CH268529A - Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffsuperoxyd. - Google Patents

Description

  Verfahren zur Herstellung von     Wasserstoffsuperoxyd.       Die     Erfindung    betrifft ein Verfahren zur       Herstellung-    von     Wasserstoffsuperoxyd.     



  Die     Herstellung    von     Wasserstof'fsupei@oxyd          wurde    bisher mit Hilfe des elektrischen Stro  mes derart durchgeführt, dass man die Fähig  keit der Schwefelsäure bzw. Sulfate benutzte,  hei Elektrolysen mit hohen     anodiselien    Strom  dichten zu     Persehwefelsä        ure    bzw.     Persulfaten          aufoxydiert    zu werden.

   Ans diesen Verbin  dungen lassen sieh, gegebenenfalls über inter  mediär gebildete     Caroselie    Säure, im sauren       Medium    und hei höheren Temperaturen,     Was-          sei-stoffsuperoxyddäinpfe    abspalten, die in  einer Vakuumdestillation unter teilweiser Ab  trennung der mitgeführten Wasserdämpfe mit  den Mitteln der fraktionierten Kondensation       niedergeselilagen    und als konzentrierte reine       Lösung        -ewonnen    werden.

   Diese Verfahren  arbeiten mit einem     beträelitliehen    Aufwand an  elektrischer Energie, und zwar deshalb, weil  die     Elektrolysezellen    der notwendigen Dia  phragmen und der hohen Stromdichten wegen  eine sehr     betrüelitliehe    Arbeitsspannung       (durehsehnittlieh    6 bis 7 Volt) erreichen und  die Stromausbeuten     (clurehsehnittlieli    60 bis       751/o)    wegen der gleichzeitigen     anodisehen    Ent  wicklung von Sauerstoff und andern Neben  reaktionen die theoretischen Höchstwerte nicht  annähernd erreichen können;

   so beträgt der  Energieaufwand, bezogen auf 1 kg     100prozen-          tiges        H\,Oz,    nicht weniger als 15 bis 20     kWh,     also     vergleielisweise    das Fünf- bis     Seebsfaehe     einer     Chloralkalielektrolyse.       Man hat     auelh    vorgeschlagen, das Wasser  stoffsuperoxyd nicht     anodiseh,    sondern     katho-          diseli    herzustellen, und zwar dadurch,

   dass der  bei der Elektrolyse beispielsweise einer ver  dünnten     Schwefelsäurelösung    an der Kathode  entwickelte Wasserstoff in statu nascendi mit  Sauerstoff zur Reaktion     uebraeht    wird, also  dadurch, dass Kathoden aus geeignetem Ma  terial während der Elektrolyse mit dem       anodiseh    entwickelten Sauerstoff in Form  eines Bläschenschleiers bespült werden.

   Aber  da der Sauerstoff in wässerigen Lösungen nur  wenig löslich ist, kann eine solche Reaktion  nur mit, sehr kleinen Stromdichten (etwa  30     Amp./ni2)    durchgeführt werden, also im  Vergleich zu den auf andern Gebieten     dureh-          g-eführten    modernen Intensivelektrolysen (etwa  <B>1000</B> bis     l.500        Amp./m-")    nur mit einem     wirt-          sehaftlieh    ganz untragbar grossen Aufwand  an Zeit und Apparatur.  



  Gemäss der Erfindung erfolgt die     Herstel-          hing    des     Wasserstoffsuperoxydes    dadurch,  dass     elektroly        tiseh    hergestelltes     Kadmiumamal-          ;ram    in fein verteilter Form mit einem sauer  stoffhaltigen Gas und Wasser, gegebenenfalls  in einer wässerigen Lösung, zersetzt und die  hierbei aus dem Amalgam erhaltene     Kad-          miumverbindung    wieder in     Kadmiumamalgam     übergeführt wird.  



  Das erfindungsgemässe Verfahren stellt  einen bedeutenden Fortschritt dar, da man bei  seiner Anwendung auch mit Hilfe des elek  trischen Stromes, jedoch     _    auf indirektem Wege,      Wasserstoffsuperoxyd mit einem     erstaunlich          geringen    Energieaufwand herstellen kann.  



  Nachfolgend sei an Hand von Beispielen  die Erfindung und die verschiedenen Ver  fahrensschritte näher erläutert.  



  In einer schwefelsauren     KadmiLimsulfat-          lösung    wird durch Elektrolyse gegen eine  Quecksilberkathode     Kadmiumamalgam    erzeugt  und dieses, vorteilhaft in der gleichen, durch  die Elektrolyse an Kadmium verarmten Lö  sung, in fein verteilter Form mit Luft oder  Sauerstoff zur Reaktion gebracht.

   Dabei wird  das Amalgam nach der Gleichung       Cd(Hg)    +     0z    +     HZS04    =     CdS04    +     H._0=       unter Bildung-einer äquivalenten Menge Was  serstoffsuperoxyd in     Kadmiumsulfat    zurück  verwandelt, worauf das Wasserstoffsuperoxyd  in bekannter Weise     zusammen    mit Wasser  abgetrieben und konzentriert wird; die erhal  tene     Kadmiumsulfatlösung    kehrt ebenso wie  das Quecksilber in die     ElektrolysestLde    zurück.  



  Für die     Durchführung    der     Kadmiumsul-          fatelektrolyse    können     Amalgamzellen    üblicher  Bauart mit Anoden aus     reinem    oder Silber  haltigem Blei verwendet werden,     lind    zwar  sowohl Vertikal- wie Horizontalzellen.

   Die  Konzentration des Amalgams wird zweckmässig  so niedrig gehalten, dass es bei der herrschen  den Arbeitstemperatur (beispielsweise 70  C)  noch homogen flüssig ist, also beispielsweise       bei    4     %        Cd.        Die        Konzentration        der        Schwefel-          säure    kann hoch sein, ohne dass es zu einer       Mitabseheidung    von Wasserstoff bei der Elek  trolyse oder zu einem Angriff auf das gebil  dete     Kadmiumamalgam    kommen     würde;

      zweck  mässig wird man in der Nähe des     Leitfähig-          keitsoptimLims    arbeiten. Die Konzentration an  Kadmium im Elektrolyten kann zwischen  50 g/1     und    der     Sättigungsgrenze    liegen. Der  entwickelte Sauerstoff kann für sich gewon  nen oder zur Zersetzung des     Kadmiumamal-          gams    verwendet werden. Die Stromausbeute  kann mehr als     961/o,    die Stromdichte bis  1500     Ampere/Quadratmeter    und die     Zellen-          Spannung    etwa 3 Volt betragen.  



  Die     Zersetzung    des Amalgams erfolgt vor  teilhaft in geeigneten     Reaktionsgefässen,    die so    konstruiert     sind,    dass feinverteiltes Amalgam,  die saure     Kadmiumsalzlösung    und Sauerstoff  oder sauerstoffhaltige Gase, ebenfalls in fein  ster Verteilung, aufeinander     einwirken    kön  nen.

   Die Feinverteilung des Amalgams kann  beispielsweise derart erfolgen, dass dieses mit  Hilfe eines schnellaufenden Schleuderbechers  in kleinsten Tröpfchen in die     Kadmiumsalz-          lösungversprüht    wird; die Feinverteilung des  Gases kann mit Hilfe eines schnellaufenden       Rührers    oder durch Einleiten durch poröse  Hohlkörper erfolgen. Die Umsetzungsgeschwin  digkeit ist beim Arbeiten mit. reinem Sauer  stoff grösser als beim Arbeiten mit Luft und  steigt proportional mit dem Druck, so dass  das Arbeiten im     Autoklaven    vorteilhaft ist.

    Ein Verbrauch an Säure tritt im ganzen ge  nommen nicht ein, da die bei der Amalgam  zersetzung verbrauchte Säure im gleichen Aus  mass in der     Elektrolysestufe    wieder nachge  bildet wird. Es ist nicht notwendig, das Amal  gam     vollständig        zu    zersetzen, die     -#Virksam-          keit    des Reaktionsgefässes muss aber doch so  gross sein, dass die gleiche Menge Kadmium  amalgain, die in der gleichen Zeit in der     Elek-          trolysestufe    gebildet wird, hier auch     wieder     in derselben Zeit zerlegt werden kann.

   Zweck  mässig geht man bei dieser Verfahrensstufe       mindestens        auf    3     %        Wasserstoffsuperoxyd.     



  Die Destillation des Wasserstoffsuperoxyds  aus der schwefelsauren     Kadmiumsulfatlösung     kann in der gleichen Weise erfolgen wie bei  den bisher bekannten Verfahren, das heisst  bei einer     Temperatur    von etwa 70  C     und    im  Vakuum aus verbleiten Gefässen; aus den Kon  densatoren werden in der Hauptmenge 30- bis  35prozentige     LösLingen    gewonnen. Im     Destil-          lationsrückstand    wird das verdampfte Wasser  wieder ersetzt, worauf die Lösungen in die       Elektrolysestufe        zurüekkehren.     



  Der Energieverbrauch beträgt 5-7     1z@Vh     pro kg 100prozentiges     Wasserstoffsuperoxyd.     Die genannten Zahlen und Verfahrens  schritte stellen lediglich ein Beispiel für die  zweckmässige praktische     Durchführung    der  Erfindung dar. Es ist durchaus möglich, auch  mit andern Stromstärken, Temperaturen, Kon  zentrationen usw. zu arbeiten.

   Insbesondere      ist es auch möglich, die Zersetzung nicht im  Elektrolyten selbst, sondern in reinem Wasser       durehzuführen,    wobei sieh nach der     Gleiehung          Cd(lIg)    + 02 + 2 L0 =     Cd(OH)2    +     H.0@          Kadmiumhydroxyd    bildet;

   durch Filtration  entsteht eine zwar verdünnte, aber ohne De  stillation gewonnene reine Wasserstoffsuper  oxydiösung, die sofort dem Verbrauch zuge  führt werden kann, sowie ein     Kadmiumhy        dro-          xydsehlamm,    der in dem durch die Elektro  lyse saurer gewordenen Elektrolyten gelöst  werden kann und damit den ursprünglichen  Kadmium- und Säuregehalt desselben wieder  herstellt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung von Wasser stoffsuperoxyd, dadurch gekennzeichnet, dass elektrolytiseh hergestelltes Kadmiumamalgam in fein verteilter Form mit einem sauerstoff haltigen Gas und Wasser zersetzt und die hierbei aus dem, Amalgam erhaltene Kadmium verbindung wieder in Kadmiumamalgam über geführt wird. UNTERANSPRUCH: Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Kadmiumamalgam in einer wässerigen Lösung zersetzt wird.