Патент 1673643

Способ извлечения брома из океанской воды

 

Изобретение относится к химической технологии и позволяет упростить процесс и устранить загрязнение в перерабатываемой океанской воде. Предложен способ извлечения брома из океанской воды, заключающийся в том, что окисление бромид-иона с последующим поглощением углем продуктов окисления проводят электролитически при фильтрации океанской воды со скоростью 200 - 300 объемов электролизера 1 ч через синтетический активный уголь марки СКИ, размещенный в анодном и катодном пространстве двухкамерного электролизера с бумажной диафрагмой, с толщиной слоя угля в каждой камере 2,5 - 5,0 мм при напряжении на электролизере 2,600 - 2,780 В. Перевод элементарного брома в бромиды осуществляют путем заполнения камер электролизера опресненной водой и смешиванием продуктов анодной и катодной камер с получением бромида магния при изменении полярности электрода, вымывание бромида магния ведут путем многократной циркуляции через камеры электролизера опресненной воды в количестве, равном 1,5 - 2,0 объемам электролизера. 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛиСТИчЕсКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 25 В 1/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4696816/26 (22) 31.03.89 (46) 30.08.91. Бюл.йг32 (71) Институт геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского (72) Е.Г.Абрамов (53) 661.461.7 (088,8) (56) Ксензенко В.И., Стасиневич Д.С. Химия и технология брома, йода и их соединений.

М„ Химия, 1979, с. 117 — 118. (54) СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ БРОМА ИЗ

ОКЕАНСКОЙ ВОДЫ (57) Изобретение относится к химической технологии и позволяет упростить процесс и устранить загрязнение в перерабатываемой океанской воде. Предложен способ извлечения брома из океанской воды, заключающийся в том, что окисление бромид-иона с последующим поглощением угИзобретение относится к химической технологии, а именно к способу извлечения брома из океанской воды, Цель изобретения — упрощение процесса и исключение внесения загрязнений в перерабатываемую океанскую воду.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом, Процесс извлечения брома проводят электролитическим способом в двухкамерном электролизере с бумажной диафрагмой, в катодном и анодном пространстве которого размещен активированный, уголь, слои его имеют постоянную по высоте аппарата толщину 2,5 — 5 мм, средний размер зерна 1 мм. поверхность угля более

500 м /г.. Ы 1673643 А1 лем продуктов окисления проводят электролитически при фильтровании океанской воды со скоростью 200 — 300 объемов электролизера 1 ч через синтетический активный уголь марки СКН, размещенный в анодном и катодном пространстве двухкамерного электролизера с бумажной диафрагмой, с толщиной слоя угля в каждой камере 2,5 — 5,0 мм при напряжении на электролизере 2,600 — 2,780 В. Перевод элементарного брома в бромиды осуществляют путем заполнения камер электролизера опресненной водой и смешиванием продуктов анодной и катодной камер с получением бромида магния при изменении полярности электрода, вымывание бромида магния ведут путем многократной циркуляции через камеры электролизера опресненной воды в количестве, равном 1,5 — 2,0 объемам электролизера. 2 табл.

Конструкция электролизера, представляющего собой две плоскопараллельные камеры, образованные токоподводами и разделенные диафрагмой, позволяет менять толщину камер для использования различных слоев угля и в зависимости от толщины слоев углей менять объемную загрузку электролизера при заданной высоте и ширине камер.

Токоподводы выполнены из титана толщиной 1,5 мм. Активный уголь, размещенный в камерах, одновременно является электродом и адсорбентом. Для извлечения брома использован уголь марки СКН (сферический карбонизованный нитроген), который является синтетическим активным углем на основе сополимера винилпириди1673643

20

55 на с дивинилбензолом. Океанская вода, подаваемая со скоростью 200 — 300 объемов электролизера / ч, фильтруется через уголь камер снизу вверх. Окисление ведут при напряжении на электролиэере 2,600—

2,780 В с накоплением элементарного брома и гидроокиси магния в анодном и катодном пространствах соответственно.

Снижение напряжения до 2,0 — 2,6 В свидетельствует об окончании стадии накопления. Накопленные в угле реагенты при перемене знака полярности и значения напряжения стадии окисления взаимодействуют друг с другом и образуют конечный продукт — бромид магния, который удаляется из межзернового пространства угля при многократной циркуляции через аппарат воды в количестве, равном 1,5 — 2,0 объемам электролизера.

Пример, Способ реализован в электролизере с камерами высотой 700, шириной

100, толщина слоя угля 2,5 мм. B качестве адсорбента использован уголь марки СКН со средним размером зерна 1 мм, В аппарате отсутствует свободный обьем, раствор содержится только в межзерновом пространстве. Бумажная диафрагма имеет толщину 0,5 мм, падением напряжения на такой диафрагме можно пренебречь.

Океанская вода с содержанием бромидионов 0,060 кг/м фильтруется через активированный уголь снизу вверх. При скорости фильтрации воды через аппарат

300 об/ч цикл накопления элементарного брома и гидроокиси магния составил 1,5 ч при средней силе тока на электролизере 2 А и падении напряжения на электролиэере

2,78 В. При этом степень извлечения брома из фильтруемого раствора 757. что соответствует концентрации брома в твердой фазе

30 г/л в расчете на суммарную загрузку катодной и анодной камер, т.е. пятисоткратному концентрированию брома. Степень регенерации составила 100 (, при потенциале регенерации p = 1,250 В (н.в.э) и напряжении на электролизе ре 2,6 В.

Концентрация бромида магния в регенерате 20 r/ë, что соответствует трехсоттридцатикратному концентрированию брома по сравнению с исходной океанской водой эа

1 цикл, Процесс экологически чист, так как океанская вода на выходе из электролизера рН

= 8 (рНвых - pHex = 8) за весь цикл накоплений и не содержит хлора: анодный процесс реализуется только по бромиду и разряду воды, В табл. 1 приведены данные о зависимости полноты извлечения брома /y, Y(,/ содержания примесей в конечном продукте и рН воды после переработки от напряжения стадии окисления.

Поверхность угля 500 м /г, средний размер зерна 1 мм, толщина слоя угля 2 5 мм, скорость подачи воды 200 об/ч, Как следует из данных табл,1, при напряжении стадии окисления 2,60 — 2,78 В достигается высокая степень извлечения брома при отсутствии примесей в конечном продукте, С повышением напряжения на электролиэере наряду с увеличением степени извлечения наблюдается и рост загрязнения целевого продукта, В табл.2 представлены зависимости полноты извлечения брома (r),$) от толщины слоя угля (S,мм), скорости подачи воды (ч) и напряжения окисления (Ч,В), Из данных табл.2 очевидно, что при извлечении брома из океанской воды степень извлечения брома зависит от толщины слоя угля в камерах электролизера, скорости подачи океанской воды и напряжения на электролизере. При толщине угля 2,5—

5,0 мм, скорости подачи воды 200 — 300 об/ч и напряжении на электролизере 2,60 — 2,78

В наблюдают высокую степень извлечения брома при отсутствии в нем примесей посторонних ионов. С ростом скорости подачи воды и увеличением толщины слоя угля наблюдается снижение степени извлечения брома и чистоты продукта. Кроме того, при больших скоростях фильтрации океанской воды через электролизер существенно возрастают энергозатраты на прокачку воды, что экономически невыгодно.

Толщина слоя угля 2,5 мм — этом минимальный слой, при котором можно говорить о надежном контакте зерен угля с токоподводами и друг с другом в используемом аппарате.

Ниже приведена зависимость степени выделения бромида магния от количества промывочной воды, Степень выде- Количество ления бромида промывочной магния, 7ь воды объемов зле кт ролизера

12 0,5

30 1,0

92 1,5

100 2,0

Проводя выделение (регенерацию) бромида магния путем вымывания его из угля

1,5 — 2,0 объемами воды, кратными объему электролизера, удается получить регенерат с концентрацией бромида магния до 100 г/л и больше за 4 — 5 циклов извлечения воды через электролизер, что соответствует кон1673643

Таблица 1

Таблица 2 центрированию по стандартной технологической схеме.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволит по сравнению с прототипом значительно упростить процесс 5 извлечения брома из океанской воды за счет исключения многостадийности процесса и его аппаратурного оформления: в результате реализации одного электрохимического процесса в одном an- 10 парате при фильтрации через него океанской воды происходит накопление двух исходных реагентов — Brz и Mg(OH)2 — в анодном и катодном пространствах. При этом переработанная вода по предлагаемо- 15 му способу на выходе из электролизера не содержит никаких дополнительных примесей по сравнению с исходной водой, рНвх = р 1вых = 8

Предлагаемый способ по сравнению с 20 прототипом более экономичен, так как не требует дополнительных энергозатрат на продувку воздуха на стадии воздушной десорбции и очистку воздуха от содержащихся в нем брома и хлора (стадии 25 способа-и рототипа), Формула изобретения

Способ извлечения брома из океанской воды, включающий окисление бромид-иона, выделение элементарного брома и перевод его в бромиды, отл и ч а ю щи йс я тем,что, с целью упрощения процесса и исключения внесения загрязнений в перерабатываемую океанскую воду, окисление бромид-иона ведут в двухкамерном электролизере с бумажной диафрагмой, камеры которого заполнены синтетическим активным углем на основе сополимера винилпиридина с дивинилбензолом марки СКН с толщиной слоя в каждой камере 2,5 — 5,0 мм, путем пропускания океанской воды через слой угля со скоростью 200- 300 объемов электролизера в 1-,ч при напряжении на электролизере

2,600 — 2,780 В до окончания стадии накопления брома в анодной и гидроокиси магния в катодной камерах с последующим отключением источника питания и вытеснением океанской воды из электролизера и заполнением его водой. а выделение и перевод элементарного брома осуществляют при изменении полярности электродов и смешивании продуктов анодной и катодной камер с получением бромида магния, последующее вымывание которого ведут путем многократной циркуляции через камеры электролизера воды в,количестве, равном 1,5 — 2,0 объемам электролизера.