NO820744L - Fremgangsmaate til aa kle katoder for elektrolyseceller med diafragmaer eller membraner - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår ehfremgangsmåte til å kle en elektrolysecelles katodekasse med et diafragma eller membran, videre angår oppfinnelsen en katodekasse kledd med diafragma eller membran, samt en elektrolysecelle omfattende en katode-

kasse som er kledd med diafragma eller membran.

De katoder som er kledd med diafragma eller membran ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, er av den type som i alminnelighet kan anvendes i elektrolyseceller for elektrolyse av vandige alkalimetallklorid-oppløsninger for fremstilling av klor og alkalimetallhydroksydoppløsning, spesielt fremstilling av klor og natriumhydroksydoppløsning ved elektrolyse av vandig, natriumkloridoppløsning. Det vil imidlertid forstås at oppfinnelsen ikke er slik begrenset, og at de med diafragma eller membran således kledde katoder kan anvendes i elektrolyseceller

for elektrolyse av andre ioniserbare kjemiske forbindelser-enn alkalimetallklorid i vandig løsning.

Slike elektrolyseceller kan omfatte en katodekasse med sidevegger og et antall katodefingre eller -lommer og inne i kassen et antall anoder som er anordnet med jevne.mellomrom og.

.er generelt parallelle med hverandre og festet til en basis,

idet anodene er anordnet mellom nabo-katodefingre eller i katode- ■ lommene- i katodekassen. Et hydraulisk gjennomtrengelig dia-fragmamateriale eller, et for ioner permselektivt membranmateriale anbringes på katodefingrene eller i katodelommene og deler cel-

len i separate anode- og katodekamre. Katodefingrene eller

-lommene kan ha en perforert struktur, og cellen er forsynt med

en overdel eller væsketank gjennom hvilken vandig elektrolytt-oppløsning kan tilføres cellen og med midler for fjerning av elektrolyseproduktene fra cellen.

I mange år er de perforerte strukturer i elektrolysecellers katodekasser b-litt kledd med asbestdiafragmaer ved at katodekassen nedsenkes i en suspensjon av asbestfibre i eksempelvis cellevæske, hvoretter asbestfibrene suges, fast på den perforerte struktur. En hydraulisk gjennomtrengelig matte av asbestfibre blir derved dannet på den perforerte struktur.. Skjønt slike asbestdiafragmaer har vært anvendt i mange år og selvsagt frem-deles anvendes i stor målestokk, foreligger et behov for å erstatte asbestdiafragmaer med andre materialer som ikke sveller under elektrolysen. Når en vandig alkalimetallkloridoppløsning elektrolyseres i en celle forsynt med et asbestdiafragmå, må sålede.s anode/katode-avstanden være større enn hva som er ønskelig, med spenningsøkning til følge, i det minste delvis av hen-syn til den svelling av^asbestdiafragmaet som finner sted: under elektrolysen. Det er også et behov for å erstatte asbest med materialer som ikke har asbestens giftige egenskaper og som har en lengre effektiv levetid enn asbest.

Mange forskjellige typer av hydraulisk gjennomtrengelige diafragmaer laget av syntetiske polymere materialer er blitt foreslått. Eksempelvis er det i britisk patent nr. 1 081 046 (Imperial Chemical Industries Limited) beskrevet et ark-diafragma av porøst polytetrafluoretylen, hvilket diafragma fremstilles ved dannelse av et ark av polytetraf luoretylen og et p.artikkel-formig hylster, eksempelvis stivelse, og påfølgende .ekstraksjon av hylsteret fra arket. I britisk patent nr. 1 503 9l5 (også Imperial Chemical Industries Limited) er det beskrevet en

elektrokjemisk celle, som er særlig godt egnet til bruk Ved fremstilling av klor og alkalimetallhydroksyd ved. elektrolyse av

en vandig alkalimetallkloridoppløsning, hvilken celle omfatter en anode og en katode adskilt ved et porøst polytetrafluoretylen-diafragma som har en mikrostruktur hvor knuter er innbyrdes for-bundet ved fibriller. Et porøst ark av polytetrafluoretylen ved ovennevnte mikrostuktur, hvilket er egnet til bruk som diafragma, samt en fremgangsmåte for fremstilling av arket, er beskrevet i. britisk patent nr. 1 355 373 (W L Gore og Associates Inc.) ..

I de senere år er det blitt utviklet en rekke hovedsakelig hydraulisk ugjennomtrengelige, for ioner permselektive membranmaterialer, særlig bruk i elektrolyseceller for elektrolyse'av

vandige alkalimetallkloridoppløsninger hvor man ønsker å frem-stille alkalimetallhydroksyd-oppløsning som i det vesentlige er fri•for alkalimetallklorid. Disse membranmaterialer omfatter i alminnelighet fluorholdige polymere materialer inneholdende kationebytter-grupper, eksempelvis sulfonsyre-, karboksylsyre-eller fosfonsyre-grupper eller derivater derav. De polymere materialer kan være perfluorert, og kationebytter-gruppene kan foreligge i enheter fremstilt ved polymerisering av perfluor-vinyletere inneholdende kationebytter-gruppene. Slike katione-byttemembraner er beskrevet i eksempelvis britisk patent nr. 1 184 321, 1.402 920, 1 406 673, 1 455 070, 1 497 748, 1 497 749, 1 518 387 og 1 531 068.

Mange av de syntetiske diafragmaer og membraner som er blitt utviklet, kan ikke anvendes for de perforerte katoder i elektrolyseceller ved de teknikker som hittil er blitt anvendt når slike perforerte strukturer skal forsynes med asbestdiafragma. Spesielt er et syntetisk diafragma eller membran i form av et ark vanskelig å påføre en katodekasse hvor de perforerte katoder har form av et antall fingre eller lommer. Det er vanskelig å sikre at diafragmaet eller membranen former seg etter den noe uregel-messige form av slike katodekassers overflater, og det er også vanskelig å sikre at diafragmaet eller membranen lukkes tett slik at den blir fri for lekkasje. Man.har måttet utvikle spesielle" teknikker for å kle slike katodekasser med syntetisk diafragma eller membran.

Mange av de teknikker som hittil er .foreslått, omfatter anvendelse av mekaniske klemméanordninger.

Således er det i belgisk patent nr. 864 400 (Olin Corporation) beskrevet et kledningshylster for en hovedsakelig rektangulær elektrode, hvilket hylster har en lukket ende, en åpen ende og to lukkede sider, hvor i det minste, en' av de 'lukkede

sider består av en hovedseksjon og en seksjon i -form av. en fane som er anordnet ved den åpne ende. I bruk er hylsteret plassert over -katoden og fanen, som en bøyelig, bøyes eller vries slik at den danner en hovedsakelig flat overflate, og fremgangsmåter til å fastklemme eller fastspenne anvendes for å lukke hylstrene

langs deres øvre og nedre kanter. De beskrevne hylstere er egnet til bruk ved ledning av en katodekasse inneholdende en flerhet av katoder av fingertypen.

I US patent nr. 3 980 544 (også Olin Corporation) er det beskrevet et diafragma i form av et hylster som.er egnet for kledning av perforerte elektroder, spesielt - katoder, som er an-..ordnet parallelt med hveran.dre med innbyrdes mellomrom, o.g diafragmahylsteret har en åpen ende og to tilstøtende kanter som fastklemmes mellom et klemmeeleme.nt og en skinné anordnet mellom elektrodene. Denne diafragmastuktur og fastklemmingsmetode er

■spesielt egnet for kledning av elektroder av fingertypen.

I US patent nr.. 3 878 082 (BASF Wyandotte Corporation) er det beskrevet en anordning for kledning av katoder av både finger typen og lommetypen. I en katodekasse omfattende katoder av fingertypen er det anordnet et diafragma i form'av et hylster over katodefingeren, og en U-formet holder er plassert over diafragmaet ved forbindelsen mellom nabokatodefingre. I en katodekasse av lommetypen blir diafragmaet lagt over katoden og holdt på plass i lommen ved hjelp av sigdformede holdere anordnet over diafragmaet . i lommen. U-formede holdere er også'

plassert over diafragmaet, idet de U-formede holdere også samvirker med de sigdformede holdere.

Det :foreligger et antall tidligere forslag ifølge hvilke midler for kledning av katodekassen nødvendiggjør bruk av slissede bæreorganer anordnet henholdsvis over' og under den øvre

og den nedre overflate av katodekassen, hvor.slissene i bære-organene er på linje med' lommene i katodekassen.

Ved slike kledningsmetoder blir et hylster av diafragma eller membran plassert, i hver lomme i katodekassen og festet til det øvre og det nedre bæreorgan.

Hylstrene av .diafragmaet eller membranen kan festes til bæreorganéne, for eksempel ved fastklemming av hylsteret til oppstående flenser på de slissede bæreorganer, som beskrevet i europeisk patentpublikasjon nr. 0008165 (Imperial Chemical Industries Ltd.)-, eller ved fastklemming av utflårede ender på hylstrene til bæreorganéne, som beskrevet i britisk patentsøknad nr. 2.044 802A (Kanegafuchi) .

Det er tidligere også blitt foreslått å varmeforsegle hylsteret av diafragma eller membran til slissede bæreorganer, som foreslått i eksempelvis ovennevnte britiske patentsøknad

nr. 2 044 802A og i belgisk patént nr. 865.864 (Imperial Chemical Industries Ltd.) .

Den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer en fremgangsmåte til å kle en katodekasse omfattende en flerhet.av perforerte katoder av lommetypen med et diafragma eller membran, hvilken fremgangsmåte er spesielt effektiv og ikke er basert på anvendelse av.formede mekaniske klemmeanordninger for montering, og lukning av diafragmaet eller membranen, i katodekassen. Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anvendes en spesiell type av varmeforsegling, hvilken (som forklart nedenfor) ikke er belemret med de ulemper som gjør seg gjeldende ved konvensjonell varmeforsegling hvor'oppvarmede plater anvendes.

Fremgangsmåten ifølge.foreliggende oppfinnelse er egnet til bruk. ved kledning av en katodekasse omfatten.de en flerhet-av perforerte katoder av lommetypen, hvorved vi mener en katodekasse som har sidevegger, en overdel og en bunn som kan ha en perforert struktur, og en flerhet av lommer som er hovedsakelig parallelle med hverandre og dannet av perforerte vegger anordnet mellom overdelen og bunnen, idet lommene danner hulrom i hvilke anodene i en elektrolysecelle kan anbringes. Lommene er, sett i grunnriss, i alminnelighet/ men ikke nødvendigvis langstrakte av form med to hovedsakelig parallelle og relativt lange sidevegger'og to relativt korte endevegger tilsluttende sideveggene.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en fremgangsmåte til å kle en katodekasse av lommetypen til bruk i en elektrolysecelle, ved hvilken fremgangsmåte et skilleorgan i form av et hylster anbringes i hver lomme av katodekassen med

endene av hylstrene ragende forbi lommenes ender,karakterisertved at de deler av hylstrene som rager forbi endene av nabolommer i en første retning, varmeforsegles til hverandre eller

til ytterligere varmeforseglbart materiale,de deler av hylstrene

■ som rager forbi endene av nabolommer i den motsatte retning, varmefor.segles til hverandre eller til ytterligere varmef orsegl-bart materiale, og ved at varmeforseglingen utføres ved hjelp av radiofrekvensoppvarming.

Med mindre annet er sagt, skal det i det følgende for enkelthets skyld anvendes uttrykket "skilleorganer", hvilket uttrykk her innbefatter både hydraulisk gjennomtrengelige materialer, som vanligvis kalles diafragmaer, hvilke, tillater

elektrolytt å strømme mellom anode- og katodekamrene- i.en elektrolysecelle,' og i det vesentlige hydraulisk ugjennomtrengelige, for ioner permselektive materialer, vanligvis kalt membraner, som tillater selektiv overføring av■ioner mellom anode-og katodekamrene i en elektrolysecelle. Medregnet under uttrykket "diafragma" er også materialer som. ikke nødvendigvis er hydraulisk gjennomtrengelige, men som lett kan omdannes til en hydraulisk gjennomtrengelig form,, for eksempel ved ekstraksjon

av en partikkelformig substans fra materialet. Medregnet under uttrykket "membran" er materialer som ikke er permselektive for ioner, men som lett kan omdannes til en for. ioner permselektiv form, for eksempel ved hydrolyse.. '■■•..'■

Konvensjonell varmeforsegling hvor det materiale som skal varmeforsegles, eksempelvis de fremstikkende deler av skilleorgan-hylstere i' nabolommer i katodekassen, anbringes mellom' oppvarmede plater og varme overføres til materialet fra disse, er belemret med ulemper. Ensartet oppvarming gjennom hele tykkelsen av materialet er således vanskelig å oppnå, da varme må ..overføres gjennom skilleorgan-materialet, som har liten varme-ledningsevne, fra den overflate som er i kontakt med den oppvarmede platen til den overflate som skal varmef orsegles.,. Det kan bli en uønsket grad av flyting. av skilleorgan-materialet, med derav følgende misdannelse av tetningen og fare for lekkasje av elektrolytt gjennom de deler som forsegles, når den kledde

katodekasse anvendes i en elektrolysecelle. Dessuten utvider de nevnte plater seg ved oppvarming, og spesielt når de har en

ikke-lineær form,'for eksempel når de er delvis krumme, kan de undergå forvridning med det resultat at forseglingen kan bli ufullstendig, med herav følgende lekkasje av elektrolytt gjennom de deler som er ufullstendig forseglet. Videre kan det skilleorgan-materiale som er i kontakt med de oppvarmede plater, klebe til disse, hvilket kan resultere i en utilfredsstillende tetning.

I motsetning hertil blir det når varmeforsegling utføres ved hjelp av radiofrekvensoppvarming, lett oppnådd ensartet oppvarming gjennom hele tykkelsen av skilleorgan-materialet, og

faren for betydelig flyting og forvridning av materialet i tet-ningsområdet reduseres sterkt eller elimineres/ og da de elektroder som anvendes for utførelse'av radiofrekvensoppvarmingen ikke selv oppvarmes, blir muligheten for forvridning av elektrodene og klebing av skilleorgan-materialet til elektrodene sterkt redusert eller eliminert. Bruken av radiofrekvensoppvarming for utførelse av varmeforsegling gir, kort sagt, en langt mer tilfredsstillende tetning og. en sterkt redusert fare for lekkasje av elektrolytt når den' kledde katodekasse anvendes i en elektrolysecelle .

Varmef orsegling av plastmaterialer ve.d hjelp av radio-'f rekvensoppvarming er en i og. for seg kjent teknikk. Bruken av. radiofrekvensoppvarming er imidlertid hittil ikke blitt foreslått ved kledning av en katodekasse med et skilleorgan-materiale på den i det foreliggende beskrevne måte, heller ikke er de fordeler som følger av bruken av radiofrekvensoppvarming for denne spesielle anvendelse, tidligere blitt antydet.

Ved utførelse av varmeforsegling ved hjelp av radiofrekvensoppvarming blir det skilleorgan-materiale som'skal varmeforsegles, for eksempelvis de fremstikkende deler av skilleorgan-hylstrene i nabolommer i katodekassen, plassert mellom og i kontakt med et par elektroder,, et høyfrekvent, magnetisk vekselfelt tilveiebringes mellom elektrodene, og oppvarming oppnås ved hjelp av de elektrisk tap i materialet. Forseglingen kan lettes ved anvendelse av trykk gjennom elektrodene på det materiale som skal forsegles. Frekvensen av den .vekselstrøm som. pålegges elektrodene vil i alminnelighet være i megasyk.elområdet,'for eksempel mellom- 1 og 100 megasykler pr. sekund. Vanligvis vil en frekvens i omradet 10-50 megasykler pr. sekund være hensiktsmessig. Den tid.som er påkrevet for oppnåelse av en varmeforsegling, vil delvis avhenge av arten av det materiale som skal varmeforsegles, spesielt av dettes mykningspunkt, og hensiktsmessige tidsrom og frekvenser-kan bestemmes ved hjelp av enkle forsøk, eksempelvis under anvendelse av små' prøver av skilleorgan-materialet som skal varmeforsegles.

Skilleorganet i form av et hylster kan fremstilles av et skilleorgan-materiale i arkform, for eksempel ved at man for-segler motstående kanter av et ark av kvadratisk eller avlang form. De motstående kanter kan være overlappende, eller de kan bringes i kontakt med en strimmel av et egnet materiale og forseglet til denne. Forseglingen kan eksempelvis utføres som en varmeforsegling, og fortrinnsvis utføres den ved hjelp av radiofrekvensoppvarming. '

Véd fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir de deler av skilleorgan-hylstren.e som' rager forbi endene av lommene, varmeforseglet til hverandre eller til et ytterligere varmefor^

seglbart materiale, slik at ikke bare katodekassens lommer, men også de øvre og nedre overflater av katodekassen kan bli kledd, hvorved cellen deles i separate anode- og katodekamre når katodekassen installeres i en elektrolysecelle.

Denne kledningsoperasjon kan oppnås på flere forskjellige

måter.

Endene av hylstrene kan utflåres , med de utflårede ender

av hvert hylster ragende forbi endene av lommen i den katode-

kasse i hvilken hvert hylster plasseres, og de utflårede hyIster-ender "i nabolommer kan plasseres i kontakt og varmeforsegles til hverandre ved hjelp av radiofrekvensoppvarming. Det er relativt enkelt å utføre en slik forsegling, da det i alminnelighet kan oppnås lineær kontakt mellom .utflårede ender og varmeforseglings-apparatet kan omfatte to lineære elektroder. Hensiktsmessig kan formede utflårede ender forsegles til hylsteret og kan lages av et skilleorgan-materiale, hvilket kan være det samme materiale som i selve hylsteret eller et annet materiale. Alternativt kan de utflårede ender lages av et materiale, eksempelvis et plastmateriale, som er varmeforseglbart, men som hverken er hydraulisk gjennomtrengelig eller gjennomtrengelig for ioner.

Alternativt.kan skilleorganet omfatte en hylster-del og et antall- tunger på begge kanter av hylster-delen, idet hylster-'

delen har slike dimensjoner at når skilleorganet plasseres, i en lomme i katodekassen, så rager kantene av hylster-delen og

tungene på denne forbi lommens ytterste deler.

Et sådant skilleorgan er beskrevet i søkerens europeiske patentsøknad nr. 80 302169..0, nå publisert som publikasjon

nr. 0 023 094. De'ragende kanter av hylstér-delen og tungene på denne kan ved radiofrekvensoppvarming forsegles til. de utragende kanter og tungene på disse hos hylsteret (hylstrene) i nabolommen (-lommene) i katodekassen.

De .ragende' deler av hvert av'hylstrene kan ved. radiofrekvensoppvarming varmeforsegles til slissede ark av et va-rme-forseglbart materiale plassert over de flater av katodekassen som inneholder lommenes ender, det -vil. si de øvre og nedre overflater, idet slissene i arkmaterialene er plassert nær lommenes ender. ' Eksempelvis kan arkmaterialet omfatte oppstå-.ende faner nær slissene deri, og endene av hylstrene kan varmeforsegles til fanene ved radiofrekvensoppvarming under anvendelse av hensiktsmessig utformede samvirkende elektroder.

De slissede.arkmaterialer kan selv være fremstilt av et

skilleorgan-materiale. Når hylstrene er diafragmaer fremstilt av et materiale som er hydraulisk gjennomtrengelig, kan således de sl-issede arkmaterialer også være' av et materiale som er hydraulisk gjennomtrengelig. og som funksjonerer som et diafragma, hvilket sistnevnte materiale kan være det samme som hylster-materialet eller et annet materiale. Når hylstrene er mem-

bråner fremstilt av et' materiale som i' det vesentlige er hydraulisk ugjennomtrengelig og som er permselektiv for ioner, kan de slissede arkmaterialer også være laget av et materiale som er hydraulisk ugjennomtrengelig og permselektivt for ioner, og som funksjonerer som en membran, hvilket sistnevnte materiale

kan være det samme som hyls.termaterialet eller et annet materiale... Når hylstrene er diafragmaer, kan de slissede arkmaterialer endog være laget av et membranmateriale. Når hylstrene-er laget av et membranmateriale, bør imidlertid det slissede arkmateriale være hydraulisk ugjennomtrengelig..

Alternativt kan det slissede arkmateriale være hverken et diafragma- eller et membran-materiale og kan eksempelvis omfatte

et varmeforséglbårt organisk polymert materiale som hverken er hydraulisk gjennomtrengelig eller gjennomtrengelig for. ioner.

Det organiske polymere materiale er fortrinnsvis resistent over--for de betingelser som hersker i elektrolysecellen og er fortrinnsvis et fluorholdig polymert materiale, eksempelvis poly

(vinylidfluorid) eller fluorert etylen-propylen-kopolymer, spesielt når deri kledde katodekasse skal anvendes i en elektrolysecelle for elektrolyse av vandig alkalimetallkloridoppløs-ning. Fortrinnsvis er arkmaterialet et organisk polymert perfluor-materiale, eksempelvis polytetrafluoretyLen- eller en tetrafluoretylen-heksafluorpropylen-kopolymer.

Elektrodene bør være hensiktsmessig utformet med henblikk . på utførelsen av varmeforseglingen. Når endene av hylsteret .skal forsegles til oppstående faner på det slissede arkmateriale,. har elektrodene således en form tilsvarende slissenes form og .ved utførelsen av varmeforseglingen samvirker en indre elektrode med en tilsvarende utformet-, men noe større ytre elektrode idet endene av hylstrene og fanene; på arkmaterialet plasseres mellom elektrodene.

De utragende deler av hvert av hylstrene kan varmeforsegles . ved. radiofrekvensoppvarming til ikke-slissede arkmaterialer plassert over de flater av katodekassen som inneholder lomme-endene, det vil si over de øvre og nedre overflater av katodekassen. Etter at varmeforseglingen er utført, kan de-deler av arkmaterialene som ligger nær opptil endene av lommene og innenfor forseglingene, fjernes. For å varmeforsegle et hylster til et av arkmaterialene plasserer man.-en elektrode i en lomme i katodekassen innenfor hylsteret, og enden av hylsteret utflares innover eller foldes over enden av. elektroden. En annen elek-.-trode plasseres oppå arkmaterialet, idet arket øg utflaringen på hylsteret er anordnet, i kontakt med'hverandre, mellom elektrodene. Den elektrode som er plassert i katodelommen har en utforming tilsvarende utformingen av lommen i katodekassen.

Etter at varmeforseglingen er utført, blir den del av arket som er innenfor forsegling, fjernet, og en lignende fremgangsmåte følges ved forsegling .av hylsteret ved den motsatte ende -

til et andre arkmateriale.

Arkmaterialet er selvsagt varmeforseglbart, og det kan være et skilleorgan-materiale eller et varmeforseglbart organisk

polymermateriale som hverken er hydraulisk gjennomtrengelig eller gjennomtrengelig for ioner, som beskrevet ovenfor..

Materialet i skilleorganet bør selvsagt være et materiale

som er varmeforseglbart ved hjelp av radiofrekvensoppvarming.

Når skilleorganet er et hydraulisk gjennomtrengelig. diafragma, .kan det være laget av et porøst organisk polymermateriale. Foretrukne organiske polymere materialer er fluorholdige polymere materialer på grunn av slike materialers generelt stabile natur i det korrosive miljø i mange elektrolyseceller. Egnede fluorholdige polymere materialer er eksempelvis polyklor- . . trifluoretylen, fluorerte etylen-propylen-kopolymerer og poly-heksaf luorpropylen-. Et foretrukket fluorholdig -polymermateriale er polytetrafluoretylen på grunn av dettes -høye stabilitet i korrosive elektrolysecelle-miljøer, spesielt i elektrolyseceller for fremstilling av klor og alkalimetall-hydroksyd■ved elektrolyse av vandige alkalimetallkloridoppløs-ninger. Slike hydraulisk gjennomtrengelige diafragmamaterialer er kjent på området. Når skilleorganet er en i det vesentlige hydraulisk ugjennomtrengelig, for ioner permselektiv membran som tillater ione-vandring mellom anode- og katodekamréne i en elektrolysecelle, er membranen fortrinnsvis kation-selektiVj. Slike materialer er kjent på området- og er fortrinnsvis fluorholdige polymere materialer inneholdende anioniske grupper.. De polymere materialer er .fortrinnsvis fluorkarboner inneholdende de gjentatte grup-. per

hvor. m har en verdi på 2-10, fortrinnsvis 2,- forholdet mellom M og N fortrinnsvis er slik at det gir en ekvivalent vekt for gruppene X i området 600-2000, og X er valg.t fra

A eller

hvor p har en verdi på eksempelvis 1-3, Z er fluor eller én perfluoralkylgruppe med 1-10 karbonatomer, og A er en gruppe valgt fra gruppene:

-SO3.H

-CF2S03H

-CC12S03H

-X<1>S03H -P03H2-PG2II2

-COOH og

-X<1>OH

elier derivater av de nevnte grupper, hvor X"^ er en arylgruppe. Fortrinnsvis representerer A gruppen SO^H eller -COOH. Ione-byttemembraner inneholdende SO^H-gruppen selges under handels-navnet 'Nafion' (E I du Pont de Nemours and Co Inc) og ione-byttermembraner inneholdende gruppen -COOH selges under handels-navnet 'Flemidn' (Asahi Glass Co Ltd.)..

Når membranen er laget av en fluorholdig polymer inneholdende i.onebyttergrupper i form av metallsalter av sure grupper, eksempelvis i form av alkaimetallsalter av sulfonsyrer,. kar.boksylsyrer eller fosfonsyrer, kan vanskeligheter oppstå ved varmeforsegling av membranen ved radiofrekvensoppvarming Varmeforseglingen lettes hvis de sure grupper er i hydrogen-formen, i form av sy.rehalogenid-grupper eller i form av lavere-alkyl-estere, hvilket derfor foretrekkes. Etter varmeforseglingen kan gruppene omdannes tii en ionebytter-rform, eksempelvis en metallsalt-form.

Katodekassen kan omfatte et antall lommer, for eksempel opp til 50 lommer; i hver•lomme plasseres et hylster, og det er ønskelig å tilveiebringe et middel som holder hylstrene på plass i lommene i katodekassen før varmeforseglingen utføres. Som et sådant middel kan det anvendes en oppblåsbar pose som,plasseres i hver lomme og blåses opp i. tilstrekkelig grad til å holde hylsteret i kontakt med veggene i katodelommen. Etter bruk kan posen tømmes og fjernes.

Katodekassen kledd med skilleorgan.ved fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen kan utgjøre .en del av en elektrolysecelle. Katodekassen kan være forsynt med en åpning eller åpninger for fjerning av cellevæske og gassformige produkter, samt med en åpning gjennom hvilken væske, eksempelvis vann, kan tilføres katodekassen. De perforerte flater av katodekassen kan være av ekspandert metall, perforert eller av en vevet eller nett-struktur. Katodekassen, og spesielt dennes gjennomhullede flater, kan være av. stål, eksempelvis bløtt stål, eller av nikkel, spesielt i det

■tilfelle hvor elektrolysecellen skal anvendes ved elektrolyse av en vandig alkalimetallklorid-oppløsning.

Anodene i elektrolysecellen' kan hensiktsméssig være montert på en basis og være plassert slik at når katodekassen anbringes - på denne,' så vil anodene befinne seg i katodekassens lommer. Anodene, og nevnte basis, kan være av et filmdannende metall eller legering derav, det vil si titan,niob', zirkonium, tantal eller wolfram eller legering derav, og anodene kan ha et over-flatebelegg av et elektrisk ledende-elektrokatalytisk aktivt materiale, eksempelvis et belegg bestående av platinagruppemetall og/eller et platinagruppemetall-oksyd. Et.foretrukket - belegg er et blandet oksydbelegg av et platinagruppemetall-oksyd og et oksyd av filmdannende metall, eksempelvis Ru02og

Ti02• I elektrolysecellen kan det være plassert en anolytt-tank på toppen av katodekassen, idet tanken er forsynt med en.

åpning gjennom hvilken elektrolytt kan tilføres anodekamrene i cellen og åpninger gjennom hvilke gassformige elektrolyseprodukter'og brukt elektrolytt kan fjernes fra cellen.

Oppfinnelsen skal nå belyses nærmere under henvisning til

tegninger):

Fig. 1 viser et. grunnriss. av en katodekasse som skal kles

med et skilleorgan ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Fig. 2 viser.et vertikalsnitt av katodekassen tatt etter linjen A-A på fig. 1. Fig. 3 viser et vertikalsnitt av en elektrolysecelle hvor skilleorganet,. for enkelthets skyld, er sløyfet fra den viste celle. Fig. 4 og 5 viser skjematisk fremstillingen av et utflaret hylster til bruk ved fremgangsmåten ifølge■oppfinnelsen. Fig. 6 er-en isometrisk anskueliggjørelse av et utflaret

hylster. •

Fig. 7 er en isometrisk anskueliggjørelse av en katodekasse

med et utflaret hylster plassert i en.av kassens lommer.

Fig. 8 er et grunnriss av en katodekasse med to av lommene

i katodekassen kledd med utflatede hylstere.

Fig. 9 illustrerer katodekassen på fig. 2 med utflårede hylsteré plassert i nabolornmer i katodekassen forseglet til hverandre. ■

Det viser til fig. 1-3. Katodekassen 1 omfatter sidevegger' 2,3,4,5 forsynt med åpninger 6,7 gjennom hvilke vann eller annen væske kan tilføres katodekassen og gjennom hvilke væske og gassformige elektrolyseprodukter kan,uttas fra katodekassen, et gjennomhullet deksel 8 og en gjennomhullet basis 9. Den gjennomhullede struktur kan være et ekspandert metall, men i den viste utførelsesform er den en vevet trådduk, hensiktsmessig av bløtt stål når cellen skal anvendes for elektrolyse av en vandig, alkalimetallklorid-oppløsning. Katodekassen omfatter fire lommer 10 som er parallelle med hverandre og som er av langstrak form,bg som dannes av sidevegger 11,12 og endevegger 13,14 mellom det'gjennomhullede deksel 8 og den gjennomhullede basis 9 i katodekassen. For enkelthets skyld er den katodekasse som er vist i denne utførelsesform, forsynt med bare fire lommer. Det vil forstås at katodekassen kan ha et langt større antall lommer, for eksempel 40 eller flere. Katodekassen er også forsynt med en elektrisk forbindelser som for enkelthets, skyld ikke er vist.

Den på fig..3.viste elektrolysecelle omfatter en katodekasse 1 som er anlagt på basisplate 15 og er isolert fra denne ved hjelp av en pakning 16.av et elektrisk isolerende materiale som er resistent mot. å korroieres av væskene- i cellen. Et antall anoder 17 er montert på basisplate . 15. Anodene er parallelle med hverandre og .anbragt i lommene 10 i katodekassen. En basis 18 gjennom hvilken elektrisk strøm kan tilføres anodene i cellen, er I elektrisk kontakt med basisplaten 16. Tilknyt-ningen til strømkilden er konvensjonell og er derfor ikke vist.

Når.elektrolysecellen skal anvendes ved elektrolyse av vandig alkalimetallklorid-oppløsning, kan anodene 17 og basisplaten 16 hensiktsmessig være laget av et filmdannende metall, eksempelvis titan, og anodeoverflåtene kan være forsynt med .hull og kan hensiktsmessig være belagt med et . lag av et elektrisk ledende elektrokatalytisk aktivt materiale av den ovenfor nevnte type.

En anolytt-tank 19 er anbragt på katodekassen 1 og er isolert fra denne ved hjelp av en pakning 20 av et elektrisk isolerende materiale som er resistent mot å korroderes av væskene i cellen. Anolytt-tanken 19 er forsynt med tre åpninger 21,22, 23 gjennom hvilke henholdsvis elektrolyttoppløsning kan tilføres cellen og gassformige' elektrolyseprodukter og brukt elektrolytt-oppløsning kan uttas fra cellen.

Det vises til fig. 4. Et hylster av et skilleorgan-materiale 24 dannet ved at motstående kanter av et avldngt ark

forsegles til hverandre, er anbragt innenfor, en elektrode 25, som har samme generelle form som en lomme i katodekassen, og enden 26. av hylsteret 24 er foldet slik at den utflares over elektrodens ende i retning utover. Et avlangt ark 24 av skilleorgan-materiale blir så bragt i kontakt med enden 26 av hylsteret, og til slutt blir en andre elektrode 2 8 anbragt over arket 24. Elektrodene 25,28 forbindes .med én egnet høyfrekvenskilde av elektrisk strøm (ikke vist), et høyfrekvent magnetisk vekselfelt tilveiebringes mellom elektrodene, trykk utøves gjennom elektrodene på arket 24 og enden 26 av hylsteret, og arket forsegles til hylsteret ved radiofrekvensoppvarming. Elektrodene blir så fjernet, og den del 29 som er innenfor forseglingen, som vist på fig. 5, fjernes, hensiktsmessig ved at arket av skilleorgan-materialet 27 kuttes med en kniv. Deretter gjentas den ovenfor beskrevne fremgangsmåten, og et ark av skilleorgan-materialet forsegles til den motsatte ende av hylsteret', og den del av arket som er innenfor forseglingen fjernes, slik at en oppnår et hylster av skilleorgan-materiale 24 med tout-flårede ender 30,31, som vist på fig. 6.

Det vises til fig. 7. ' Et skilleorgan omfattende et hylster 24 og utflarede ender 30 (en er ikke vist) anbringes i en lomme i katodekassen. Den utflårede ende 30 er tilstrekkelig stor til

å rage over veggene 2,3,4 i katodekassen, og likeledes rager den utflårede ende 31 som ikke er vist, ut over veggene 2,3,4.

Det vises til fig. 8. To skilleorgan-hylstere, begge utflaret ved endene 32,3 3 (to ikke vist) plasseres i nabolommer i katodekassen, og deler av de utflarede ender av hylstrene i nabokatodelommer plasseres i flate-til-flate-kontakt etter linjen 34, og delene 34 som er i kontakt anbringes mellom et par lineære, elektroder og forsegles ■ til hverandre ved hjelp av radiofrekvensoppvarming. Deretter blir utflarede hylstere anbragt i de øvrige lommer i katodekassen, og de utflarede ender av hvert hylster forsegles til den utflarede ende av hylstrene i nabolommene ved hjelp av radiofrekvensoppvarming, slik at alle lommer og den øvre,overflate av katodekassen blir kledd med skilleorgan.. Til slutt blir de utflarede ender av hylstrene på den nedre overflate av katodekassen forseglet til hverandre yed radiofrekvensoppvarming, som beskrevet, 'hvorved den nedre overflate av katodekassen blir kledd.

Den kledde katodekasse er vist på fig. 9. Flate-mot-flate-forseglingen mellom utflarede ender av hylsteret i nabolommer i katodekassen er vist ved 34.

Ved sammenstillingen av elektrolysecellen blir den med skilleorgankledde katodekasse 1 plassert på basisplaten 16, og andiytt-tanken 19 anbringes på katodekassen på den tidligere nevnte måte, og cellen boltes sammen.

Elektrolysecellen drives, ved at man tilfører vandig alkali-metållklorid-oppløsning til ånolytt-tankeh 19 gjennom åpningen 21 og gassformig klor som dannes under elektrolysen uttas gjennom åpning 22.. Utmagret alkalimetallklorid-oppløsning kan om nødvendig fjernes gjennom åpning 23. Når skilleorganet er et. hydraulisk gjennomtrengelig diafragma, strømmer oppløsningen av alkalimetallklorid gjennom diafragmaet, og hydrogen og en opp-løsning av alkalimetallhydroksyd inneholdende alkalimetallklorid uttas fra katodekassen gjennom åpning 6. Når skilleorganet er , en hovedsakelig hydraulisk ugjennomtrengelig ionebyttermembran, blir vann eller fortynnet alkalimetallhydroksydoppløsning til-ført katodekassen gjennom en åpning 7, og hydrogen.bg vandig alkalimetallhydroksydoppløsning uttas fra katodekassen gjennom åpning 6.

En. katodekasse av den béskrevne typen ble kledd med et membranmateriale omfattende en film. av kopolymer av tetrafluoretylen og en perfluorvinyleter-karboksylsyreester, og deretter ble karboksylsyreeter-gruppene i membranet omdannet til natrium-. salt-formen ved at membranen ble bragt i kontakt med vandig natriumhydroksydbppløsning. Varmeforseglingen ble utført under anvendelse av et radiofrekvensoppvarmingsapparat (Rådyne Ltd.) ved én frekvens på 27 megasykler pr., sekund og en oppvarmings-tid for hver'forsegling på 3 minutter.

Katodekassen ble deretter satt sammen i en elektrolysecelle av den beskrevne typen forsynt med titananoder' som hadde et belegg . av en blanding av RuG^-og Ti02(vektforhold 35:65), og

•mettet vandig natriumkloridoppløsning ble elektrolysert veden anodestrømtetthet på 2,9 kA/m<2>, en temperatur.på 85°C og en

spenning på 3,8 volt. Vann ble tilført katodekamret under elektrolysen, og 35 vektprosent natriumhydroksydoppløsning ble produsert ved et strømutbytte på 95%. Natriumhydroksydoppløs-ningen inneholdt 10 deler pr. million av natriumklorid, hvilket viser at det ikke var noen lekkasje av natriumklorid-elektrolytt

■ fra anodekamret til katodekamret.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte til å påføre et skilleorgan på en katodekasse av lommetypen til bruk i en elektrolysecelle,; hvilken katodekasse omfatter sidevegger, en overdel og en bunn og ét antail lommer som er hovedsakelig parallelle med hverandre og dannet av gjennomhullede eller perforerte vegger plassert mellom overdelen'og bunnen, ved hvilken fremgangsmåte et skille organ i form av et hylster anbringes i hver lomme i katodekassen med hylstrenes ender ragende forbi lommenes ender, karakterisert ved at de deler av hylstrene som rager forbi lomme-endene i en første retning, varmeforsegles til hverandre eller til ytterligere varmeforseglbart materiale, de deler av hylstrene som rager forbi, .lomme-endene- i den motsatte retning varmef orsegles - tii ■hverandre eller til ytterligere varmeforseglbart materiale, og ved at varmeforseglingen utføres ved hjelp av radiofrekvensoppvarming .

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,. karakterisert ved at varmeforseglingen utføres ved hjelp av radiofrekvens-oppvarmning ved en frekvens i området 10-50 perioder pr. sekund .

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at'skilleorganet er et hydraulisk gjennomtrengelig diafragma..

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakter!-s e r t v e d at skilleorganet' er en hovedsakelig hydraulisk ugjennomtrengelig, for ioner permselektiv membran.

5. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, k a r a k teris -ert ved at endene av hylstrene er utflaret, og ved at de utflarede ender av hylstere i nabolommer bringes i kontakt og varmeforsegles til hverandre ved hjelp av radiofrekvens-oppvarmning.

6. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-4, k. a fa k t e ri sert ved at hvert av hylstrene omfatter et antall tunger på kantene, derav, og ved at kantene og tungene på hylstere i nabolommer forsegles til hverandre ved radiofrekvens-oppvarmning .-

7. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at hylstere ved radiofrekvens-oppvarmnihg varmeforsegles til slissene hos slissede ark av et varmefor-. seglbart materiale plassert over de øvre og nedre overflater av katodekassen.

8. Fremgangsmåte ifølge krav.7, karakterisert ved at de slissede ark dannes av et organisk polymert materiale.

9.. Fremgangsmåte ifølge krav 7 eller 8, karakterisert ved at skilleorganet er et diafragma, -og ved at de slissede ark fremstilles av et hydraulisk gjennomtrengelig materiale som funksjonerer som et diafragma.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 7 eller 8, karakterisert ved at skilleorganet er en for ioner permseléktiv membran, og. ved at de slissede ark fremstilles av et for ioner permselektivt materiale som funksjonerer som en membran.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 1 i det vesentlige som beskrevet i det foregående og illustrert på Fig. 1-9.

12. Katodekasse kledd med et skilleorgan ved én fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-11. .

13. Elektrolysecelle omfattende en'katodekasse som har et antall lommer som er hovedsakelig .parallelle med hverandre og dannet av gjennomhullede vegger, et antall anoder som er hovedsakelig parallelle med hverandre og plassert i katodekassens lommer, karakterisert ved at katodekassen er kledd med et skilleorgan ved-en fremgangsmåte, som angitt' i et av kravene 1-11.'.