CH513079A

CH513079A - Verfahren zur Erzeugung von Sauerstoff und Ozon durch Elektrolyse von Wasser sowie Elektrolysierzelle zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: CH513079A
Application number: CH357267A
Authority: CH
Inventors: Pauser Oscar
Original assignee: Pauser Oscar
Priority date: 1965-12-23
Filing date: 1967-03-09
Publication date: 1971-09-30
Also published as: DE1567767A1

Description


  
 



  Verfahren zur Erzeugung von Sauerstoff   und    Ozon durch Elektrolyse von Wasser sowie
Elektrolysierzelle zur Durchführung dieses Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Sauerstoff und Ozon durch Elektrolyse von Wasser, insbesondere von Kochsalz enthaltendem Wasser, mittels einer Elektrolysierzelle.



   Wird beispielsweise als Elektrolyt eine Kochsalzlösung verwendet, so findet bei der Elektrolyse derart eine Aufspaltung des Elektrolyten statt, dass in der Anodenkammer Chlorgase und Sauerstoff sowie auch geringe Mengen Ozon frei werden, in der Kathodenkammer dagegen die zunächst frei werdenden neutralen Natriumatome auf die Wassermoleküle einwirken und Natronlauge bilden, wobei dann wieder Wasserstoff frei wird.



   Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, mittels des elektrolytischen Verfahrens nicht nur Chlorgase, Sauerstoff und Wasserstoff zu erzeugen, sondern darüberhinaus auch die wirtschaftliche Erzeugung von Ozon zu erreichen.



   Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass im Anschluss an die zwischen einer Anode und einer Kathode erfolgenden primären Aufspaltung des Elektrolyten der in der Kathodenkammer entstehende Katholyt einer sekundären elektrolytischen Aufspaltung unter Bildung von Sauerstoff und Ozon ausgesetzt wird. Dieses kann dabei mittels einer in die Kathodenkammer hineinragenden Kathode und einer zusätzlichen, in diese Kathodenkammer hineinragenden zweiten Anode erfolgen. Ebenso ist es aber auch möglich, dass diese sekundäre Aufspaltung des Katholyten zwischen einer in eine mit der ersten Kathodenkammer verbundenen zweiten Kathodenkammer hineinragenden zusätzlichen Kathode und einer zusätzlichen, in eine der zweiten Kathodenkammer benachbarten Anodenkammer hineinragenden zweiten Anode erfolgt.



   Bei einer zur Durchführung dieses erfindungsgemä ssen Verfahrens geeigneten Elektrolysierzelle ist der Kathodenkammer eine zusätzliche Anodenkammer nachgeschaltet. Die zusätzliche Anodenkammer kann benachbart zur ersten Kathodenkammer angeordnet und gegenüber dieser entweder durch eine gegen den Zellenboden hin vorstehenden Trennwand oder durch ein Diaphragman abgeteilt sein.



   Der Abstand zwischen dem Zellenboden und dem unteren Rand der zwischen der Kathodenkammer und der zusätzlichen Anodenkammer angeordneten Trennwand kann dabei zweckdienlich grösser sein als der Abstand zwischen dem Zellenboden und dem unteren Rand der zwischen der Kathodenkammer und der dieser vorgeschalteten Anodenkammer befindlichen anderen Trennwand. Durch diese Massnahme wird erreicht, dass eine ausreichende Menge des Katholyten auch in die der Kathodenkammer nachgeschaltete zusätzliche Anodenkammer einzudringen vermag.



   Weiterhin können dem Elektrolyten lösbare Chloride beigegeben werden.



   Auf der Zeichnung sind zwei beispielsweise Ausführungsformen von Elektrolysierzellen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 den Schnitt einer kombinierten Elektrolysierzelle und
Fig. 2 die schematische Darstellung von zwei hintereinandergeschalteten Elektrolysierzellen.



   Die in der Fig. 1 gezeigte kombinierte Elektrolysierzelle (Dreikammerzelle) ist in bekannter Weise durch eine am Zellendeckel 1 senkrecht angeordnete und nahezu bis zum Zellenboden 2 herabragende Trennwand 3 in eine Anodenkammer 4 und eine Kathodenkammer 5 aufgeteilt. An die mit 6 bezeichnete Gleichstromquelle sind einerseits die aus Platin gefertigte Anode 7 und anderseits die aus einem Metall, gegebenenfalls auch aus Platin bestehende Kathode 8 angelegt. Diese beiden Elektroden ragen in die Anodenkammer 4 bzw. die Kathodenkammer 5 hinein.



   Wie ausserdem aus der Zeichnung ersichtlich, so ist an dem Zellendeckel 1 eine weitere senkrechte Trennwand 9 angeordnet, die gegenüber der Kathodenkammer 5 noch eine zusätzliche mit 10 bezeichnete Anoden  kammer abteilt. In dieser zusätzlichen Anodenkammer 10 ist eine mit 11 bezeichnete zusätzliche, ebenfalls aus Platin bestehende Anode angeordnet, die beispielsweise über einen regelbaren Widerstand 12 oder dergleichen ebenfalls mit dem Pluspol der Stromquelle 6 verbunden ist.



   Wird nun in bekannter Weise eine beispielsweise als Elektrolyt dienende Kochsalzlösung durch eine Speiseleitung 13 der Anodenkammer 4 zugeführt, so dringt diese Lösung durch den zwischen dem Zellenboden 2 und dem unteren Rand 14 der Trennwand 3 befindlichen Spalt 15 auch in die Kathodenkammer 5 sowie auch in die zusätzliche Anodenkammer 10 ein.



  Wird anschliessend an die beiden Anoden 7 und 11 sowie die Kathode 8 Gleichstrom angelegt, so wandern in der üblichen Weise die negativ geladenen Chlorteilchen zur Anode 7 und die positiv geladenen   Natriumteilchen    zur Kathode   s.    Bei diesem Vorgang werden in der Anodenkammer 4 Chlorgase und Sauerstoff sowie auch sehr geringe Mengen Ozon frei, die sich im oberen Teil 16 der Anodenkammer 4 ansammeln und durch eine mittels eines Ventils 17 oder dergleichen absperrbare Leitung 18 abströmen. In der Kathodenkammer 5 dagegen gehen die freien Natriumteilchen eine Verbindung mit dem Wasser ein wodurch sich im unteren Teil 19 der Kathodenkammer 5 Natronlauge bildet und weiter molekularer Wasserstoff   (in;)    frei wird.

  Dieser Wasserstoff sammelt sich im oberen Teil 20 der Kathodenkammer 5 an und strömt durch die ebenfalls durch ein Ventil 21 absperrbare Leitung 22 nach aussen ab.



   Die zusätzliche Anode 11 bewirkt eine sekundäre Elektrolyse in der Kathodenkammer 5, in der neben NaCl auch dissoziierte NaOH vorhanden ist. Bei dieser sekundären Elektrolyse wird Ozon gebildet, wobei eine Aufspaltung von sechs OH-Gruppen in Ozon und Wasser sowie von vier OH-Gruppen in Sauerstoff und Wasser etwa gemäss der folgenden Darstellung stattfindet: a)   6OH-      O3+3H+6e-    b)   40H-       >  02+ 2H20 + 4e   
Weiter finden an der Anode 11 und der Kammer 10 folgende Reaktionen statt:

   c)   2 Cl      Cl    +   2e-       d) 4 0s + -t C10- $-40;7   
Bei dieser Aufspaltung der OH-Gruppen wird offenbar auch atomarer Sauerstoff gebildet, der sich in diesem besonders reaktionsfähigen Zustand (status nascendi) zu dem ausserordentlich aktiven Ozon   (Os)    verbindet. Hierzu ist es allerdings notwendig, dass vorab der in der Anodenkammer 10 befindliche Elektrolyt an Chlorionen verarmt und somit die oben unter a) und b) angeführten Reaktionen stattfinden.

  Der hierbei entstehnede Ozon sowie auch der molekulare Sauerstoff   O-    (gasförmige Sauerstoff    2)    sammeln sich im Oberteil 23 der zusätzlichen Anodenkammer 10 und werden über eine ebenfalls mittels eines Ventils 24 absperrbare Leitung 25 dem gewünschten Verbraucherort zugeführt.



  Dieses Ozon-Sauerstoffgemisch eignet sich ganz besonders zum Entkeimen und Aufbereiten von Wasser, insbesondere Schwimmbeckenwasser, da hierdurch ein sehr angenehmer und frischer Geruch des aufbereiteten Wassers zu erzielen ist.



   Weiterhin ist an die zusätzliche Anodenkammer 10 noch eine mit 26 bezeichnete Leitung angeschlossen, durch die mittels einer Pumpe 27 die überschüssige Natronlauge abgezogen werden kann.

 

   Um gegebenenfalls durch Erwärmung der Elektrolysierzelle bedingte Ausbeuteverluste an Ozon zu vermeiden, ist es auch denkbar, die Elektrolysierzelle durch Luft oder Wasser zu kühlen.



   Neben der oben ausführlich behandelten, kombinierten Elektrolysierzelle (Dreikammerzelle) können genau so gut aber auch gleichartige normale Elektrolysierzellen verwendet werden, wobei die beiden Kathodenkammern 5 und 5' dann derart durch die die Pumpe 27' enthaltende Leitung 26' miteinander verbunden sind, dass der in der Kathodenkammer 5 der ersten Elektrolysierzelle befindliche Elektrolyt (Katholyt) leicht der Kathodenkammer 5' der nachgeschalteten zweiten Elektrolysierzelle zugeführt und in dieser in der gewünschten Weise aufgespalten werden kann. Diese beiden Elektrolysierzellen können bei Bedarf selbstverständlich auch zu einer gemeinsamen Vierkammerzelle zusammengefasst werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

I. Verfahren zur Erzeugung von Sauerstoff und Ozon durch Elektrolyse von Wasser, insbesondere von Kochsalz enthaltendem Wasser, mittels einer Elektrolysierzelle, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an die zwischen einer Anode (7) und einer Kathode (8) erfolgenden primären Aufspaltung des Elektrolyten der in der Kathodenkammer (5) entstehende Katholyt einer sekundären elektrolytischen Aufspaltung unter Bildung von Sauerstoff und Ozon ausgesetzt wird.

II. Elektrolysierzelle zur Durchführung des Verfahrens gemäss Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Kathodenkammer (5) eine zusätzliche Anodenkammer (10) nachgeschaltet ist.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Aufspaltung des Katholyten zwischen der in die Kathodenkammer (5) hineinragenden Kathode (8) und einer zusätzlichen, in diese Kathodenkammer (5) hineinragenden zweiten Anode (11) erfolgt (Fig. 1).

2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Aufspaltung des Katholyten zwischen der in die Kathodenkammer (5) hineinragenden Kathode (8) und einer zusätzlichen, in eine zusätzliche Anodenkammer (10) hineinragenden zweiten Anode (11) erfolgt (Fig. 1).

3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Aufspaltung des Katholyten zwischen einer in eine mit der ersten Kathodenkammer (5) verbundene zweite Kathodenkammer (5') hineinragenden zusätzlichen Kathode (8') und einer zusätzlichen, in eine der zweiten Kathodenkammer (5') benachbarte Anodenkammer (10') hineinragenden zweiten Anode (11') erfolgt (Fig. 2).

4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt gelöste Chlorverbindungen enthält.

5. Elektrolysierzelle nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Anodenkammer (10) benachbart zur ersten Kathodenkammer (5) angeordnet und gegenüber dieser durch eine gegen den Zellenboden (2) hin vorstehende Trennwand (9) abgeteilt ist (Fig. 1).

6. Elektrolysierzelle nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Anodenkammer (10) benachbart zur ersten Kathodenkammer (5) angeordnet und gegenüber dieser durch ein Diaphragma abgeteilt ist.

7. Elektrolysierzelle nach Patentanspruch II und Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Zellenboden (2) und dem unteren Rand der zwischen der Kathodenkammer (5) und der zusätzlichen Anodenkammer (10) angeordneten Trennwand (9) grösser ist als der Abstand zwischen dem Zellenboden (2) und dem unteren Rand (14) der zwischen der Kathodenkammer (5) und der dieser vorgeschalteten Anodenkammer (4) befindlichen Trennwand (3) (Fig. 1).

8. Elektrolysierzelle nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass diese als Zwillingskammer (4, 5 bzw. 5', 10') ausgebildet ist mit zwei separaten und durch eine Leitung (26') miteinander verbundenen Kathodenkammern (5 und 5'), wobei die erste Anodenkammer (4) mit der ersten Kathodenkammer (5) die erste Teilkammer bildet, während die zweite Kathodenkammer (5') mit der zusätzlichen Anodenkammer (10') die zweite Teilkammer der Elektrolysierzelle bildet (Fig. 2).