Процесс Кастнера – Келлнера
Процесс Кастнера-Келлнера представляет собой метод электролиза водного ) для щелочи раствора хлорида (обычно раствора хлорида натрия получения соответствующего гидроксида щелочного металла . [1] изобретен американцем Гамильтоном Кастнером и австрийцем Карлом Келлнером в 1890-х годах. [2] [3] Из-за более низких затрат на энергию и меньшего количества экологических проблем процесс Кастнера-Келлнера постепенно заменяется мембранным электролизом. [4]
История
[ редактировать ]Первый патент на электролиз рассола был выдан в Англии в 1851 году Чарльзу Уатту . Однако его процесс не был экономически целесообразным методом производства гидроксида натрия, поскольку он не мог предотвратить реакцию хлора, образующегося в рассоле, с другими его компонентами. Американский химик и инженер Гамильтон Кастнер решил проблему смешивания с изобретением ртутного элемента и получил патент США в 1894 году. [5] австрийский химик Карл Келлнер Примерно в то же время к аналогичному решению пришел . Чтобы избежать судебной тяжбы, они стали партнерами в 1895 году, основав компанию Castner-Kellner Alkali Company, которая построила заводы, использующие этот процесс, по всей Европе. Процесс с использованием ртутных элементов используется и по сей день. [6] Существующие предприятия по производству ртутных элементов подвергаются критике за выбросы ртути в окружающую среду. [7] что в некоторых случаях приводит к тяжелому отравлению ртутью ( как это произошло в Японии ). В связи с этими опасениями, заводы по производству ртутных элементов постепенно выводятся из эксплуатации, и предпринимаются постоянные усилия по сокращению выбросов ртути на существующих предприятиях. [8]
Детали процесса
[ редактировать ]
Показанный аппарат разделен на два типа ячеек, разделенных шиферными стенками. В первом типе, показанном справа и слева на схеме, используется электролит из раствора хлорида натрия, графитовый анод (А) и ртутный катод (М). В ячейке другого типа, показанной в центре диаграммы, используется электролит из раствора гидроксида натрия , ртутный анод (М) и железный катод (D). Ртутный электрод является общим для двух ячеек. Это достигается за счет того, что стенки, разделяющие ячейки, опускаются ниже уровня электролитов, но при этом позволяют ртути течь под ними. [9]
Реакция на аноде (А):
- 2 кл. − → Cl 2 + 2 е −
выходит Образующийся в результате газообразный хлор в верхнюю часть внешних ячеек, где он собирается в качестве побочного продукта процесса. Реакция на ртутном катоде во внешних ячейках:
- Уже + + и − → Na (амальгама)
, Металлический натрий образующийся в результате этой реакции, растворяется в ртути с образованием амальгамы . Ртуть проводит ток от внешних ячеек к центральной ячейке. Кроме того, механизм качания (B показан в виде точки опоры слева и вращающегося эксцентрика справа) перемешивает ртуть, транспортируя растворенный металлический натрий из внешних ячеек в центральную.
Анодная реакция в центральной ячейке происходит на границе раздела ртути и раствора гидроксида натрия.
- 2Na (амальгама) → 2Na + + 2е −
Наконец, на железном катоде (D) центральной ячейки происходит реакция:
- 2H2O 2е + − → 2ОН − + Ч 2
Конечный эффект заключается в том, что концентрация хлорида натрия во внешних клетках снижается, а концентрация гидроксида натрия в центральной ячейке увеличивается. По мере продолжения процесса некоторое количество раствора гидроксида натрия выводится из центральной ячейки в качестве выходного продукта и заменяется водой. Хлорид натрия добавляется к внешним элементам, чтобы заменить то, что подверглось электролизу.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Полинг, Лайнус; Общая химия , 1970 г., изд. стр. 539–541 Издательство Дувра.
- ^ Триндер, Барри Стюарт; Страттон, Майкл (2000). Промышленная археология двадцатого века . Лондон: E&FN Spon. стр. 80–81. ISBN 978-0-419-24680-0 .
- ^ «Электролиз рассола» . Соль и химическая революция. Ассоциация производителей соли. Архивировано из оригинала 14 мая 2007 года.
- ^ «Меркурий» .
- ^ US 528322 , Castner, HY, «Процесс и устройство для электролитического разложения щелочных солей», выдан 30 октября 1984 г.
- ^ Кифер, Дэвид М. (апрель 2002 г.). «Когда индустрия рванулась вперед» . Сегодняшний химик за работой . Химические хроники. 11 (3). Американское химическое общество: 9.
- ^ «Хлорные заводы: главный, забытый источник ртутного загрязнения» . Океана. Архивировано из оригинала 20 июля 2011 года.
- ^ «Представление Всемирного совета по хлору о Глобальном ртутном партнерстве по сокращению содержания ртути в хлорщелочном секторе» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 25 мая 2011 г.
- ^ Ньюэлл, Лайман К.; Описательная химия с. 291; Округ Колумбия Хит и компания, 1903 год.