PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE60019256T2 09.03.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001125005
Titel KATHODE FÜR DIE ELEKTROLYSE VON WÄSSRIGEN LÖSUNGEN
Anmelder ARKEMA, Puteaux, FR
Erfinder ANDOLFATTO, Françoise, F-69006 Lyon, FR;
JOUBERT, Philippe, F-69005 Lyon, FR
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 60019256
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 18.08.2000
EP-Aktenzeichen 009587064
WO-Anmeldetag 18.08.2000
PCT-Aktenzeichen PCT/FR00/02341
WO-Veröffentlichungsnummer 0001014615
WO-Veröffentlichungsdatum 01.03.2001
EP-Offenlegungsdatum 22.08.2001
EP date of grant 06.04.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.03.2006
IPC-Hauptklasse C25B 11/06(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kathode, die für die Elektrolyse von wäßrigen Lösungen, in denen eine Wasserreduktionsreaktion stattfindet, verwendet werden kann.

Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine aktivierte Kathode, die für die Elektrolyse von wäßrigalkalischen Alkalimetallchloridlösungen und ganz besonders für die Herstellung von Chlor und Natriumhydroxid verwendet werden kann.

So erfolgt die technische Herstellung von Chlor und Natriumhydroxid in Elektrolysezellen, die jeweils mehrere Kathoden aus kohlenstoffarmem Stahl und mehrere mit einer Mischung von Titan- und Rutheniumoxid überzogenen Titananoden enthalten. Sie werden im allgemeinen mit einer Elektrolytlösung versorgt, die aus ungefähr 200 bis 300 g/l Natriumchlorid besteht.

Diese Kathoden aus kohlenstoffarmem Stahl haben jedoch als Wasserreduktionskathoden eine absolutwertmäßig relativ hohe Überspannung und besitzen außerdem eine unzureichende Beständigkeit gegenüber Korrosion durch gelöstes Chlor.

Unter „Überspannung" versteht man die Differenz zwischen dem thermodynamischen- Potential des betreffenden Redoxpaars (H2O/H2) gegenüber einer Referenzkathode und dem in dem betreffenden Medium tatsächlich gemessenen Potential gegenüber der gleichen Referenzelektrode. Der Begriff Überspannung wird konventionsgemäß zur Bezeichnung des Absolutwerts der kathodischen Überspannung verwendet werden.

Zur Beseitigung dieser Nachteile sind zahlreiche Kathoden vorgeschlagen worden.

So wird in der französischen Patentanmeldung FR 2 311 108 eine Kathode beschrieben, die als Substrat eine Platte aus Titan, Zirconium oder Niob oder einer im wesentlichen aus einer Kombination dieser Metalle bestehenden Legierung, auf der eine Metalloxidschicht, die im wesentlichen aus einem Oxid eines oder mehrerer unter Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium und Platin ausgewählten Metalle und gegebenenfalls einem Oxid eines oder mehrerer unter Calcium, Magnesium, Strontium, Barium, Zink, Chrom, Molybdän, Wolfram, Selen und Tellur ausgewählten Metalle besteht, aufgebracht ist, aufweist.

In der US-PS 4,100,049 wird eine Kathode beschrieben, die ein Substrat aus Eisen, Nickel, Cobalt oder einer Legierung dieser Metalle und einen Überzug aus Palladiumoxid und Zirconiumoxid aufweist.

In der europäischen Patentanmeldung EP 209427 wird eine Kathode beschrieben, die aus einem elektrisch leitenden Substrat aus Nickel, rostfreiem Stahl oder kohlenstoffarmem Stahl mit einem Überzug aus mehreren Metalloxidschichten besteht, wobei die Oberflächenschicht aus einem Oxid eines Ventilmetalls, d.h. eines Metalls aus den Gruppen 4b, 5b und 6b des Periodensystems der Elemente, besteht und die Zwischenschicht aus einem Oxid eines Edelmetalls aus der Gruppe VIII, d.h. Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium und Platin, besteht.

Die Zwischen- und Oberflächenschichten können aus dem Oxid des betreffenden einzelnen Metalls oder einem Mischoxid des betreffenden Metalls und des zweiten Metalls in kleinen Anteilen bestehen.

Diese Kathoden weisen zwar eine zufriedenstellende Überspannung auf, jedoch wurde bei eigenen Untersuchungen zur Beurteilung der Kathoden eine Änderung der Polarisationskurve nach der ersten Abtastung festgestellt, die eine Schädigung der Oberflächenschicht belegt, was einem guten Schutz des Subtrats abträglich ist und daher zu einer Verkürzung der Lebensdauer der Elektroden führt.

Es wurde nun eine Kathode gefunden, die die Verringerung der Überspannung der Wasserreduktionsreaktion in alkalischem Medium ermöglicht und dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aus einem elektrisch leitenden Substrat, das mit einer Zwischenschicht aus Oxiden auf Basis von Titan und einem Edelmetall aus der Gruppe VIII des Periodensystems der Elemente und mit einer Außenschicht aus Titan, Zirconium und ein Edelmetall aus der Gruppe VIII des Periodensystems der Elemente enthaltenden Metalloxiden überzogen ist, besteht, wobei das Edelmetall in der Außenschicht eine molare Menge zwischen 30 und 50%, bezogen auf die in die Zusammensetzung dieser Schicht eingehenden Metalle, ausmacht.

Unter einem Edelmetall aus der Gruppe VIII des Periodensystems der Elemente sind hier Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium oder Platin zu verstehen. Vorzugsweise verwendet man Ruthenium oder Iridium und ganz besonders Ruthenium.

Vorteilhafterweise enthält die Zwischenschicht Titan- und Rutheniumoxid.

Vorzugsweise enthält die Außenschicht aus Metalloxiden Zirconium-, Titan- und Rutheniumoxid.

Noch besser besteht die Außenschicht im wesentlichen aus ZrTiO4 mit RuO2 und gegebenenfalls ZrO2 und/oder TiO2.

Das Material, aus dem das Substrat besteht, kann unter elektrisch leitenden Materialien ausgewählt werden, vorteilhafterweise aus der Gruppe bestehend aus Titan, Nickel, Tantal, Zirconium, Niob, Eisen und Legierungen davon.

Vorzugsweise verwendet man Titan, Nickel, Eisen oder Legierungen davon.

Das Edelmetall/Titan-Molverhältnis in der Zwischenschicht liegt vorzugsweise zwischen 0,4 und 2,4.

Das Zirconium/Titan-Molverhältnis in der Außenschicht liegt im allgemeinen zwischen 0,25 und 9 und vorzugsweise zwischen 0,5 und 2.

Das Edelmetall in der Außenschicht macht zwischen 30 und 50 Mol-%, bezogen auf die in die Zusammensetzung dieser Schicht eingehenden Metalle, aus.

Die erfindungsgemäße Kathode kann nach einem Verfahren hergestellt werden, bei dem man die folgenden Schritte durchführt:

  • a) Oberflächenaufrauhende Vorbehandlung eines Substrats,
  • b) Beschichtung des vorbehandelten Substrats mit Hilfe einer Lösung A, die im wesentlichen Titan und ein Edelmetall enthält, gefolgt von Trocknung und dann Calcinierung des so beschichteten Substrats,
  • c) Beschichtung des in (b) erhaltenen Substrats mit Hilfe einer Lösung B, die Titan, Zirconium und ein Edelmetall enthält, gefolgt von Trocknung und Calcinierung des so beschichteten Substrats.

Bei der Vorbehandlung wird das Substrat im allgemeinen entweder gesandstrahlt und danach gegebenenfalls mit Säure gewaschen oder mit einer wäßrigen Lösung von Oxalsäure, Fluorwasserstoffsäure, einer Mischung von Fluorwasserstoffsäure und Salpetersäure, einer Mischung von Fluorwasserstoffsäure und Glycerin, einer Mischung von Fluorwasserstoffsäure, Salpetersäure und Glycerin oder einer Mischung von Fluorwasserstoffsäure, Salpetersäure und Wasserstoffperoxid gebeizt und danach ein- oder mehrmals mit entgastem vollentsalztem Wasser gewaschen.

Das Substrat kann in Form einer massiven Platte, einer Lochplatte, eines Streckmetalls oder eines Kathodenkorbs aus Streckmetall oder Lochmetall vorliegen.

Die Lösung A wird im allgemeinen hergestellt, indem man bei Umgebungstemperatur und unter Rühren im wesentlichen ein anorganisches oder organisches Salz von Titan und einem Edelmetall mit Wasser oder in einem organischen Lösungsmittel, gegebenenfalls in Gegenwart eines Chelatbildners, in Berührung bringt. Zur Erleichterung der Auflösung der Salze kann man bei einer über Umgebungstemperatur liegenden Temperatur arbeiten.

Vorteilhafterweise bringt man ein anorganisches oder organisches Salz von Titan und einem Edelmetall mit Wasser oder in einem organischen Lösungsmittel, gegebenenfalls in Gegenwart eines Chelatbildners, in Berührung.

Das Titan und das Edelmetall liegen in der Lösung A vorzugsweise in einer Konzentration von höchstens 10 mol/l vor.

Die Lösung B wird im allgemeinen hergestellt, indem man bei Umgebungstemperatur und unter Rühren im wesentlichen ein anorganisches oder organisches Salz von Titan, Zirconium und einem Edelmetall mit Wasser oder in einem organischen Lösungsmittel, gegebenenfalls in Gegenwart eines Chelatbildners, in Berührung bringt. Wenn das Inberührungbringen exotherm ist, kühlt man das Reaktionsmedium mit einem Eisbad.

Vorteilhafterweise bringt man ein anorganisches oder organisches Salz von Titan, Zirconium und einem Edelmetall mit Wasser oder in einem organischen Lösungsmittel, gegebenenfalls in Gegenwart eines Chelatbildners, in Berührung.

Bevorzugte Titan- und Edelmetallsalze sind Chloride, Oxidchloride, Nitrate, Oxidnitrate, Sulfate und Alkoxide. Vorteilhafterweise verwendet man Edelmetallchloride, Rutheniumchloride, Titanchloride und Titanoxidchloride.

Als Zirconiumsalze kann man Chloride, Sulfate, Zirconylchlorid, Zirconylnitrat, und Alkoxide wie Butylzirconat verwenden.

Besonders bevorzugt sind Zirconium- und Zirconylchloride.

Als organisches Lösungsmittel seien niedere Alkohole, vorzugsweise Isopropanol und Ethanol, und noch besser Isopropanol und absolutes Ethanol genannt.

Zwar kann man zur Herstellung der Lösung B sowohl Wasser als auch ein organisches Lösungsmittel verwenden, aber trotzdem ist die Verwendung eines organischen Lösungsmittels bevorzugt, wenn die Metallsalze bei Umgebungstemperatur fest sind.

So verwendet man bei Verwendung von Zirconiumchlorid als Metallsalz als Lösungsmittel absolutes Ethanol oder absolutes Isopropanol.

Das Titan und das Zirconium liegen in der Lösung B im allgemeinen in einer Konzentration von 0,5 bis 5 mol/l vor. Die Edelmetallkonzentration in der Lösung B liegt im allgemeinen zwischen 0,05 und 10 mol/l und vorzugsweise zwischen 0,1 und 5 mol/l.

Das Aufbringen der Lösung A auf das vorbehandelte Substrat kann nach verschiedenen Techniken durchgeführt werden, wie nach dem Sol-Gel-Verfahren, durch elektrochemische Abscheidung, galvanische Abscheidung, Aufspritzen oder Beschichten. Vorteilhafterweise wird das vorbehandelte Substrat mit der Lösung A beschichtet, beispielsweise mit einem Pinsel. Das so beschichtete Substrat wird dann an der Luft und/oder in einem Ofen bei einer Temperatur unter 150°C getrocknet. Danach wird das Substrat an der Luft oder auch unter Inertgasen wie Stickstoff oder Argon oder auch unter sauerstoffangereicherten Inertgasen über einen Zeitraum von 10 Minuten bis 2 Stunden bei einer Temperatur von mindestens 300°C und vorzugsweise zwischen 450°C und 550°C calciniert.

Für den Schritt (c) des Verfahrens kann man sich der gleichen Aufbringungstechniken sowie der gleichen Arbeitsbedingungen für die Trocknung und Calcinierung bedienen wie in Schritt (b), außer daß die Auftragung mit Lösung B durchgeführt wird.

Zur Beschichtung des vorbehandelten Substrats mit einer Zwischenschicht und einer Außenschicht kommen auch noch andere Techniken in Betracht, wie CVD-Abscheidung, PVD-Abscheidung oder Plasmaspritzen.

Man kann die Lösung A sowohl auf eine Seite des vorbehandelten Substrats als auch auf beide Seiten aufbringen. Man kann auch die Lösung B auf beide Seiten des mit der Zwischenschicht überzogenen Substrats aufbringen.

Je nach der gewünschten Dicke der Zwischenschicht kann man den Verfahrensschritt (b) mehrmals wiederholen. Desgleichen kann man den Verfahrensschritt (c) mehrmals wiederholen.

In der Zwischenschicht ist die Masse an aufgebrachtem Produkt mindestens gleich 2 g/m2 und liegt im allgemeinen zwischen 10 g/m2 und 60 g/m2 und vorzugsweise zwischen 20 g/m2 und 35 g/m2, bezogen auf die geometrische Oberfläche des Substrats.

Die Konzentration der Lösung A wird zweckmäßigerweise so gewählt, daß diese bevorzugte aufgebrachte Masse durch eine vernünftige Zahl von Wiederholungen von Schritt (b), vorzugsweise 1–10malige Wiederholung, erhältlich ist.

In der Außenschicht ist die Masse an aufgebrachtem Produkt mindestens gleich 5 g/m2 und liegt im allgemeinen zwischen 5 g/m2 und 70 g/m2 und vorzugsweise zwischen 25 g/m2 und 50 g/m2, bezogen auf die geometrische Oberfläche des Substrats. Im allgemeinen stellt man die Lösung B so her, daß mit ihrer Konzentration eine bevorzugte aufgebrachte Masse dadurch erhältlich ist, daß man Schritt (c) mindestens 1mal und vorzugsweise 2- bis 10mal wiederholt.

Die erfindungsgemäße Kathode eignet sich ganz besonders gut für die Elektrolyse von wäßrigen Alkalimetallchloridlösungen und insbesondere wäßrigen NaCl-Lösungen.

Durch Verwendung der Kathode in Kombination mit einer Anode gelingt die elektrolytische Synthese von Chlor und einem Alkalimetallhydroxid in hoher Faraday-Ausbeute.

Als Anode seien dimensionsstabile Anoden (DSA-Anoden) genannt, die aus einem mit einer Schicht auf Titan- und Rutheniumoxid überzogenen Titansubstrat bestehen. Das Ruthenium/Titan-Molverhältnis in dieser Schicht liegt vorteilhafterweise zwischen 0,4 und 2,4.

Die erfindungsgemäße Kathode besitzt den Vorteil, daß sie im Elektrolysebetrieb eine kleinere Überspannung aufweist als die Kathoden des Standes der Technik.

Außerdem unterliegt die erfindungsgemäße Kathode keinen Änderungen der ersten Charakterisierungszyklen und hat eine größere chemische Stabilität gegenüber aggressiven alkalischen Medien.

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele erläutert, ohne sie einzuschränken.

BEISPIELE 1. HERSTELLUNG EINER KATHODE (erfindungsgemäß) 1.1 VORBEHANDLUNG UND AUFBRINGUNG DER ZWISCHENSCHICHT

Eine Titanplatte mit einer Dicke von 2mm und den Abmessungen 4 cm × 1 cm mit angeschweißtem Rundstift zur Stromzuführung wird mit Korundteilchen gesandstrahlt.

Dann stellt man eine Ruthenium und Titan in äquimolarer Menge enthaltende Lösung A her, indem man bei Umgebungstemperatur unter Rühren 2,45 g RuCl3 mit einer Reinheit größer gleich 98%, 3,64 cm3 TiOCl2.2HCl mit 127 g/l Ti und 2,5 cm3 absolutem Isopropanol vermischt.

Dann wird das Ende einer der Seiten der vorbehandelten Platte, entsprechend einer Fläche von 1 cm × 4 cm, mit einem Pinsel mit der Lösung A beschichtet und dann bei Umgebungstemperatur 30 Minuten an der frischen Luft trocknen gelassen. Die beschichtete Platte wird dann 30 Minuten in einem Ofen bei 120°C weitergetrocknet und danach in einem Ofen an der Luft 30 min bei 500°C calciniert.

Diese Arbeitsgänge (Beschichten, Trocknen und Calcinieren) werden noch 2mal wiederholt, und nach den drei Beschichtungen beträgt die aufgebrachte Masse an Rutheniumoxid und Titanoxid 18 g/m2, bezogen auf die geometrische Oberfläche der Platte.

1.2 AUFBRINGUNG DER AUSSENSCHICHT Allgemeine Arbeitsweise

Man vermischt unter Rühren Zirconiumchlorid oder -oxidchlorid, Rutheniumchlorid und Titanchlorid oder -oxidchlorid mit absolutem Ethanol. Im Fall der Chloride stellt man die Lösung B in der Kälte her und hält sie bis zu ihrer Verwendung unter Rühren mit einem Eis/Wasser-Bad kalt.

Im Fall der Oxidchloride wird die Lösung B bei 60°C hergestellt und bis zu ihrer Verwendung unter Rühren bei dieser Temperatur gehalten.

Dann beschichtet man die in 1.1 beschichtete Platte mit einem Pinsel mit der Lösung B. Dann wird die Platte in einer ersten Stufe bei Umgebungstemperatur 30 Minuten an der frischen Luft getrocknet und dann in einer zweiten Stufe 30 Minuten in einem Ofen bei 120°C weitergetrocknet und danach in einem Ofen an der Luft 30 min bei 500°C calciniert.

Diese Arbeitsgänge (Beschichten, Trocknen und Calcinieren) werden mehrmals wiederholt, bis man eine aufgebrachte Masse an Oxiden von 30 g/m2 bis 45 g/m2, bezogen auf die geometrische Oberfläche der Platte, erhält.

2. BEURTEILUNG DER KATHODE – ARBEITSWEISE:

Die Leistungsfähigkeit der Kathode in bezug auf die Reduktion von Wasser wird ausgehend von einer in einer Lösung aus 1 M NaOH bei einer Temperatur zwischen 20°C und 25°C (Umgebungstemperatur) erstellten Polarisationskurve beurteilt.

Unter einer Polarisationskurve versteht man die Kurve des Verlaufs des gegenüber einer Referenzelektrode, beispielsweise einer gesättigten Kalomelelektrode (SCE), gemessenen Kathodenpotentials als Funktion der Stromdichte.

Der Versuchsaufbau besteht aus der zu beurteilenden Kathode, einer Platin-Gegenelektrode (Oberfläche 5 cm2) und einer SCE-Referenzelektrode mit Kapillarverlängerung, die in unmittelbarer Nähe der Kathode angeordnet ist.

Das Ganze wird in die mit einem Magnetrührer gerührte Elektrolytlösung (1 M NaOH) getaucht.

Die drei Elektroden werden mit den Klemmen eines Potentiostaten verbunden. Das Kathodenpotential wird mittels der Apparatur eingestellt, und nach Äugilibrierung des Systems wird der Wert des durch das System gehenden Stroms abgelesen.

Dieses Potential wird von –0 mV/SCE bis –1500 mV/SCE variiert.

BEISPIEL 1 (ERFINDUNGSGEMÄSS)

Man stellt eine Lösung B her, indem man unter Rühren in einem Glaskolben 1,07 g RuCl3, 2,59 g ZrOCl2.8H2O und 1,55 ml TiOCl2.2HCl in 7 ml absolutem Ethanol löst, also eine molare Gesamtzusammensetzung von 0,3 Ru-0,7 (Ti, 2 Zr).

Dann beschichtet man die mit der Zwischenschicht beschichtete Platte mit der so hergestellten Lösung B und trocknet und calciniert sie an der Luft wie in der allgemeinen Arbeitsweise angegeben. Diese Arbeitsgänge werden 8mal wiederholt, und nach der letzten Calcinierung beträgt die aufgebrachte Masse 39 g/m2, bezogen auf die geometrische Oberfläche der Platte.

Die so hergestellte Kathode wird mit Hilfe der oben beschriebenen Arbeitsweise beurteilt. Das Kathodenpotential beträgt –1,375 V/SCE für eine Stromdichte von –2 kA/m2.

Zum Vergleich sei angegeben, daß das Kathodenpotential einer Nickelkathode unter den gleichen Bedingungen –1,475 V/SCE beträgt.

BEISPIEL 2 (ERFINDUNGSGEMÄSS)

Man stellt eine Lösung B her, indem man unter Rühren in einem Glaskolben 2,49 g RuCl3, 2,59 g ZrOCl2.8H2O und 1,55 ml TiOCl2.2HCl in 10 ml absolutem Ethanol löst, also eine molare Gesamtzusammensetzung von 0,5 Ru-0,5 (Ti, 2 Zr).

Dann beschichtet man die mit der Zwischenschicht beschichtete Platte mit der so hergestellten Lösung B und trocknet und calciniert sie an der Luft wie in der allgemeinen Arbeitsweise angegeben. Diese Arbeitsgänge werden 8mal wiederholt, und nach der letzten Calcinierung beträgt die externe aufgebrachte Masse 41 g/m2, bezogen auf die geometrische Oberfläche der Platte.

Die so hergestellte Kathode wird mit Hilfe der oben beschriebenen Arbeitsweise beurteilt. Das Kathodenpotential beträgt –1,195 V/SCE für eine Stromdichte von –2 kA/m2.

BEISPIEL 3 (ERFINDUNGSGEMÄSS)

Man stellt eine Lösung B her, indem man unter Rühren in einem mit einem Eisbad gekühlten Glaskolben 2,49 g RuCl3, 2,80 g ZrCl4 und 1,32 ml TiCl4 in 10 ml absolutem Ethanol löst, also eine molare Gesamtzusammensetzung von 0,5 Ru-0,5 (Ti, Zr).

Dann beschichtet man die mit der Zwischenschicht beschichtete Platte mit der so hergestellten Lösung B und trocknet und calciniert sie an der Luft wie in der allgemeinen Arbeitsweise angegeben. Diese Arbeitsgänge werden 8mal wiederholt, und nach der letzten Calcinierung beträgt die aufgebrachte Masse 45 g/m2 der Platte, bezogen auf die geometrische Oberfläche der Platte. Die so hergestellte Kathode wurde mit Hilfe der oben beschriebenen Arbeitsweise beurteilt. Das Kathodenpotential beträgt –1,190 V/SCE für eine Stromdichte von –2 kA/m2 in 1 M NaOH-Lösung.

BEISPIEL 4 (NICHT ERFINDUNGSGEMÄSS)

Es wird eine Kathode gemäß der Patentanmeldung EP 209 427 hergestellt und beurteilt.

Das Substrat besteht aus einer 4 × 1 × 0,2 cm großen Platte mit angeschweißtem Rundstift zur Stromzuführung. Es wird eine Oberflächenbehandlung mit Korund durchgeführt.

Bei Umgebungstemperatur wird eine Lösung von 2 g RuCl3 in 2 ml Ethanol hergestellt. Die Vergleichsplatte wird mit dieser Lösung beschichtet. Danach wird die Platte 30 Minuten bei 120°C an der Luft getrocknet und dann an der Luft calciniert (500°C, 30 Minuten). Man erhält einen Auftrag von 16 mg/m2 RuO2.

Bei Umgebungstemperatur wird eine Lösung von 2,6 ml TiOCl2.HCl mit 2,5 mol/l Ti in 2 cm3 Ethanol hergestellt. Es werden die gleichen Beschichtungs-, warmtrocknungs- und Luftcalcinierungsbehandlungen durchgeführt. So werden 8,5 g/m2 TiO2 aufgebracht.

Das Kathodenpotential dieser Elektrode beträgt –1,240 V/SCE für eine Stromdichte von –2 kA/m2, bestimmt nach der oben beschriebenen Arbeitsweise.

Dieses Potential ist zwar zufriedenstellend, jedoch beobachtet man eine große Änderung der Polarisationskurve nach der ersten Abtastung und das Erscheinen von festen Teilchen in der Lösung, was für eine Modifizierung und Schädigung der Oberflächenschicht charakteristisch ist, die den Langzeiteinsatz dieser Kathode verbietet.


Anspruch[de]
  1. Kathode für die Elektrolyse von wäßrigen Lösungen, bestehend aus einem elektrisch leitenden Substrat, das mit einer Zwischenschicht aus Oxiden auf Basis von Titan und einem Edelmetall aus der Gruppe VIII des Periodensystems der Elemente und mit einer Außenschicht aus Titan, Zirconium und ein Edelmetall aus der Gruppe VIII des Periodensystems der Elemente enthaltenden Metalloxiden überzogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Edelmetall in der Außenschicht eine molare Menge zwischen 30 und 50%, bezogen auf die in die Zusammensetzung dieser Schicht eingehenden Metalle, ausmacht.
  2. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus der Gruppe bestehend aus Titan, Nickel, Tantal, Zirconium, Niob, Eisen und Legierungen davon ausgewählt ist.
  3. Kathode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus Titan, Eisen oder Nickel besteht.
  4. Kathode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Edelmetall aus der Gruppe VIII des Periodensystems der Elemente um Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium oder Platin handelt.
  5. Kathode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Edelmetall um Ruthenium oder Iridium handelt.
  6. Kathode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus Titan- und Rutheniumoxid besteht.
  7. Kathode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschicht aus Metalloxiden Zirconium-, Titan- und Rutheniumoxid enthält.
  8. Kathode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen aus ZrTiO4 mit RuO2 und gegebenenfalls ZrO2 und/oder TiO2 besteht.
  9. Kathode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Edelmetall/Titan-Molverhältnis in der Zwischenschicht zwischen 0,4 und 2,4 liegt.
  10. Kathode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zirconium/Titan-Molverhältnis in der Zwischenschicht zwischen 0,25 und 9 liegt.
  11. Kathode nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Zirconium/Titan-Molverhältnis in der Zwischenschicht zwischen 0,5 und 2 liegt.
  12. Verwendung einer Kathode nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Elektrolyse von wäßrigen Alkalimetallchloridlösungen.
  13. Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den wäßrigen Alkalimetallchloridlösungen um wäßrige NaCl-Lösungen handelt.
  14. Verfahren zur Herstellung von Chlor und Alkalimetallhydroxid durch Elektrolyse des entsprechenden Chlorids unter Verwendung einer Kathode nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Es folgt kein Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com