zum Directory-modus

Chloralkali-Elektrolyse

Als Chloralkali-Elektrolyse bezeichnet man die Elektrolyse von wässrigen Natriumchloridlösungen, die nach verschiedenen Verfahren durchgeführt wird.

Diaphragmaverfahren

Beim Diaphragmaverfahren sind Kathoden- und Anodenraum durch eine poröse Wand getrennt. Das Diaphragma soll eine Durchmischung der Lösungen im Kathoden- und Anodenraum durch Konvektion verhindern. Die Kathode besteht aus Eisen, die Anode aus Graphit.

Abb.1

Das Redoxpaar H2/H3O+ in einer neutralen NaCl-Lösung weist ein höheres Potenzial auf als Na/Na+. Da zudem die Überspannung des Wasserstoffs am Eisen nicht allzu groß ist, wird an der Kathode Wasserstoff entwickelt. Die in der Lösung vorhandenen Oxoniumionen entstammen dem Autoprotolysegleichgewicht des Wassers. Infolge Entladung von Oxoniumionen an der Kathode wird die Lösung im Kathodenraum basisch. An der Anode werden wegen der Überspannung des Sauerstoffs am Kohlenstoff Cl-Ionen entladen.

Abb.2

Die Elektrolyse liefert also die Produkte Wasserstoff, Chlor und Natronlauge. Um möglichst reine Natronlauge zu erhalten, muss eine Durchmischung der NaCl-Lösung mit der Natronlauge vermieden werden. Außerdem muss das gebildete Chlor von der Natronlauge ferngehalten werden, da sonst die Disproportionierung des Chlors stattfindet:

Cl2+ 2OH Cl+ ClO+ H2O

Beides wird durch die Verwendung des Diaphragmas erreicht.

Chloralkali-Elektrolyse nach dem Quecksilberverfahren

Die Chloralkali-Elektrolyse nach dem Quecksilberverfahren(Amalgamverfahren) arbeitet mit flüssigem Quecksilber als Kathode.

Abb.3

Als Anode wird Graphit verwendet. An der Anode erfolgt auch hier die Oxidation von Chlorid zu Chlor. Weil Wasserstoff an Quecksilber eine hohe Überspannung aufweist, werden hier Natriumionen entladen, wobei das gebildete Natrium sich im Quecksilber als Natriumamalgam löst. Durch Umpumpen des flüssigen Amalgams gelangt dieses in den wassergefüllten Zersetzer, wo die Umsetzung an Graphitkatalysatoren erfolgt.

Abb.4

Die Addition der Teilgleichungen ergibt dieselbe Gesamtgleichung wie beim Diaphragmaverfahren. Der Vorteil des Quecksilberverfahrens ist vor allem die höhere Reinheit der Natronlauge. Nachteilig sind hohe Reinheitsanforderungen an die NaCl-Sole und die zur Vermeidung der Umweltbelastung durch quecksilberhaltige Abwässer hohen Kosten für deren Reinigung. Da heute vor allem Chlor als Produkt gefragt ist, gewinnt das weniger problematische Diaphragmaverfahren wieder an Bedeutung. (Die Verhältnisse könnten sich umkehren, wenn künftig möglicherweise die Produktion von Organochlorverbindungen zurückgeht).