DE3607446C2 - - Google Patents
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- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B3/00—Electrolytic production of organic compounds
- C25B3/20—Processes
- C25B3/25—Reduction
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Description
Chlor- und Brom-Essigsäuren sind die Mono-, Di- und Trihalogenessigsäuren
der Formeln
CH₂ClCOOHCH₂BrCOOH
CHCl₂COOHCHBr₂COOH
CCl₂COOHCBr₃COOH
Für manche Zwecke ist es erforderlich, die bei bestimmten
Prozessen anfallenden Chlor- und Brom-Essigsäuren vollständig
oder teilweise zu enthalogenieren. Die teilweise Enthalogenierung
der 3fach und der 2fach halogenierten
Essigsäuren ist z. B. dann wünschenswert bzw. notwendig,
wenn beabsichtigt ist, die monohalogenierten Essigsäuren
durch Chlorierung bzw. Bromierung von Essigsäure in möglichst
hohen Ausbeuten zu erhalten. Bei der Chlorierung
und Bromierung der Essigsäure entstehen nämlich - auch wenn
man nicht mehr Halogen als zur Monohalogenierung notwendig
verwendet - immer auch mehr oder weniger bedeutende Mengen
der Di- sowie gegebenenfalls auch noch der Tri-Halogenessigsäure,
was natürlich die Ausbeute der gewünschten
Monohalogenverbindung beeinträchtigt.
Es wurden daher bereits verschiedene Verfahren entwickelt,
um die 2- und 3fach halogenierten Essigsäuren zu enthalogenieren
und die Enthalogenierung auch bei der Monohalogenstufe
anzuhalten. Nach dem z. B. in der DE-PS 8 48 807
beschriebenen Verfahren erfolgt diese Enthalogenierung auf
elektrochemischem Weg durch Elektrolyse der entsprechenden
Mischungen oder Lösungen in ungeteilten Elektrolysezellen.
Als Kathodenmaterialien werden Kohle, Acheson-Graphit, Blei
und Magnetit, als Anodenmaterialien Kohle und Magnetit
namentlich genannt. Die Gegenwart indifferenter Stoffe oder
anorganischer Verunreinigungen der Ausgangs-Halogenessigsäuren
soll sich hier nicht störend bemerkbar machen.
Nach den Beispielen wird bei einer Stromdichte von etwa 500
bis 700 A/m² gearbeitet. Die Elektrolysetemperatur liegt
unterhalb 100°C.
Die Stoffausbeuten an den gewünschten teilweise - oder auch
vollständig - enthalogenierten Produkten sollen zwischen 95
und 100% d. Th. liegen.
Etwa nach Beispiel 2 wird folgendes Gemisch elektrolysiert:
Die Elektrolyse des Gemisches erfolgte nach den Angaben in
dem genannten Beispiel in Form einer 60%igen wäßrigen Lösung
unter Verwendung von Magnetit-Kathoden und Kohle-Anoden bei einer Spannung von im Mittel 3,25 V und einer Stromdichte von 500 bis 600 A/m²
bei 65°C
bis zur Enthalogenierung der Di- und Tri-Chloressigsäuren bis zur Monohalogenstufe. Die Ausbeute an Monochloressigsäure wird als nahezu quantitativ angegeben.
unter Verwendung von Magnetit-Kathoden und Kohle-Anoden bei einer Spannung von im Mittel 3,25 V und einer Stromdichte von 500 bis 600 A/m²
bei 65°C
bis zur Enthalogenierung der Di- und Tri-Chloressigsäuren bis zur Monohalogenstufe. Die Ausbeute an Monochloressigsäure wird als nahezu quantitativ angegeben.
In Beispiel 4 wird die Elektrolyse noch bis zur vollständigen
Enthalogenierung - d. i. bis zur halogenfreien Essigsäure - weitergeführt.
Die für diesen Prozeß wesentliche Enthalogenierung ist eine
an der Kathode stattfindende Reduktionsreaktion. Etwa für
die teilweise Enthalogenierung der Dichloressigsäure bis
zur Stufe der Monochloressigsäure kann folgende Reaktionsgleichung
angegeben werden:
CHCl₂COOH + 2H⁺ + 2 e → CH₂ClCOOH + HCl
Die Reaktion der aggressiven Halogenessigsäuren an der Kathode
wirkt auf das Kathodenmaterial in erheblichem Maß
korrodierend, wie auch durch eigene Elektrolyseversuche unter
Verwendung von Magnetit- und von Blei-Kathoden gezeigt
werden konnte. An Kohle-Kathoden ist die Korrosion kaum
gravierend. Nachteilig für sämtliche hier genannten Kathodenmaterialien
ist jedoch, daß bei einer Erhöhung der
Stromdichte in zunehmendem Maß Wasserstoffentwicklung an
der Kathode erfolgt, und die Elektroden im Dauerversuch
über 600 h mit einem Belag bedeckt werden, der die Reinigung
der Kathode erforderlich macht, was natürlich die
Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erheblich beeinträchtigt.
An der Anode findet zumindest teilweise die Entladung der
an der Kathode gebildeten Halogenionen statt; im Falle von
Chlorionen also:
2 Cl- → Cl₂ + 2 e
In den ungeteilten Zellen gemäß der vorerwähnten DE-PS kann
das anodisch gebildete Halogen mit dem an der Kathode enthalogenierten
Produkt leicht in Kontakt kommen und wieder
zum Ausgangsprodukt "zurückreagieren"; z. B.
CH₂ClCOOH + Cl₂ → CHCl₂COOH + HCL
Diese "Rückreaktion" kann durch die Durchführung der Elektrolyse
in geteilten Elektrolysezellen verhindert werden.
Die zum Zeitpunkt der Anmeldung der vorerwähnten DE-PS
(im Jahr 1942) bekannten Diaphragmen-Materialien (für die
Teilung der Zellen in Kathoden- und Anodenraum) hielten jedoch
der Einwirkung der aggressiven Halogenessigsäuren und
des mindestens ebenso aggressiven Halogens insbesondere in
der Wärme nicht lange Stand. Deswegen werden in der genannten
DE-PS auch geteilte Elektrolysezellen als ungeeignet für
die elektrolytische Enthalogenierung von Halogenessigsäuren
beurteilt.
Mit der Entwicklung der chemisch und thermisch außerordentlich
stabilen Membranmaterialien aus perfluorierten Polymeren
in neuerer Zeit ist jedoch auch die Durchführung der
Elektrolyse mit aggressiven Reagentien in geteilten Zellen
möglich geworden.
Ein Verfahren zur elektrochemischen Enthalogenierung von
Dichloressigsäure bis zur Stufe der Monochloressigsäure in
geteilten Elektrolysezellen ist in der JP-A-54 (1979)-76521
beschrieben; als Membranmaterialien werden hier speziell
Kationenaustauschermembranen aus perfluorierten Polymeren
mit noch COOH- oder SO₃H-Gruppen am Polymerengerüst verwendet.
Bei diesem Verfahren dienen Blei oder Bleilegierungen als
Kathoden-Werkstoffe; der Katholyt ist eine wäßrige Lösung
von Dichloressigsäure+HCL und/oder H₂SO₄ mit einer Leitfähigkeit
über 0,01 Ohm-1 × cm-1.
Als Anodenmaterialien sind Graphit, Blei, Bleilegierungen
sowie Titan mit einem Überzug von Oxiden der Platinmetalle
genannt; als Anolyt dient eine wäßrige Mineralsäurelösung,
wobei Sauerstoffsäuren als Mineralsäuren bevorzugt sind,
weil hier keine Chlor-, sondern nur Sauerstoffentwicklung
erfolgt:
H₂O → 1/2 O₂ + 2 H⁺ + 2 e
Für das Membranmaterial wird die erforderliche Ionenaus
tauschkapazität in Gramm Trockengewicht des Austauscherharzes
angegeben, die nötig sind, um 1 Grammäquivalent Base
zu neutralisieren. Für Membranmaterial mit Carboxylgruppen
soll die Austauschkapazität 500 bis 1500, vorzugsweise
500 bis 1000,
für Membranmaterial mit SO₃H-Gruppen 500 bis 1800, vorzugsweise 1000 bis 1500, betragen.
für Membranmaterial mit SO₃H-Gruppen 500 bis 1800, vorzugsweise 1000 bis 1500, betragen.
Die Stromdichten bewegen sich in ähnlichen Größenordnungen
wie diejenigen des Verfahrens der vorher erwähnten
DE-PS 8 48 807. Bei einer Konzentration der Dichloressigsäure
unter 25% soll die Stromdichte unter 10 A/dm²=1000 A/m²,
bei einer Dichloressigsäurekonzentration unter 15% unterhalb 800 A/m² und
bei einer Dichloressigsäurekonzentration unter 10% unterhalb 400 A/m² liegen.
bei einer Dichloressigsäurekonzentration unter 15% unterhalb 800 A/m² und
bei einer Dichloressigsäurekonzentration unter 10% unterhalb 400 A/m² liegen.
Selbst die hier als Kathoden bevorzugten reinen Bleikathoden
unterliegen noch einer erheblichen Korrosion. Bei der
Elektrolyse mit einer Kathode aus 99,99%igem Blei und einer
Elektrodenfläche von 1 dm² sowie einer Stromdichte von
4 A/dm²=400 A/m² soll in 4 Stunden ein Gewichtsverlust
der Kathode von 59,6 mg eingetreten sein.
Für verschiedene Bleilegierungen wird unter den gleichen
Bedingungen folgender Gewichtsverlust angegeben:
Pb + 4% Sn: 62,3 mg
Pb + 6% Sn: 64 mg
Pb + 1,8% Ag:112,4 mg
Nach den Beispielen liegen die Stromausbeuten durchweg um
95% und darüber.
Obwohl die bekannten elektrochemischen Verfahren zur teilweisen
oder vollständigen Enthalogenierung von Chlor- und
Bromessigsäuren verschiedene Vorteile besitzen, sind sie
doch insbesondere hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit
der Kathodenmaterialien und der relativ niedrigen Stromdichten
noch verbesserungsbedürftig; es bestand daher die
Aufgabe, die bekannten Verfahren noch vor allem bezüglich
der Kathodenmaterialien und der Stromdichten zu verbessern
und die Verfahren damit noch wirtschaftlicher zu machen.
Diese Aufgabe konnte erfindungsgemäß dadurch gelöst werden,
daß man als Ausgangs-Elektrolyselösungen solche wäßrigen
Lösungen der Chlor- bzw. Bromessigsäuren verwendet, die
noch ein oder mehrere Salze von Metallen mit einer Wasserstoffüberspannung
von mindestens 0,4 V (bei einer Stromdichte
von 4000 A/m² gelöst enthalten.
Erfindungsgegenstand ist daher ein Verfahren zur Enthalogenierung
von Chlor- und von Bromessigsäuren durch Elektrolyse
wäßriger Lösungen dieser Säuren unter Verwendung von
Kohlenstoffkathoden und von Anoden ebenfalls aus Kohlenstoff
oder aus anderen üblichen Elektrodenmaterialien in ungeteilten
oder in geteilten (Elektrolyse-) Zellen
das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Elektrolyse mit wäßrigen Elektro
lyselösungen in den ungeteilten Zellen bzw. im Kathodenraum
der geteilten Zellen durchführt, die noch ein oder mehrere Salze von
Metallen mit einer Wasserstoffüberspannung von mindestens
0,4 V (bei einer Stromdichte von 4000 A/m²) gelöst enthalten.
Als Salze von Metallen mit einer Wasserstoffüberspannung
von mindestens 0,4 V (bei einer Stromdichte von 4000 A/m²)
kommen hauptsächlich die löslichen Salze von Cu, Ag, Au,
Zn, Cd, Hg, Sn, Pb, Ti, Zr, Bi, V, Ta, Cr und/oder Ni, vorzugsweise
nur die löslichen Cu- und Pb-Salze, in Frage. Die
gängigsten Anionen dieser Salze sind hauptsächlich Cl-,
Br-, SO₄2-, NO₃- und CH₃OCO-. Diese Anionen können aber
nicht in gleicher Weise mit allen vorerwähnten Metallen
kombiniert werden, weil hier in einigen Fällen schwer lösliche
Salze resultieren (wie z. B. AgCl und AgBr; hier kommt
als lösliches Salz in erster Linie AgNO₃ in Frage).
Die Salze können der Elektrolyselösung direkt zugesetzt
oder auch z. B. durch Zugabe von Oxiden, Carbonaten etc. -
in einigen Fällen auch der Metalle selbst (sofern löslich)
- in der Lösung erzeugt werden.
Die Salzkonzentration im Elektrolyten der ungeteilten Zelle
sowie im Katholyten der geteilten Zelle wird zweckmäßig auf
etwa 0,1 bis 5000 pm, vorzugsweise auf etwa 10 bis
1000 ppm, eingestellt.
Durch diese Abänderung der bekannten Verfahren ist eine außerordentliche
Korrosionsbeständigkeit der Elektroden, verbunden
mit der Möglichkeit des Arbeitens bei um den Faktor
etwa 10 höheren Stromdichten (bis etwa 8000 A/m²) gewährleistet,
ohne daß sich auch bei längerem Dauerbetrieb Beläge
auf den Elektroden bilden; das Verfahren ist daher
außerordentlich wirtschaftlich und fortschrittlich.
Es war nach dem Stand der Technik in keiner Weise zu erwarten,
daß durch die Kombination von Kohlekathoden und der
Gegenwart bestimmter Metallsalze in der Elektrolyt- bzw.
Katholyt-Lösung eine derartige Erhöhung der Wirtschaftlichkeit
des Verfahrens - insbesondere durch die Möglichkeit
des Arbeitens mit höheren Stromdichten ohne die Bildung von
Belägen auf den Elektroden - erzielt wird.
Als Ausgangsverbindungen für das Verfahren werden vorzugsweise
Trichlor- und Dichloressigsäure sowie Tribrom- und
Dibromessigsäure, insbesondere nur Trichlor- und/oder
Dichloressigsäure verwendet; die Elektrolyse wird hier vorzugsweise
nur bis zur Monohalogenstufe (Monochlor- bzw. Mono
bromessigsäure) geführt.
Die Fortführung der Elektrolyse bis zur (völlig enthalogenierten)
Essigsäure ist natürlich möglich, aber nicht
bevorzugt.
Als Elektrolyt (in der ungeteilten Zelle) bzw. Katholyt (in
der geteilten Zelle) können im Prinzip wäßrige Lösungen
der Ausgangs-Halogenessigsäuren aller möglichen Konzentrationen
(ca. 1 bis 95%) verwendet werden. Die Lösungen können
auch noch Mineralsäuren (z. B. HCl, H₂SO₄ etc.) und müssen
den erfindungsgemäßen Gehalt an bestimmten Metallsalzen
enthalten.
Der Anolyt (in der geteilten Zelle) ist bevorzugt eine
wäßrige Mineralsäure, insbesondere wäßrige Salzsäure und
Schwefelsäure.
Als Kohlenstoffkathoden kommen im Prinzip alle möglichen
Kohle-Elektrodenmaterialien in Frage wie z. B. Elektrodengraphite,
imprägnierte Graphitwerkstoffe und auch glasartiger
Kohlenstoff.
Während der Elektrolyse scheidet sich auf der Kathode das
dem erfindungsgemäß zugesetzten Metallsalz zugrundeliegende
Metall ab, was zu einer Veränderung der Eigenschaften der
Kathode führt. Dadurch kann die kathodische Stromdichte auf
Werte bis zu etwa 8000 A/m², vorzugsweise bis zu etwa 6000 A/m²,
erhöht werden, ohne daß als Nebenreaktionen zu starke
Wasserstoffentwicklung und ein Fortgang der Enthalogenierungsreaktion
über die gewünschte Stufe hinaus auftreten.
Das auf der Kathode abgeschiedene Metall wird von der die
Kathode umgebenden sauren Lösung immer wieder teilweise
aufgelöst und dann wieder abgeschieden usw. Eine störende
Belagbildung auf der Kathode findet nicht statt.
Als Anodenmaterial kann das gleiche Material wie für die
Kathode verwendet werden. Darüber hinaus ist auch der Einsatz
anderer üblicher Elektrodenmaterialien, die jedoch unter
den Elektrolysebedingungen inert sein müssen, möglich.
Ein bevorzugtes derartiges anderes übliches Elektrodenmaterial
ist Titan, beschichtet mit TiO₂ und dotiert mit einem
Edelmetalloxid wie z. B. Platinoxid.
Bevorzugte Anolyt-Flüssigkeiten sind wäßrige Mineralsäuren
wie z. B. wäßrige Salzsäure oder wäßrige Schwefelsäure.
Hierbei ist der Einsatz der wäßrigen Salzsäure dann vorzuziehen, wenn
man in geteilten Zellen arbeitet und für das
anodisch gebildete Chlor anderweitige Verwendungsmöglichkeiten
existieren; andernfalls ist der Einsatz der wäßrigen
Schwefelsäure günstiger.
Von den beiden Möglichkeiten der Elektrolysezellen, in denen
das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann -
ungeteilte und geteilte Zellen - ist die Durchführung in
den geteilten Zellen bevorzugt. Zur Teilung der Zellen in
Anoden- und Kathodenraum kommen hier die gleichen Ionen
austauschermembranen in Frage wie sie auch in der vorerwähnten
JP-A-54 (1979)-76521 beschrieben sind; d. s. also
solche aus perfluorierten Polymeren mit Carboxyl- und/oder
Sulfonsäuregruppen, vorzugsweise auch mit den in der JP-A
angegebenen Ionenaustauschkapazitäten. Auch die Verwendung
von im Elektrolyten stabilen Diaphragmen aus anderen perfluorierten
Polymeren oder anorganischen Werkstoffen ist
im Prinzip möglich.
Die Elektrolysetemperatur soll unter 100°C liegen; vorzugsweise
liegt sie zwischen etwa 5 und 95°C, insbesondere zwischen
etwa 40 und 80°C.
Es ist möglich, die Elektrolyse sowohl kontinuierlich als
auch diskontinuierlich durchzuführen. Besonders zweckmäßig
ist eine Arbeitsweise in geteilten Elektrolysezellen mit
diskontinuierlicher Ausführung der Kathodenreaktion und
kontinuierlichem Betrieb der Anodenreaktion. Wenn der Anolyt
HCL enthält, wird durch die anodische Chlorentwicklung
ständig CL- verbraucht, was durch laufende Ergänzung von
gasförmigem HCL oder von wäßriger Salzsäure auszugleichen
ist.
Die Aufarbeitung des Elektrolyseproduktes erfolgt auf bekannte
Weise, z. B. durch Destillation. Die Metallsalze
bleiben hier im Rückstand und können wieder in den Prozeß
zurückgeführt werden.
Die Erfindung wird nun durch die folgenden Beispiele näher
erläutert. Nach den (Erfindungs-) Beispielen A folgen noch
einige Verlgeichsbeispiele B, aus denen hervorgeht, daß an
Magnetitkathoden (anstelle von Kohlenstoffkathoden) auch in
Gegenwart eines Bleisalzes in der Elektrolytlösung,
nicht unerhebliche Korrosion und bei höheren Stromdichten
auch beträchtliche Wasserstoffentwicklung erfolgt. Ein weiteres
Vergleichsbeispiel mit einer Kohlenstoffkathode, aber
ohne den erfindungsgemäßen Zusatz eines Metallsalzes zur
Elektrolytlösung, zeigt, daß hier bereits bei nicht zu hohen
Stromdichten in erheblichem Ausmaß Wasserstoff gebildet
wird; setzt man der Elektrolytlösung dagegen noch etwa ein
Bleisalz zu, so unterbleibt die Wasserstoffentwicklung und
die Stromdichte kann erhöht werden.
Die in sämtlichen (Erfindungs- und Vergleichs-) Beispielen
verwendete Elektrolysezelle war eine geteilte (Platten- und
Rahmen-) Umlaufzelle.
Umlaufzelle mit 0,02 m² Elektrodenfläche, Elektrodenabstand
4 mm
Elektroden: Elektrodengraphit EH (der Firma Sigri, Meitingen)
Kationenaustauschermembran: ®Nafion 315 (der Firma DuPont); es handelt sich um eine 2-Schichtenmembran aus Copoly merisaten aus Perfluorsulfonyl ethoxyvinylether+Tetrafluor ethylen. Auf der Kathodenseite befindet sich eine Schicht mit dem Äquivalentgewicht 1300, auf der Anodenseite eine solche mit dem Äquivalentgewicht 1100.
Elektroden: Elektrodengraphit EH (der Firma Sigri, Meitingen)
Kationenaustauschermembran: ®Nafion 315 (der Firma DuPont); es handelt sich um eine 2-Schichtenmembran aus Copoly merisaten aus Perfluorsulfonyl ethoxyvinylether+Tetrafluor ethylen. Auf der Kathodenseite befindet sich eine Schicht mit dem Äquivalentgewicht 1300, auf der Anodenseite eine solche mit dem Äquivalentgewicht 1100.
Abstandhalter: Polyethylennetze
Durchfluß: 500 l/h
Temp.: 25-40°C
Stromdichte: 4000 A/m²
Klemmenspannung: 8-4,8 V
Anolyt: konz. HCL, kontinuierlich ergänzt durch gasförmige HCL
Durchfluß: 500 l/h
Temp.: 25-40°C
Stromdichte: 4000 A/m²
Klemmenspannung: 8-4,8 V
Anolyt: konz. HCL, kontinuierlich ergänzt durch gasförmige HCL
Die Zusammensetzung des Katholyten und das Elektrolyseergebnis
sind aus der folgenden Tabelle ersichtlich:
Umlaufzelle mit 0,25 m² Elektrodenfläche, Elektrodenabstand
4 mm
Elektroden: Elektrodengraphit EH (der Firma Sigri, Meitingen)
Kationenaustauschermembran: ®Nafion 324 (der Firma DuPont) es handelt sich um eine 2-Schichtenmembran der gleichen Zusammensetzung wie Nafion 315, lediglich mit etwas dünneren Schichten.
Elektroden: Elektrodengraphit EH (der Firma Sigri, Meitingen)
Kationenaustauschermembran: ®Nafion 324 (der Firma DuPont) es handelt sich um eine 2-Schichtenmembran der gleichen Zusammensetzung wie Nafion 315, lediglich mit etwas dünneren Schichten.
Abstandhalter: Polyethylennetze
Durchfluß: 1,6 m³/h
Temp.: 25-60°C
Stromdichte: 4000 A/m²
Klemmenspannung: 6-4,5 V
Anolyt: konz. HCL, kontinuierlich ergänzt durch gasförmige HCL
Durchfluß: 1,6 m³/h
Temp.: 25-60°C
Stromdichte: 4000 A/m²
Klemmenspannung: 6-4,5 V
Anolyt: konz. HCL, kontinuierlich ergänzt durch gasförmige HCL
Ausgangskatholyt:
9,03 kg Dichloressigsäure
14,29 kg Monochloressigsäure
3,18 kg Essigsäure
13,20 kg Wasser
4 g CuSO₄ · 6H₂O ( 25 ppm Cu2+)
9,03 kg Dichloressigsäure
14,29 kg Monochloressigsäure
3,18 kg Essigsäure
13,20 kg Wasser
4 g CuSO₄ · 6H₂O ( 25 ppm Cu2+)
Elektrolyseergebnis:
20,79 kg Monochloressigsäure
0,15 kg Dichloressigsäure
3,18 kg Essigsäure
17,2 kg Wasser
2,52 kg HCL
20,79 kg Monochloressigsäure
0,15 kg Dichloressigsäure
3,18 kg Essigsäure
17,2 kg Wasser
2,52 kg HCL
Stromverbrauch: 531 Ah
Stromausbeute: 68,2%
Stromausbeute: 68,2%
Umlaufzelle mit 0,02 m² Elektrodenfläche, Elektrodenabstand
6 mm
Anode: Elektrodengraphit EH (der Firma Sigri, Meitingen)
Kathode: mit Magnetit vollständig und dicht beschichteter Edelstahl
Kationenaustauschermembran: ®Nafion 324 (der Firma DuPont)
Abstandhalter: Polyethylennetze
Durchfluß: 500 l/h
Temp.: 39°C
Anolyt: konz. HCl, kontinuierlich ergänzt durch gasförmige HCl
Anode: Elektrodengraphit EH (der Firma Sigri, Meitingen)
Kathode: mit Magnetit vollständig und dicht beschichteter Edelstahl
Kationenaustauschermembran: ®Nafion 324 (der Firma DuPont)
Abstandhalter: Polyethylennetze
Durchfluß: 500 l/h
Temp.: 39°C
Anolyt: konz. HCl, kontinuierlich ergänzt durch gasförmige HCl
Es wurde ein Katholyt mit der Zusammensetzung
1,15 kg Monochloressigsäure
1,28 kg Dichloressigsäure
0,24 kg Essigsäure
1,43 kg Wasser
1,28 kg Dichloressigsäure
0,24 kg Essigsäure
1,43 kg Wasser
bei einer Stromdichte von 2000 A/m² elektrolysiert. Die
Klemmenspannung betrug 3,2 V. Der Anteil des Stroms, der
für die Entwicklung von Wasserstoff verbraucht wurde, lag
bei 14,3%.
Nach der Zugabe von 0,75 g Pb(OAc)₂ · 2 H₂O (100 ppm Pb2+)
ging die Wasserstoffentwicklung kurzzeitig zurück, stieg
dann aber wieder an.
Nach 270 Ah wurden 28% des Stroms für Wasserstoffentwicklung
verbraucht, nach 350 Ah lag der Wert bei 45% und stieg
dann weiter auf ca. 80%.
Nach einem Ladungsverbrauch von 752 Ah erhielt man einen
Elektrolyten mit der Zusammensetzung:
1,77 kg Monochloressigsäure
0,42 kg Dichloressigsäure
0,27 kg Essigsäure
1,93 kg Wasser
0,24 kg HCl
0,0105 kg Eisen als Fe3+/Fe2+ (aus dem Magnetit)
0,4 · 10-3 kg Blei als Pb2+
0,42 kg Dichloressigsäure
0,27 kg Essigsäure
1,93 kg Wasser
0,24 kg HCl
0,0105 kg Eisen als Fe3+/Fe2+ (aus dem Magnetit)
0,4 · 10-3 kg Blei als Pb2+
Die Stromausbeute für diese geringfügige Abreicherung der
Dichloressigsäure betrug nur 44%. An der Magnetitschicht
der Kathode wurden schwere Korrosionsschäden festgestellt.
Die Korrosionsrate betrug 14 mgFe/Ah.
Unter den in den Erfindungsbeispielen (A) 1-8 beschriebenen
Bedingungen, aber ohne den Zusatz eines Metallsalzes,
wurde ein Katholyt mit der Zusammensetzung
5,72 kg Monochloressigsäure
1,98 kg Dichloressigsäure
2 kg Essigsäure
4,4 kg H₂O · HCl
bei einer Stromdichte von 1250 A/m² elektrolysiert. Die Klemmenspannung betrug 3,9 V. Nach einem Stromverbrauch von 1104 Ah stieg der Anteil des Stroms, der für die Entwicklung von Wasserstoff verbraucht wurde auf 49%.
1,98 kg Dichloressigsäure
2 kg Essigsäure
4,4 kg H₂O · HCl
bei einer Stromdichte von 1250 A/m² elektrolysiert. Die Klemmenspannung betrug 3,9 V. Nach einem Stromverbrauch von 1104 Ah stieg der Anteil des Stroms, der für die Entwicklung von Wasserstoff verbraucht wurde auf 49%.
Nach Zugabe von 10 g Pb(NO₃)₂ (400 ppm Pb2+) zum Katholyten
fand keine Wasserstoffentwicklung mehr statt. Die
Stromdichte konnte auf 4000 A/m² erhöht werden
(Klemmenspannung 4,1 V; Temperatur 52°C). Die Nebenreaktion
der Wasserstoffentwicklung setzte bei einer
Dichloressigsäure-Konzentration von 3% wieder ein. Die
Stromausbeute für die Reduzierung des Dichloressigsäure-
Anteils auf 0,15 kg betrug 97,2%.
Claims (4)
1. Verfahren zur Enthalogenierung von Chlor- und von
Brom-Essigsäuren durch Elektrolyse wäßriger Lösungen
dieser Säuren unter Verwendung von Kohlenstoffkathoden
und von Anoden ebenfalls aus Kohlenstoff oder aus anderen
üblichen Elektrodenmaterialien in ungeteilten oder
in geteilten (Elektrolyse-) Zellen,
dadurch gekennzeichnet, daß man die Elektrolyse mit
wäßrigen Elektrolyselösungen in den ungeteilten Zellen
bzw. im Kathodenraum der geteilten Zellen durchführt,
die noch ein oder mehrere Salze von Metallen mit einer
Wasserstoffüberspannung von mindestens 0,4 V (bei
einer Stromdichte von 4000 A/m²) gelöst enthalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man die Elektrolyse mit wäßrigen Lösungen durchführt,
die als Salze von Metallen mit einer Wasserstoffüberspannung
von mindestens 0,4 V (bei einer Stromdichte
von 4000 A/m²) die löslichen Salze von Cu, Ag, Au, Zn,
Cd, Hg, Sn, Pb, Ti, Zr, Bi, V, Ta, Cr und/oder Ni enthalten.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Konzentration der Salze von Metallen
mit einer Wasserstoffüberspannung von mindestens 0,4 V
(bei einer Stromdichte von 4000 A/m²) in der Elektrolyselösung
ca. 0,1 bis 5000 ppm, vorzugsweise ca. 10
bis 1000 ppm, beträgt.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß man als Membranmaterial in den geteilten
Elektrolysezellen Kationenaustauschermembranen aus perfluorierten
Polymeren mit Carboxyl- und/oder Sulfonsäure-
Gruppen einsetzt.
Priority Applications (14)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863607446 DE3607446A1 (de) | 1986-03-07 | 1986-03-07 | Verfahren zur enthalogenierung von chlor- und von bromessigsaeuren |
DE8787102846T DE3761151D1 (de) | 1986-03-07 | 1987-02-27 | Verfahren zur enthalogenierung von chlor- und von bromessigsaeuren. |
AT87102846T ATE48657T1 (de) | 1986-03-07 | 1987-02-27 | Verfahren zur enthalogenierung von chlor- und von bromessigsaeuren. |
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