ব্রাইনের তড়িৎবিশ্লেষণ

ব্রাইনের তড়িৎবিশ্লেষণে ব্যবহৃত মেমব্রেন সেল। এনোডে (A) ক্লোরাইড (Cl⁻) জারিত হয়ে ক্লোরিন উৎপন্ন করে। মেমব্রেন (B) শুধুমাত্র Na+ কে অতিক্রম করতে দেয় কিন্তু (OH⁻) কে বাঁধা দেয়। ক্যাথোডে (C) পানি বিজারিত হয়ে হাইড্রোক্সাইড এবং হাইড্রোজেন গ্যাস উৎপন্ন করে

মেমব্রেন সেলে সোডিয়াম হাইড্রোক্সাইড উৎপাদনের জন্য সোডিয়াম ক্লোরাইডের জলীয় দ্রবনকে তড়িৎ বিশ্লেষণ করা হয়।

ব্রাইনের সম্পৃক্ত দ্রবণকে একটি প্রকোষ্ঠে প্রেরণ করা হয় যেখানে ক্লোরাইড আয়ন এনোডে জারিত হয়, ইলেকট্রন হারিয়ে ক্লোরিন গ্যাস তৈরী করেঃ

2Cl⁻ → Cl
2 + 2e⁻

ক্যাথোডে পানি থেকে উৎপন্ন ধনাত্বক হাইড্রোজেন আয়ন হাইড্রোজেন গ্যাস এবং হাইড্রোক্সাইড আয়ন উৎপন্ন করেঃ

2H
2O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻

মেমব্রেন সেলের মেমব্রেনটি আয়ন ভেদী এজন্য একে আয়ন-এক্সচেঞ্জ মেমব্রেন বলে। এই মেমব্রেন সোডিয়াম আয়নকে (Na⁺) অপরপার্শ্বে যেতে দেয় যেখানে হাইড্রোক্সাইড আয়নের সাথে বিক্রিয়া করে কস্টিক সোডা (NaOH) প্রস্তুত করে। ব্রাইনের তড়িৎবিশ্লেষণের সামগ্রিক বিক্রিয়াটি নিম্নরূপঃ

2NaCl + 2H
2O → Cl
2 + H
2 + 2NaOH

ক্লোরিন এবং হাইড্রোজেন আয়নকে আলাদা রাখতেই মেমব্রেন সেল ব্যবহার করা হয়। কারণ ক্লোরিন এবং হাইড্রোজেন আয়ন পরষ্পরের সংস্পর্ষে এলে ক্লোরাইড এবং হাইপোক্লোরাইট আয়ন গঠন করেঃ

Cl
2 + 2OH⁻ → Cl⁻ + ClO⁻ + H
2O

60 °C এর বেশি তাপমাত্রায় ক্লোরেট গঠন করেঃ

3Cl
2 + 6OH⁻ → 5Cl⁻ + ClO
3⁻ + 3H
2O

ক্লোরিন ক্ষয়কারক সেজন্য এনোড (যেখানে ক্লোরিন উৎপন্ন হয়) অবশ্যই ক্ষয়রোধী, অবিক্রিয়ক ধাতু যেমন টাইটেনিয়াম দিয়ে তৈরী হতে হবে। অন্যদিকে ক্যাথোড (যেখানে হাইড্রোক্সাইড গঠিত হয়) সহজে জারিত হয় এমন ধাতু যেমন নিকেল দিয়ে তৈরী করা যাবে।

মেমব্রেন সেলে এনোড এবং ক্যাথোড আয়নভেদী মেমব্রেন দ্বারা আলাদা করা থাকে। এই পুরো প্রক্রিয়াকে একত্রে ইলেকট্রোলাইজার বলে। একটি ইলেকটোলাইজারে একাধিক সেল থাকে। সেক্ষেত্রে এনোড এবং ক্যাথোডের সমন্বয়ে বাইপোলার ফ্রেম ব্যবহার করা হয়। দুটি ফ্রেমের মাঝে মেমব্রেনকে স্থাপন করা হয়। স্যাচুরেটেড ব্রাইন (সোডিয়াম ক্লোরাইডের সম্পৃক্ত দ্রবণ) এনোড অংশে এসিড সহ প্রবেশ করানো হয়। একে এনোলাইট বলা হয়। DC কারেন্ট রেক্টিফায়ারের মাধ্যমে ইলেকট্রোলাইজারের মাধ্যমে পরিচালিত করা হয়। NaCl এর উপাদানে ভেঙে যায়। কিন্তু মেমব্রেন শুধু মাত্র Na⁺ আয়নকে অপরপার্শ্বে যেতে দেয়। সেখানে উৎপন্ন হাইড্রোক্সাইড আয়নের সাথে মিলিত হয়ে কস্টিক সোডা উৎপন্ন করে। এনোডে ক্লোরাইড আয়ন জারিত হয়ে ক্লোরিন গ্যাস গঠন করে এবং ক্যাথোডে হাইড্রোজেন গ্যাস গঠিত হয়। উৎপন্ন হাইড্রোজেন এবং ক্লোরিন গ্যাসকে উচ্চতাপে হাইড্রোক্লোরিক এসিড গঠন করে। ক্লোরিণ গ্যাসকে তরলীকরণ করে সিলিন্ডারে করে বাজারজাত করা হয়।

মেমব্রেন সেল পদ্ধতিতে পরিবেশ দূষণের মাত্রা অপেক্ষাকৃত কম বলে বাংলাদেশ, জাপানসহ বিশ্বের বিভিন্ন দেশে এই পদ্ধতিতে কস্টিক সোডা উৎপাদন করা হয়।

ডায়াফ্রেম সেল পদ্ধতিতে দুই প্রকোষ্ঠকে একটি ভেদ্য ডায়াফ্রাম যা দ্বারা আলাদা করা হয়। ডায়াফ্রাম সাধারনত এসবেস্টস দিয়ে তৈরী করা হয়। ব্রাইন এনোড কম্পার্টমেন্টে প্রবেশ করানো হয় এবং এখান থেকে ক্যাথোড কম্পার্টমেন্টে প্রবাহিত হয়। মেমব্রেন সেলের মত এনোডে ক্লোরাইড আয়ন জারিত হয়ে ক্লোরিন তৈরী করে, পানি ভেঙে কস্টিক সোডা ও হাইড্রোজেন তৈরী করে। ডায়াফ্রাম কস্টিক সোডা এবং ক্লোরিন গ্যাসকে পরষ্পরের সংস্পর্শে আসা থেকে বিরত রাখে।

সেল থেকে পাতলা কস্টিক ব্রাইন বেরিয়ে আসে। লবনকে আলাদা করা হয়। ইভাপোরেটর ব্যবহার করে কস্টিক সোডাকে সাধারনত ৫০% ঘনত্বে রূপান্তর করা হয়। এটা করতে প্রতি টন কস্টিকের জন্য তিন টন বাষ্প ব্যবহার করা হয়। কস্টিক ব্রাইন থেকে আলদা করা লবন পূনরায় সম্পৃক্ত ব্রাইন হিসেবে ব্যবহার করা হয়। ক্লোরিনের সাথে কিছু অক্সিজেন মিশ্রিত থাকে যা তরলীকরন (লিকুয়েফিকেশান) এবং বাষ্পায়ন (ইভাপোরেশান) পদ্ধতিতে বিশুদ্ধ করা হয়।

ক্লোর‍্যালক্যালি পদ্ধতিতে ব্যবহৃত মার্কারি (পারদ) সেল

মার্কারি সেল পদ্ধিতি কাস্টনার-কেলনার পদ্ধতি নামেও পরিচিত। পারদ বা মার্কারির পাতলা লেয়ার দিয়ে ক্যাথোড প্রস্তুত করা হয়। সম্পৃক্ত ব্রাইন দ্রবন ক্যাথোডের উপর প্রবাহিয় করা হয়। এনোডে ক্লোরিন উৎপন্ন হয়। ক্যাথোডে পারদের সাথে মিলিত হয়ে সোডিয়াম-মার্কারি এমালগাম হিসেবে সোডিয়াম উৎপন্ন হয়।

এমালগাম সেল থেকে বের করে আনা হয় এবং পানির সাথে বিক্রিয়া করানো হয়। এমালগাম ভেঙে সোডিয়াম হাইড্রোক্সাইড এবং মার্কারি গঠন করে। মার্কারিকে পূনরায় ইলেকট্রোলাইট সেলে ব্যবহার করা যায়। মার্কারির ক্ষতিকর প্রভাবে পরিবেশ দূষণ হয়। কানাডা এবং জাপানে এর ব্যাপক ক্ষতিকর প্রভাব দেখা দেয়। বাংলাদেশের প্রথম কস্টিক উৎপাদনকারী প্লান্ট চট্টগ্রাম কেমিক্যালস মার্কারি সেল পদ্ধতিতে কস্টিক উৎপাদন করতো। পরবর্তিতে মার্কারি ব্যবহারে নিষেদ্ধাজ্ঞা জারী করা হয়।