Патент 1150989

Биполярная ионообменная мембрана

 

БИПОЛЯРНАЯ ИОНООБМЕННАЯ МЕМБРАНА для электрохимических про цессрв, включающая биполярную мембрану с катионообменным и анионообменным слоем, отличающаяся тем, что, с цепью увеличения выхода по току водородных и гидроксильных ионов и повышения -чистоты получаемых продуктов, биполярная ионообменная мембрана для электрохимических процессов дополнительно снабжена перфорированными ионообменными мембранами, установленными в рамке на расстоянии от биполярной мембраны, причем анионообменная мембрана - со стороны анионообменного слоя, а катионообменная - со стороны катионообменного слоя, причем все мембраны соединены между собой по периметру. S

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21 ) 3634930/23-26 (22) 22 07*83 (46) 15 ° 1 1 а90а Бюпа М -42 (71) Институт химии Дальневосточного научного .центра АН СССР (72):В«П«Гребень,:Н Я«Пивоваров, :В Л ° Лацков« . ИаГаРодзик и:Н,Я «Коварский (53) 621 «359 а 2 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 745193, кл С 25 В 13/04, 1978

"Х. Physical Chemistry", 60, ¹ 49

435 1 956 а (54) (57) БИПОЛЯРНАЯ ИОНООБМЕННАЯ

МЕМБРАНА для электрохимических про цессов, включающая биполярную мембИзобретение относится к области электрохимических производств, в частности к биполярным ионообменным мембранам, которые могут быть исполь" зованы в процессах электродиализа при получении кислот и щелочей из растворов солей и проведения химических превращений, протекающих с участием водородных и гидроксильных ионов»

Цель изобретения - уменьшение переноса через биполярную мембрану ионов электролита, находящегося с ней в контакте, и увеличение выхода по току водородных и гидроксильиых ионов и повышение чистоты получаемого продукта, На чертеже изображен общий вид предлагаемой мембраны, Биполярная ионообменная мембрана содержит биполярную ионообменную мембрану, имеющую катионообменный,.SUÄÄ 1150989 А 1 р1)5 С 25 В 13/00, В 01 П 69/00 рану с катионообменным и анионооб менным слоем, отличающаяся тем, что, с целью увеличения выхода

IIo току водородных и гидроксильных ионов и повышения .чистоты получаемых продуктов, биполярная ионообменная мембрана для электрохимических процессов дополнительно снабжена перфорированными ионообменными мембранами, установленными в рамке на расстоянии от биполярной мембраны, причем анионообменная мембрана - со стороны анионообменного слоя, а катионообменная - со стороны катионообменного слоя, причем все мембраны соединены между собой по периметру слой 1 и анионообменный слой 2, катионообменную 3 H дополнительную анионообменную 4 мембраны, на кото« рых выполнены перфорации:5, Все мембраны соединены между собой по периметру;6« Способ соединения мембран не имеет существенного значения, например мембраны по периметру могут быть склеены, сварены, сжаты между рамками устройства, в котором ис пользуется биполярная мембрана, или заключены в отдельную рамку

Если биполярная мембрана установ лена в электрохимической ячейке так, чтобы ее катионообменная стороны была обращена к катоду, то при пропускании постоянного электрического тока через ячейку концентрация раствора, находящегося между дополнитель . ной катионообменной 3, биполярной, образованной слоями 1, 2 и дополни1150989 тельной анионообменной 4 мембранами, значительно понизится по сравнению с концентрацией внешнего электролита, Поэтому заявляемая биполярная мембS рана генерирует водородные и гидрок= сильные ионы с большим выходом по то ку, чем известная биполярная мембрана, состоящая из катионообменного и анионообменного слоев Можно было бы 10 предположить, что выход по току водородных и гидроксильных ионов должен быть максимальным, если при изготовлении предлагаемой биполярной мембраны взять неперфорированные допол-. нительные катионообменную 3 и анионо обменную 4 мембраны, Однако опытным путем показано, что в этом случае из за сильного обессоливания электролита, находящегося между катионооб менной 3, биполярной, образованной слоями 1, 2 и анионообменной 4 мембранами, падение напряжения на такой биполярной мембране в рабочем диапа-зоне плотностей тока (500=1000 А/м ) 25 ,8 достигается 30:В, Такая биполярная мембрана непригодна для эксплуатации в электродиализаторах

Наличие перфораций 5 в дополни тельных катионообменной 3 и анионо- 30 обменной 4 мембранах позволяет снизить падение напряжения на заявляемой биполярной мембране, поскольку через перфорации 5 внешний электролит поступает в слои между дополнптель=ной катионообменной 3, биполярной, образованной слоями 1, 2, и дополни тельной анионообменной 4 мембранами, что увеличивает их электропроводность 40

Изменением относительной площади перфораций 5 (площади перфораций, приходящейся на единицу поверхности мембраны) можно регулировать поступ ление и концентрацию электролита в этих слоях Оптимальная относитель ная площадь перфораций 5 зависит от свойств катионообменной и анионообмениой мембран, составляющих предлагаемую биполярную мЕмбрану, и условий ее работы: уменьшается при увеличении концентрации внешнего электролита и при увеличении диффузионной проницаемости перфорированных мембран 3, 4 и увеличивается при увеличении плотности тока., Поэтому в каждом конкретном случае оптимальная относительная площадь перфораций определяется экспериментально до соблю" дения следующего условия: падение напряжения на предлагаемой мембране цолжно быть равно сумме падений напряжений на катионообменной 3, бипо лярной, .образованной слоями 1, 2, и анионообменной 4 мембранах.

П р и м e:ð, Гетерогенную сульфокатионитовую мембрану МК-40 и гетеро генную высокоосновную мембрану

МА-41 в воздушно-сухом состоянии перфорируют нанесением на их поверх ность сквозных отверстий 5 площадью и

1 мм . Предлагаемую биполярную мембрану получают, располагая перфорированную катионообменную мембрану 3 со

cTopoHbE фосфорно кислотногo слОЯ 1 а перфорированную анионообменную мембрану 4 "- со стороны высокоосновного анионитового слоя 2 гетерогенной биполярной мембраны МБ-.3 Все мембраны заключают в резиновую рамку

Такая биполярная мембрана при контак те с 2.н. растворами соляной кислоты и едкого HaIpa, плотности тока

1000 А/м имеет следующие электрохимические свойства: число переноса иона натрия "- 0,02; число переноса иона хлора — 0,10, выход по току во дородных и гидроксильHbv« ионов88%, падение. напряжения =- 2,7:В, Таким образом, предлагаемая мембрана имеет более высокий выход по току водородных и гидроксильных ионов (88% для предлагаемой и 747. для прототипа), Эти преимущества позволят при использовании предлагаемой биполярной ионообменной мембраны повысить кон центрацию получаемых щелочей и кис лот, снизить их загрязнение солью, снизить энергетические затраты на процесс .электродиализа, увеличить производительность злектродиализаторов, Существенным является также то, что для производства заявляемой биполярной мембраны можно использовать изготовленные по известной технологии катионообменные, анионообменные и биполярные ионообменные мембраны, 1150989

Техред Л.Сердюкова

Редак тор . О,Филиппова

К о рр ек т ор: М,Д е мчи к

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, f01

Заказ 434б

ВНК4ПИ Государственного

113035, ю с= 34РЯРМ РФ\ СВ%Ф Ф %ЗИАД С@с д

Тираж 541 Подписное комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5