Элеткродиализатор
СОЮЗ COBETCHHX йВВ Л
РЕСПУБЛИК,SU„„1212462 A др В 01 D I3/02 (21) 3736129/23-26 (22) 04.05.84
{46) 23.02.86. Бюл. Ф 7. (7 1) Институт химии Дальневосточного научного центра АН СССР (72) В.П.Гребень, Н.Я.Пивоваров, В.Л.Лацков, И.Г.Родзик, Н.Я.Коварский, Н.П.Гнусин, В.И.Заболоцкий, Н.В.Шельдешов и В.Ю.Лебедев
{53) 62I.317.729(088.8) ,(56) У. Electrochem. Soc. Japan, 1963, 33, Ф 2, р. 83-9l. (54) (57) ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОР для получения кислоты и щелочи, включающий катод и анод, между которьвии помещены чередующиеся катионообменные, аннонообменные и биполярные мембраны, обращенные катионообменной стороной к катоду, отличающийся тем, что, r целью увеличения выкода по току. кислоты и щелочи, электродиализатор дополнительно снабаен анионообменными мембранами, размещенными между анионообменными и катионообменными мембранами.
1212462
Изобретение относится к технике электродиализа, конкретнее к конструкциям электродиализаторов с биполярными мембранами, и может быть использовано для получения кислот и щелочей иэ растворов солей и проведения химических превращений с участием ионов водорода и гидроксила, !!елью изобретения является увеличение выхода по току,.кислоты и щелочи.
На чертеже представлена схема предлагаемого диализатора.
Электродиалйзатор состоит иэ като" да 1, анода 2 и расположенных между ними чередующихся катионообменной 3, анионообменной 4 и дополнительной анионообменной мембраны 5, биполярных мембран 6 и 7. Дополнительная анионообменная мембрана 5 размещена между катионообменной 3 и анионообменной 4 мембранами. Мембраны 3,4,5 и ? образуют элементарную ячейку пакета электродиализатора, которая повторяется и раэ.
Катод и биполярная мембрана 6 образуют катодную камеру 8. Биполярная мембрана 6 и катионообмениая мембрана 3 образуют щелочную камеру 9.
Катионообменная 3 и дополнительная анионообменная мембрана 5 образуют соленую камеру 10. Дополнительная
:анионообменная мембрана 5 и анионо"
"обменная мембрана 4 образуют дополнительную кислотную камеру Il. Анконообменная мембрана 4 и биполярная мембрана 7 образуют кислотную камеру 12. Биполярная мембрана 7 и анод
2 образуют анодную камеру 13.
Электродиализатор работает следующим образом. !
В процессе электродиализа электродный раствор щелочи циркулирует по замкнутому контуру через катодную 8 и анодную 13 камеры, и его концентрация практически не изменяется.
Через щелочную камеру 9 по замкнутому контуру циркулирует раствор щелочи заданной концентрации, которую поддерживают постоянной путем добавления в контур воды и отбора полученного раствора щелочи. Щелочь в камере 9 образуется за счет миграции катионов иэ солевой камеры 10 и ионов гидроксила, генерированных биполярной мембраной 6. Через солевую камеру 10 циркулирует раствор соли заданной концентрации. Концентрацию
f0
40 соли в контуре поддерживают постоянной путем добавления в контур раствора соли или твердой соли и воды.
Через дополнительную кислотную камеру 11 по замкнутому контуру прокачивают разбавленный раствор кислоты, концентрацию которого поддерживают на заданном уровне добавлением в контур воды и отбором образующегося в процессе электродиализа в этой камере раствора кислоты. Кислота в камере 11 образуется за счет миграции анионов иэ солевой камеры 10 и неселективного переноса ионов водорода из кислотной камеры 12. Через кислотную камеру !2 по замкнутому контуру циркулирует раствор заданной концентрации, которую подцерживают постоянной добавлением в контур разбавленной кислоты и отбором образующейся кислоты. Кислота в камере 12 образуется эа счет пербноса анионов иэ камеры 11 и ионов водорода, генерированных биполярной мембраной 7.
Электродиалиэатор можно также эксплуатировать в режиме раздельного вывода полученных растворов раэбавлецной и концентрированной кислот, В этом случае в контур циркуляции концентрированной кислоты необходимо добавлять воду.
В предлагаемом устройстве дополнительная анионообменная мембрана 5, размещенная между анионообменной.и катионообменной мембранами и приводящая к образованию новой солевой камеры 10 и дополнительной кислотной камеры ll, находится в контакте с разбавленным раствором кислоты, что приводит к значительному снижению переноса ионов водорода из кислоты в соль эа счет улучшения селективности мембраны. Кроме того, ионы водорода, прошедшие через анионообменную мембрану 4, попадают в дополнительную кислотную камеру ll что значительно снижает возможность их попадания в солевую камеру 10 чему препятствует анионообменная мембрана
5. Закисление соли при этом уменьшается, а выход по току кислоты и щелочи. увеличивается. Максимальный выход по току кислоты и щелочи имеет место, когда соль нейтральна. Такой режим работы электродиализатора устанавливают подбором концентрации разбавленного раствора кислоты, которая
1212462
Раствор дкий натр
Соляная кислота
Электродиализатор
Выход Загряз Концент- Выход по то- нение рация, по току» Ж солью ие K3 » X
Загрязнение солью, Х онцентация, н.
Известный
Предлагаемый
05 5 .45 06 3 08
1,О
0 9 12 0,4»
Продолжение таблицы
Разбавленная соляная кислота
Раствор.Суммарный выход по току соляной кислоты 7
Электродиализатор
Концентрация, н.
Выход по тоKg 7
Загрязнение солью"
Известный
Предлагаемый
26
0,02
0,3
"Отношение молярнвй концентрации соли к молярной концентрации щелочи или кислоты.
3 зависит от свойств катионообменной и анионообменной мембран, образующих солевую камеру, и концентрации щелочи в камере смежной с солевой. Подбор проводят до тех пор, пока выход по току и загрязнение солью не становятся постоянными (стационарный ре- . жим).
Отличительным признаком предлагаемого электродиализатора является дополнительная анионообменная мембрана,,размещенная между катионообменной и анионообменной мембранами и приводящая к образованию новой солевой камеры и дополнительной кислотной. 15
Пример. Электродиализатор, изготовленный согласно предлагаемому изобретению, состоит иэ катода 1 и анода 2, изготовленных из стали марки Х18Н107, и расположенных между ни- 20 ми биполярных мембран 6 и 7 марки
МБ-З, катионообменной мембраны 3 марки МК-40, анионообменных мембран 4 и 5 марки МА-41.
Число элементарных ячеек в пакете 2 электродиализатора составляет 8, рабочая площадь каждой мембраны рав.на 2 дм .
Через катодную 8 и анодную 13 камеры циркулирует lн. раствор едкого натра, через солевую камеру 10-0,5 н. раствор хлорида натрия, через допол4 нительную кислотную камеру 11-0,3 н. раствор соляной кислоты, через кислотную камеру 12-09 н. раствор соляной кислоты. При 0,3 н. концентрации раствора соляной кислоты, циркулирующего через камеру 11, раствор соли имеет рН = 2,4.
Полученные растворы едкого натра,. разбавленной и концентрированной кислоты, выходящие из камер 9,11 и 12„ собирают и определяют содержание соляной кислоты и ионов натрия в растворах соляной кислоты, едкого натра и ионов хлора в растворе едкого нат-, ра.
В таких условиях испытывают электродиализатор, не содержащий дополнительной анионообменной мембраны 5.
Результаты работы двух электродиалиэаторов в стационарных режимах при плотности тока 1000 A/м приведены в таблице.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого электродиалиэа-. тора в сравнении с известным заключается в повышении выхода по току кислоты и щелочи и, соответственно в снижении загрязнения солью конечных продуктов, что подтверждается экспериментальными данными, изложенными в примере и таблице.
