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Chloralkali-Verfahren

1890
Elektrolyseaufbau für das Chloralkali-Verfahren in einem historischen Labor, Chemieingenieurwesen.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

The chloralkali process is an industrial method for the Elektrolyse 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 Elektrolyse, 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

Störung

Revolutionär

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Humphry Davys erste Elektrolyse von Salzlösung
  • Erfindung des Dynamos zur Stromerzeugung im großen Maßstab
  • Entwicklung früher Membran- und Quecksilberzellentechnologien
  • Faradays Gesetze der Elektrolyse

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

Potenzielle Innovationsideen

  • Zero-Gap-Zellenkonfigurationen zur Minimierung des ohmschen Widerstands und des Energieverbrauchs
  • Sauerstoffverzehrkathoden, die Sauerstoff verbrauchen, anstatt Wasserstoff zu produzieren, wodurch die Zellspannung gesenkt wird
  • direkte Umwandlung von CO2 mit Wasserstoff aus dem Prozess zur Herstellung von Methanol
  • fortschrittliche Ionenaustauschmembranen mit höherer Selektivität und Haltbarkeit
  • Elektrolyse von Meerwasser zur Herstellung von Chlor zur Biofouling-Prävention vor Ort in Kraftwerken
  • kleine, modulare Chloralkali-Anlagen zur dezentralen Wasseraufbereitung
  • using renewable energy to power the process, creating ‘green’ chlorine and naoh
  • catalytic electrodes that reduce the Überspannung for chlorine evolution
Verwandt mit: Chloralkali-Verfahren, Elektrolyse, Chlor, Natriumhydroxid, Ätznatron, Sole, Membranzelle, industrielle Chemie.

Historischer Kontext

Chloralkali-Verfahren

1875-01-01
1881
1884
1890
1890
1899-01-01
1900
1870
1876
1882-01-01
1886-04-23
1890
1897
1900
1900

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

10. Jahr Jubiläum

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