanlage iur WasserfeinigUng bekannt, in der eine bipolare Elektrode aus einer Aliiminium-Anödenplatte und einer Eisen^Kathodenpiatle Vorliegen, wobei die Elektroden durch eine Isolierschicht getrennt sind. Die Elektroden^ platten und Isolierungen weisen entsprechende Durch' gänge für Schmutzwasser und Reinwasser auf. In dieser bekannten Elektrolysezelle sind die monopolaren Endelektroden Eisen- bzw. Aluminiumplatten. Die Anordnung der Elektrodenplatten innerhalb der Zelle ist zueinander parallel und vertikal. Aus der GB-PS 11 45 751 ist eine filterpressenartige Diaphragma-Elektrolysezelle zur Chloralkalielektrolyse bekannt, wobei jeweils "wischen zwei Diaphragmen eine Verbundelektrode vorgesehen ist. die aus zwei Drahtnetzen und

ίο dazwischen einer nichtleitenden, jedoch durchlässigen Kunststoffschicht aufgebaut ist Die FR-PS 4 68 277 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elektrochemischen Behandlung von Flüssigkeiten und verschiedene Schaltungsarten von parallelen Anoden

rs und Kathoden, wobei die Anoden kammartig zwischen die Kathoden bzw. umgekehrt eingreifen.

Dieser Stand der Technik bezieht sich somit nicht auf kompakte Elektrolysezellen für die Herstellung von Hypochlorit an Ort und Stelle, wo dieses verbraucht werdensoll.

Aufgabe der Erfindung ist eine kompakte Elektrolysezelle zur Herstellung von Hypochlorit an dessen Verwendungsort, welche sich durch lange Betriebszeiten, minimalen Wartungsaufwand und hohe Stromausbeute auszeichnet

Ausgehend von einer Elektrolysezelle aus einem Behälter mit Ίλ>- und Ableitung für Strom und Elektrolyt, der durch nichtleitende Trennwände in Zelleneinheiten unterteilt ist, in denen sich durchbrochene horizontal angeordnete Endelektroden und bipolare Mittenelektroden befinden, ist nun die erfindungsgemäße Elektrolysezelle dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Zelleneinheit eine monopolare Endanode und in einer letzten Zelleneinheit eine monopolare U-förmige Endkathode und in den dazwischenliegenden Zelleneinheiten bipolare Elektroden aus einem durchbrochenen Anodenteil und einem U-förmigen durchbrochenen Kathodenteil, die durch einen Verbindungsteil leitend verbunden sind, wobei die heiden Elektrodentei-Ie der bipolaren Elektroden parallel und im Abstand von Trennwänden angeordnet und durch diese zwei aufeinanderfolgenden Zelleneinheiten zugeordnet sind, in denen jeweils der Kathodenteil den Anodenteil umfaßt und sich das Verbindungsteil zwischen der jeweiligen Kante der Trennwand und der Wand des Behälters befindet. Die bipolaren Elektroden sind bevorzugt ein Streckmetall, insbesondere aus Titan, welches im Bereich des Anodenteils einen elektrokatalytisch wirksames! Überzug aufweist. Der Kathodenteil der bipolaren Elektroden ist vorzugsweise ein durchbrochenes Blech oder ein Netz aus korrosionsbeständigem Stahl. Nickel oder einer Palladium-Titan-Legierung.

Die erfindungsgemäße Elektrolysezelle zeichnet sich durch hohe Stromausbeute, lange kontinuierliche Betriebszeit und leichte Montier- bzw. Demontierbarkeit aus, da die Elektrodenkonstruktion eine wesentliche Vereinfachung des Anschließens und Trennens der Elektroden bewirkt. In der erfindungsgemäßen vertikalen Elektrolysezelle geht die Elektrolytströmung von unten naeh oben durch die gesamte Zelle, so daß jede Zelleneinheit bei Betrieb im Wesentlichen geflutet ist.

Die erfindüngsgemäßen Elektrolysezellen eignen sich besonders zur Hersteilung von Alkalihypochloritlösun* gen, insbesondere solchen Von Natrium und Kalium, mit Konzentrationen im Bereich von 1 bis 20 g/l, ausgehend Von den entsprechenden ÄlkalichloridlösUngen mit einer Konzentration Von 3 bis 100 g/l, Die Probleme mit

der Ansatzbildung an Kathoden bei derartigen Elektrolysevorgängen sind bekannt. Um ein übermäßiges ROckwaschen zu vermeiden, sollte man also in den erfindungsgemäßen Elektrolysezellen möglichst reine Alkalichloridlösungen elektrolysieren. Die Elektrolyse findet zweckmäBigerweise bei 5 bis 50° C und einem pH-Wert in der Größenordnung von 7 bis 10 statt

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen weiter erläutert.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht der Anordnung der Elektroden und der Trennwände und

F j g. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Elektrolysezelle.

Der vertikale Zellerbehälter 1 enthält unten eine Elektrolyt-Zuführung 3 und oben eine Elektrolyt-Abführung 4 und ist in eine Vielzahl von Einheiten durch elektrisch nichtleitende Trennwände 9 unterteilt Werkstoffe für den Behälter und die Trennwände sind z.B.· Polyvinylchlorid, nachchloriertes Polyvinylchlorid und Polymethacrylate. Jede Trennwand 9 ist gegen die Behälterwände abgedichtet Wie i:n folgenden näher erläutert wird, kann man eine Kante von jeder Trennwand mit der Behälterwand auf solche Weise verbinden, um eine bipolare Elektroden-Verbindung zu erreichen. Jede Trennwand 9 muß Elektrolyt von unten nach oben durch alle Einheiten 7 strömen lassen. Dafür sind ein oder mehrere Löcher 11 an den diagonal entgegengesetzten Ecken der Trennwände 9 vorgesehen, um einen gekrümmten Strömungsweg zu ergebei/ und somit eine entsprechende Zirkulierung bei guter Mischung und minimalem Leckstrom sicherzustellen.

In der ersten Zelleneinheit T ist horizontal einp durchbrochene, dimensionsstabile, monopolare End-Anode 13 mit dem Stromanschluß 15 und in der letzten Zelleneinheit 7" eine horizontal angeordnete, durchbrochene, U-förmige, monopolare End-Kathode 17 — getrennt von der Trennwand 9 — mit Stromanschluß 19 angeordnet. Der Strom fließt somit zwischen 15 und 19. Die Polarität der End-Elektroden in den Zelleneinheiten T und 7" kann auch umgekehrt sein. Es ist außerdem nicht erforderlich, daß die ersten und letzten Zelleneinheiten durch zwei Trennwände 9 begrenzt werden, da die erste Trennwand und der Boden des Behälters die erste Zelleneinheit T bzw. die letzte Trennwand 9 und der Behälterdeckel die letzte Zelleneinheit 7" begrenzen können.

Bei den dargestellten Ausführungsformen sind die End-Anode 13 und die End-Kathode 17 mit den Stromanschlüssen 15 und 19 durch leitende Verbindungsteile 33 und 35 um eine Trennwand-Kante verbunden. Eine direkte Verlängerung durch die Behälterwand 29 zu einem äußeren Stromanschluß ist ebenfalls möglich.

Zwischen den End-Elektroden ist mindestens eine bipolare Elektrode in Form eines durchbrochenen blechartigen Anodenteils 21, eines U-förmigen durchbrochenen Kathodenteils 23, der die blechförmige Anode umfaßt, vorgesehen, wobei die Anoden- und Kathodenteile über den Verbindungsteil 25 geschäft sind. Aus den Zeichnungen ist erkennbar, daß der U-förmige Kathodenteil 23 der bipolaren Elektrode in der ersten Zelleneinheit T die End-Anode 13 umfaßt, wobei sowohl die End-Anode als auch Kathodenteil 23 im wesentlichen parallel zu den Trennwänden 9 um die Zelieneinhei: T verlaufen. Kathodenteil 23 ist im Abstand von den Trennwänden 9 angebracht, geeigneterweise mit Hülfe von elektrisch isolierenden Abstandshaltern 27. In der nächsten Zelleneinheit ist der bipolare Anodenteil 21 von einem Kathodenteil 23 der nächsten bipolaren Elektrode umfaßt Beide sind wieder im Abstand und horizontal zu den Trennwänden 9 angeordnet Liegen nur zwei Zelleneinheiten, z. B. 7' und 7", in einer Zelle vor, wird der Anodenteil 21 der bipolaren Elektrode von der U-förmigen End-Kathode 17 umfaßt

Die Anzahl der Zelleneinheiten und somit der bipolaren Elektroden kann nach Wunsch entsprechend den Erfordernissen der Praxis gewählt werden, z. B. 2 bis 25 Zelleneinheiten.

Die Anoden- und Kathodenteile der bipolaren Elektroden sind durch die Verbindungsteile 25 verbunden, die im wesentlichen senkrecht zu den horizontal angeordneten Anoden- und Kath., jenteilen verlaufen, und zwar zwischen der Kante de. Trennwand 9 entgegengesetzt zu der Befestigung der Anoden- und Kathodenteile der Behälterwand 29. Zur flüssigkeitsdichten Abdichtung zwischen der Wand 29 und der Trenr.vand 9 dienen Dichtungen 31, oder es wird der Verbindungsteil 25 in einer Kerbe in der Kante der Trennwand eingelegt

Die bipolaren Elektroden sind meist durchbrochene dimensionsstabile Elektroden, die die Strömung des Elektrolyten und die Gasentwicklung gestatten. Sie sind meist ebene Platten oder Bleche. Der Anodenteil kann aus einem leitenden, widerstandsfähigen Material bestehen und mit einem eiektrokatalytisch wirksamen Oberzug versehen sein, beispielsweise Titanstreckmetall, überzogen mit einem Metall der Platingruppe, dessen Oxid und dgl. Der Kathodenteil besteht beispielsweise auch aus Titan-Streckmetall oder einer Palladium/Titan-Legierung mit 0,2% Pd, einein Lochblech aus korrosionsbeständigem Stahl oder Nickel und gegebenenfalls obigem elektrokatalystischem Oberzug. Der Verbindungsteil kann aus einem beliebigen, leitenden, korrosionsbeständigen Material, insbesondere aus obigen Werkstoffen, bestehen, muß aber nicht eiektrokatalytisch wirksam sein. Die bipolare Elektrode ist vorzugsweise ein Streckmetall (beispielsweise aus Titan) in S-Form und trägt an dem Anodenteil einen eiektrokatalytisch aktiven (beispielsweise aus dem Oxid eines Platinmetalls) Überzug und ist an dem Kathodenteil nicht beschichtet. Andererseits kann die Elektrode insofern unterbrechen sein, daß der Anodenteil aus Streckmetall besteht und stumpf verschweißt ist mit perforierten, korrosionsbeständigen Verbindung- und Ka 'liodenteilen aus Stahl.

Um den Elektroden-Abstand möglichst klein zu halten, beispielsu tise 0,5 bis 2,5 mm, vorzugsweise etwa 0.76 mm, ohne der Gefahr eines Kurzschlusses, werden Abstandshalter angewendet, z. B. aus einem flexiblen Band aus inertsm Polymer, welche in die unterbrochenen Elektroden eingearbeitet sind, ohne die Elektrolyt-Strömung zu behindern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektrolysezelle — insbesondere zur Herstellung von Hypochloritlösungen durch Elektrolyse von Alkalichloridlösungen — bestehend aus einem Behälter mit Zu- und Ableitung für Strom und Elektrolyt, der durch nichtleitende Trennwände in Zelleneinheiten unterteilt ist, in denen sich durchbrochene horizontal angeordnete Endelektroden und bipolare Mittenelektroden befinden, gekennzeichnet durch eine monopolare End-Anode (13) in der ersten Zelleneinheit (7') und eine monopolare U-förmige End-Kathode (17) in der letzten Zelleneinheit (7") und in den dazwischenliegenden Zelleneinheiten bipolare Elektroden aus einem durchbrochenen Anodenteil (21) und einem U-förmigen durchbrochenen Kathodenteil (23), die durch einen Verbindungsteil (25) leitend verbunden sind, wobei die beiden Elektrodenteile (21, 23) der bipolare.¹! Elektroden parallel und im Abstand von den Trennwänden (9) angeordnet und durch diese getrennt zwei aufeinanderfolgenden Zelleneinheiten zugeordnet sind, in denen jeweils der Kathodenteil (23) den Anodenteil (21) umfaßt und sich der Verbindungsteil (25) zwischen der jeweiligen Kante der Trennwand (9) und der Wand des Behälters (1) befindet

2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bipolaren Elektroden ein Streckmetall aus Titan sind, welches im Bereich des Anodente^!'s einen elektrokatalytisch wirksamen Überzug aufweist

3. Elektrolysezelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenteil der bipolaren Elektroden ein durchbrochen s Blech oder ein Netz aus korrosionsbeständigem Stahl, Nickel oder einer Palladium-Titan-Legierung ist.