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Processo Cloro-álcali

1890
Sistema de eletrólise para o processo cloro-álcali em um laboratório antigo, engenharia química.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

The chloralkali process is an industrial method 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].

Um aspecto crucial do processo é manter os produtos, cloro e hidróxido de sódio, separados, pois, caso contrário, reagiriam para formar hipoclorito e clorato de sódio. Historicamente, isso era conseguido usando células de mercúrio ou células de diafragma, mas estas foram amplamente descontinuadas devido a preocupações ambientais (poluição por mercúrio) e menor eficiência. O padrão moderno é a célula de membrana. Esta célula utiliza uma membrana de troca catiônica (normalmente feita de um polímero perfluorado como o Nafion) que separa os compartimentos do ânodo e do cátodo. A membrana é permeável a íons positivos como o Na⁺, mas impermeável a íons negativos como o Cl⁻ e o OH⁻. Os íons de sódio migram através da membrana do compartimento do ânodo para o compartimento do cátodo, onde se combinam com os íons hidróxido produzidos no cátodo para formar hidróxido de sódio de alta pureza.

Essa tecnologia melhorou significativamente a eficiência energética e a pureza do produto no processo cloro-álcali, eliminando os riscos ambientais associados ao mercúrio. A coprodução de três produtos químicos principais torna a economia do processo complexa, pois a demanda de mercado por cloro e soda cáustica (NaOH) precisa ser equilibrada.

UNESCO Nomenclature: 3305
Engenharia química

Tipo

Processo Industrial

Interrupção

Revolucionário

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • A eletrólise inicial da salmoura de Humphry Davy
  • invenção do dínamo para geração de eletricidade em larga escala
  • desenvolvimento das primeiras tecnologias de diafragma e células de mercúrio
  • Leis de Faraday da eletrólise

Aplicações

  • Produção de plástico PVC (a partir de cloro)
  • purificação de água e desinfetantes (cloro e hipoclorito de sódio)
  • fabricação de celulose e papel (branqueamento)
  • Produção de sabões, detergentes e têxteis (hidróxido de sódio)
  • síntese química para uma vasta gama de produtos

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

  • zero-gap cell configurations to minimize ohmic resistance and energy use
  • oxygen depolarized cathodes that consume oxygen instead of producing hydrogen, lowering cell voltage
  • direct conversion of co2 using hydrogen from the process to produce methanol
  • advanced ion-exchange membranes with higher selectivity and durability
  • electrolysis of seawater to produce chlorine for on-site biofouling prevention in power plants
  • small-scale, modular chloralkali plants for decentralized water treatment
  • using renewable energy to power the process, creating ‘green’ chlorine and naoh
  • catalytic electrodes that reduce the sobrepotencial for chlorine evolution
Relacionado a: processo cloro-álcali, eletrólise, cloro, hidróxido de sódio, soda cáustica, salmoura, célula de membrana, química industrial.

Contexto histórico

Processo Cloro-álcali

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

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

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