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Chloralkali-Verfahren

1890
Elektrolyseaufbau für das Chloralkaliverfahren in einem alten Labor, Chemietechnik.

(generate image for illustration only)

The chloralkali process is an industrial Verfahren for the electrolysis of sodium chloride (NaCl) solution, known as brine. It is the primary source for producing chlorine (Cl₂), sodium hydroxide (NaOH), and hydrogen (H₂), which are essential commodity chemicals. Modern methods use a membrane cell to separate the anode and cathode products, ensuring high purity and efficiency.

The chloralkali process is one of the largest-scale applications of electrolysis, fundamental to the modern chemical industry. The overall reaction is [latex]2NaCl + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + Cl_2 + H_2[/latex]. The process takes place in an electrolytic cell with a brine solution as the electrolyte. At the anode, chloride ions are oxidized to form chlorine gas: [latex]2Cl^- \rightarrow Cl_2 + 2e^-[/latex]. At the cathode, water is reduced to form hydrogen gas and hydroxide ions: [latex]2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 + 2OH^-[/latex].

Ein kritischer Aspekt des Prozesses besteht darin, die Produkte Chlor und Natriumhydroxid getrennt zu halten, da sie sonst zu Natriumhypochlorit und Chlorat reagieren würden. Früher wurde dies durch die Verwendung von Quecksilberzellen oder Diaphragmazellen erreicht, diese wurden jedoch aufgrund von Umweltbedenken (Quecksilberverschmutzung) und geringerer Effizienz weitgehend ausgemustert. Der moderne Standard ist die Membranzelle. Diese Zelle verwendet eine Kationenaustauschmembran (normalerweise aus einem perfluorierten Polymer wie Nafion), die Anoden- und Kathodenraum trennt. Die Membran ist durchlässig für positive Ionen wie Na⁺, aber undurchlässig für negative Ionen wie Cl⁻ und OH⁻. Natriumionen wandern durch die Membran vom Anodenraum zum Kathodenraum, wo sie sich mit den an der Kathode erzeugten Hydroxidionen verbinden und hochreines Natriumhydroxid bilden.

Diese Technologie verbesserte die Energieeffizienz und Produktreinheit des Chloralkali-Prozesses erheblich und eliminierte gleichzeitig die mit Quecksilber verbundenen Umweltgefahren. Die gleichzeitige Produktion dreier wichtiger Chemikalien macht den Prozess wirtschaftlich komplex, da die Marktnachfrage nach Chlor und Natronlauge (NaOH) ausgeglichen werden muss.

UNESCO Nomenclature: 3305
- Chemieingenieurwesen

Typ

Industrieller Prozess

Unterbrechung

Revolutionär

Verwendung

Weit verbreitete Verwendung

Vorläufersubstanzen

  • humphry davy’s initial electrolysis of brine
  • Erfindung des Dynamos zur Stromerzeugung im großen Maßstab
  • Entwicklung früher Membran- und Quecksilberzellentechnologien
  • faraday’s laws of electrolysis

Anwendungen

  • Herstellung von PVC-Kunststoff (aus Chlor)
  • Wasserreinigungs- und Desinfektionsmittel (Chlor und Natriumhypochlorit)
  • Zellstoff- und Papierherstellung (Bleichen)
  • Herstellung von Seifen, Waschmitteln und Textilien (Natriumhydroxid)
  • chemische Synthese für eine breite Produktpalette

Patente:

NA

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