Способ разделения ионов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1228876

А1 (5D В О! D 13 02

1 "c °

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ,/"/Ц

®В:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3753461/23-26 (22) 13.06.84 (46) 07.05.86. Бюл. № 17 (72) В. В. Крохв (53) 661.183.12 (088.8) (56) Гельферих Ф. Иониты. М.: Издатинмаш, 1962, с. 394.

Авторское свидетельство СССР № 1043185, кл. В 01 D 13/02, 17.05.82. (54) (57) 1. СПОСОБ РАЗДЕЛЕ НИЯ ИОНОВ в электролизере кольцеобразной формы с равномерно размещенными парами электродов под действием постоянного тока, отличающийся тем, что, с целью обеспечения одновременного разделения катионов и анионов, напряжение на каждой последующей паре электродов поддерживают выше, чем на предыдущей.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости разделения, напряжение на первой паре электродов поддерживают 100 В, а на последней—

300 В.

1228876

40

Изобретение относится к химии и может быть использовано для разделения смесей ионов с близкими свойствами, для промышленного и лабораторного обогащения и разделения изотопов, для отделения цеш!ых ионов от малоценных с цельк) регенерации, дл я качественного и кол ичественного ан ализа смесей ионов, может быть применено В приборостроении, химической, радио- и радиоэлектронной промышленности для получения особо чистых веществ.

Цель изобретения — обеспечение одновременного разделения катионов и янионов, а также повышение скорости разделения.

На чертеже представлено устройство для реализации предлагаемого способа.

Устройство содерм<ит электролизер 1 в форме кольца, в котором размещены катоr\!.! ". — 7 H 3110+b! 8 — 13, торы 14 — 20 напряжения, выключатели 21-23, источник 24 постоянного тока, стяртовуlo камеру 25, содержащую датчик 26 и шток 27 для введения разделяемой смеси, диафрагмы 28 и 29, датчики 30 — 36, с помощью которых включаются необходимые пары электродов, анодные камеры 37, камеры-приемники 38 — -40 разделенных фракций ионов.

Разделение ионов OcymecTEIJ!n!OT следую-! цим образом.

Помещак>т в электролизер I, во все ионитовыс чехлы (ИЧ) и камеры 38 — -40 дистиллировя!!Пую воду, диафрагму 28 Вдвигя(от В ,1)анну до полного перекрытия ею поперечI:(го сечения электролизеря 1, диафрагму,?9 3 >.11> ОД я Т И 3 B 3 H H bl . В В Ыд В Е! Н у"1 у(0 И 3 В 2 и Н ы стартовую камеру 25 помещают «сходны-1 ря<.твор разделяемой смеси ионов, приготовлснный на дистиллированной воде. Вклю .Яют сначала только первую пару электродов ;. 9 и вводят из стартовой камеры раствор с разделяемой смесью ионов. (1ри этом происходит движение катионов по часовой стрелке, а анионов — в обратном направлении, благодаря чему проис- îäèò быстрое и четкое отделение ф>ракции а«ионов от фракции катионов. Затем включают все электроды 3 — 13 с непрерывно и последовательно возрастающим напряжением от 100 до 280 В, благодаря чему начинается движение катионов и анионов самостоятельными фракциями в одном няправле clHH — I10 ЧаСОВОй СТРЕЛКЕ.

Регулирование напряжения производят с помощью регуляторов 14 — 19 напряжения, повышая его в среднем при движении по часовой стрелке от катода 2 к следующему катоду и далее каждый раз ня 25- — 30 В.

Таким образом, непрерывное движение кати онов и Яниопов по окружности обеспечивается непрерывно возрастающим напряжением на эле;<тродах (от !00 В на катоде 2 до

280 В на катоде 7), аналогично на анодах возрастает напряжение (регуляторы напряжения на анодах не показаны).

Вследствие име!ощихся у разд(ляемь(х ио»0В различий в скоростях их движения о. !и начиняют постепенно,;!О мере движения 110 окружности ванны, разделяться на фракции.

После завершения первого полного цикла движения разделяемых ионов по окружности ванны от катода ? до катода 7 и соответствующих анодов по команде датчи35 диафг>ЯГM3 28 дальнейп!ий свободный проход HO«OH по часовой стрелке, а диафрагма 29 перекрывает г(оперечное сечение ванны, исключая тем самым движение ионов одновременно в двух противоположных направлениях, при этом помоц(ьк) регу IH fÎ()3 20 >13 Iрял(ене!я

BblK tf0 i31 ЕЛЕЙ ве"cTBу(ощий соседний анод подается напряжение 300 B. После переводя «х!3ост(!» фракции разделяемых онов:;;: датчик 36 дияфс <> ря МЯ 2".> l!0!)(Г<(()ЫВ>1 1 :1(0«с, :>ñ!1>i я д!,2ôpd м2 29 Вы < ВНГяе 1 ся из нсе H H3 анод 2

И Ос<. .,I >! <. и .) i (110:- <.;, .> (,Р: <..5, H <1« )Я><> «ние !00 В, Hачиняется BTîpo:I;(EIKA разделРния НОНОВ Б электрическом IIOAp с непрерывно повы(ияю>цимся (япри Kp!(ием От 100

1,0 280 В C HOP PIC,15>!Î!I(H i! на третин цикл разд(л:.:;;. : Ири напряжении

300 В и т. д. ((> п(>лнсг ) !!ci 3 ((..!<спи« смеси

K3TH0fl0B И 2llil >IIÎB li f О i, I i Л .. Н 1(КО

Ряз,(е. ((- «< Ii bi< н;< (il) >:.; I i (и,:<„) (ь! !

Госле вь(к>!!О !с(!Ня (IIO ны) рябсчих электi)030Â Пвр(1)0 ;li(c! <. !(0.„) B(f!O;;О! Я

ТСЛЬН! !Х Э>((. К1,)0, i0!3 В К;:- :.: —;IКИ.

В:33ВИСИМОС И 0! СКОП()!T! (!É (li illlflri!Pi 1!>! Х (c) I И(: НО(! И 11« ИО!! ОВ ДЛЯ

ПPИ(М I! 1((> I H(I > I({)О l I <,>i) !r I« > >((. >1>lr IIPII—

Ем«ltK

Я«ИОНОВ { TO! <(3 (ЛЯ П-;ic r >if< ci!If!()l!0!(3 П!)ОИ3ВОД51Т TÎ.(ЬКО I (СРСПОЛ К)СОГ К>< ВС ПОМ ОГЯТ<. Л Ьныих электродов), либо сос>1!>Ст тв(нно увеЛ И<>i«ci!OТ I HC;!U r(0! I(>JI! i ill (, <12 Ы < К. М P 110 Ив

Pi 1НИК0В> (!! 2 ЧЕРТ(Ж< i) OK<1 3=! ill>l TÎ. ЬКО 1,ВР. камеры-и <)иеы н <, i(3 )

>70(<,>«>p 7 И (> О $«35! „.! < е .; HP>135> (MB(b иОИОВ, Г: . 1ит iHO, (,>{>; истрий {i (ОО; х.jop О, 1 00; фт(>p 0,1{){)., !Н(иня иик.!и «>ского э ieKTpolизер я 9 3 pl р 1 c,; r E> ) H(H!I 00 ье.м ! >4 IVI . В В с>!(И ) И И Ч .(с!.11>В Я IОТ,1 ИСТИ 1лировш!Иую Воду. Исход(!у и> >>Язделяему>о (. М () С Ь H O I I O B Б В И Д С ВО, (Н О Г(. (> Я С Т 1! 0 Р Я I I ОМЕШЯН)Т Е! ВЫ II)K If >r 10 С Я Р I OB>

ВЕ<Л ЮЧ « II OH ПCPBOH 11< >) С ° <(KTI )ДОВ.

{>бьем Вод:,I В И НО с il,,,циам(.Тр гре!фи(ОВь!х электрод(>>;l, > cl ., .!J я приема ц(леf;biх;1;нгоз слу>(камеры-при(М (lи. I r>! Il p51>1« Ii f((Н с! >.I pl<Тp(> .(я Х Г> fp I(Я ЖГ(ОГО !1 И КГ;!EI«.1,: 1(И 51 !10 В Ы(Н с(Ется В пос. е "0Bс!(,Иос!и 10{(, 1:Б, !65, 195, 225 280 300 В. ,l <. 1 I OË ИОГО РЯЗд>,1 < li l! 51 f! 0HÎB Т ">(бмРТся 4 ч. В ц(левых Kc) iil(Г> . . Вы, (елены чисТЫ(фряКИHH И(Н(;B "<"31 .!t>i, iic(11 И< ИОВ . (()> < ОН;1<>r! pOЛЫ i> < 10>д) (ОН ИХ,,,>JH! (>Bc! > Г(1228876

Составитель В. Банников

Техред И. Верее Корректор О. 1i гоняя нраж 663 Г!одннснос

ВЬ!ИИГ!И Государственного комитета СССР

iio дела vi изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ПГ1П <сПатент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор П. Бугнр

Вака 22! 1, 5 литий 0,096; на1рий 0,096; хлор 0 096- фтор

0,097.

Раствор каждой фракции спущен через донный кран камеры в отдельные приемники. Величина тока меняется в пределах

0,2 — -0,5 А.

Разделение аналогичной смеси ионов согласно известному способу в электролизере длиной 93 см позволяет разделить ионы на отдельные фракции лишь за 16 ч с таким же выходом ионов по веществу, как и в предлагаемом способе. Г1ри этом одновременно катионы и анионы разделить согласно известному способу невозможно. поэтому разделение катионов и анионов проводится по отдельности на двух разных порциях одинакового качественного и количественного состава.

Пример 2. Исходная разделясмая смесь ионов, г: калий 0,100; цезий 0,100; рубидий

0 100; фтор 0 100; хлор 0,100; бром 0 100.

Условия опыта аналогичны примеру I. Ha полное разделение ионов требуется 5 ч работы электролизера. Все фракции ионов не содержат ионов другой природы и выделены в количестве, г: калий 0,095; цезий 0,097; рубидий 0,094; фгор 0,095; хлор 0,097; бром

0,096.

Разделение аналогичной смеси ",онов (как в примере 1) на двуv пленочных поги!иях ионов согласно известному способу B условиях, аналогичных примеру 1, позволяет разделить ионы на отдельные фракции лишь за 25 ч с такими же выходами»o ве1цеству, как и в предлагаемом спосоое. Пр11 этом одновременно разделение кат1101ов 11 анионов на компоненты согласно извест}10ò -пособу осуществить нельзя.

Принер 3. Исхо,!ная разделяемая смесь, г: литий 0,100; калий 0,100; натрий 0,100; рубидий 0,100; фтор 0,100; хлор 0,100; бром

0,100; иод 0.100.

Условия проведения опытов аналогичны примеру 1. Для полного разделения требуется 5 ч работы электролизера.

Все фракции не содержат ионов другой природы и выделены в количествах, г: литий 0,096; калий 0,097; натрий 0,098; рубидий 0,098; фтор 0,097; хлор 0,098; бром 0,097; йод 0,097.

На разделение аналогичной смеси ионов согласно известному способу в условиях, аналогичных примеру 1, требуется 25 ч.

Интервал рабочих напряжений 100 — ЗООВ является оптимальным, так как ниже 100 В через ванну идут слишком малые по величине токи, что снижает производительность способа, а выше 300 В начинает идти интенсивное электролитическое разложение воды с выделением газообразных кислорода и водорода, что снижает выход целевого продукта по току.

Для катодов применены ИЧ из анионообменной мембраны МЛ-100, а на анодах— !

5 ИЧ из катионообменной мембраны МК-!00.

Вместе с ИЧ могут быть применены чехлы из полимерных мембран МГЛ-100, пропускающих через себя только водородные и гидроксильные ионы.

Расстояние между соседними электро20 дами составляет о — см в зависимости от сложности исходной смеси ионов. Оптимальная длина электролизера 93 см, диаметр

4 см (промышленные циклические электролизеры предлагаемой конструкции могут

25 быть крупногабаритными — для разделения больших количеств ионов или изотопов).

С1птимальное, послЕдОватЕльнО . ПОВЫШаЮ»!eecsI напряжение 100 — 300 В, величина тока 0,1 — 0,5 Л {у промышленных электролизеров величина тока может быть значительно больше).

Таким образом, предлагаемый способ позволяет увел ичить скорость разделения ионов по сравнению с известным в 4 — 5 раз, достичь полного разделения ионов с очень близкими свойствами, в том числе и изотопов, находящихся в водных растворах в ионной форме, с обеспечением одновременного разделения смесей катионов с анионами на отдельные компоненты, что согласIIo известному способу одновременно сде40 лать невозможно вследствие более низких и одинаковых на всех электродах напряжений.