Способ получения деионизованной воды

 

Изобретение относится к области очистки воды и позволяет повысить чистоту деионизованной воды и увеличить производительность при уменьшении расхода электроэнергии. Способ получения деионизованной воды включает обработку последней в электродиализаторе с чередующимися катионообменными и анионообменными мембранами , образующими камеры концентрирования и обессоливания. В последних размещен ионообменный наполнитель, выполненный в виде смеси катионообменной и анионообменной смол, содержащих дивинилбензол, причем содержание дивинилбензола в смеси катионообменной и анионообменной смол составляет 8-16 мас.%. Соотношение содержания дивинилбензола в катионообменной смоле и содержания дивинилбензола в анионообменной смоле 1:(0,5-2,0). 1 3. п. ф-лы, 1 табл. ГС о О5 СО О)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 (11) (5D 4 В 01 D 13 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетенИЙ и ОткРытий (21) 3900937/31-26 (22) 22.05.85 (46) 1503.87. Бюл. № 10 (71) Институт коллоидной химии и химии воды им. А. В. Думанского (72) В. И. Писарук, В. Д. Гребенюк и Н. М. Гукова (53) 621.35 (088.8) (56) Гребенюк В. Д. Электролиз. — Киев:

Техника, 1976, с. 36 — 40. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕИОНИЗОВАННОЙ ВОДЫ (57) Изобретение относится к области очистки воды и позволяет повысить чистоту деионизованной воды и увеличить производительность при уменьшении расхода электроэнергии. Способ получения деионизованной воды включает обработку последней в электродиализаторе с чередующимися катионообменными и анионообменными мембранами, образующими камеры концентрирования и обессоливания. В последних размещен ионообменный наполнитель, выполненный в виде смеси катионообменной и анионообменной смол, содержащих дивинилбензол, причем содержание дивинилбензола в смеси катионообменной и анионообменной смол составляет 8 — 16 мас.%. Соотношение содержания дивинилбензола в катионообменной смоле и содержания дивинилбензола в анионообменной смоле 1: (0,5 — 2,0) .

1 з. п. ф-лы, 1 табл.

1296196

10

20

Изобретение относится к очистке воды, в частности к получению деионизованной воды, и может быть использовано в химической промышленности и микроэлектронике.

Цель изобретения — повышение качества деионизованной воды и увеличение производительности электродиализатора при уменьшении расхода электроэнергии.

Согласно предлагаемому способу используют ионообменные смолы с содержанием

ДВБ !2 — 16 мас. о/p..

Как следует из теоретических основ электрохимии ионитов, при увеличении содержания ДВБ в ионите должно наблюдаться повышение электрического сопротивления системы смешанный слой ионитов — раствор в связи с уменьшением электропроводности ионитов. Это должно привести к увеличению расхода электроэнергии на обессоливание, снижению качества деионизованной воды и уменьшению производительности электродиализатора.

Однако экспериментально установлено что использование в качестве ионообменного наполнителя смеси катионита и анионита с содержанием ДВБ 12 — 16 мас. о/p приводит к снижению расхода электроэнергии на обессоливание, улучшению качества деионизованной воды и увеличению производительности электродиализатора.

Это объясняется следующим образом.

В системе смешанный слой ионитов раствор можно выделить две наиболее существенные для проведения процесса деионизации воды в электрическом поле границы контакта катиона и анионообменных гранул: К вЂ” А и А — К (К-катионит, А-анионит). Электрическое сопротивление указанных границ можно представить в виде последовательно включенных сопротивлений.

Так электрическое сопротивление К вЂ” А (стрелкой указано направление электрического поля) можно представить как R> +

+ у+ И, а электрическое сопротивление

А — К вЂ” как R + Клд + R„где Кк-д соп отивление воды на границе контакта

К вЂ” А; Ri=- - сопротивление воды на границе контакта А — К.

При наложении внешнего электрического поля на систему смешанный слой ионитов— раствор на границах контакта А — К происходит интенсивное обессоливание и удельное сопротивление воды на этих границах контакта гранул возрастает, приближаясь к максимально возможному значению (22

Ом см). На границах К вЂ” А в этих же условиях происходит выброс сор бирова нных гранулами ионов из фазы ионита в раствор.

Удельное сопротивление воды на этих границах интенсивно падает, приближаясь к величине удельного сопротивления ионитов (30 кОм см) Поэтому величина сопротивления воды на границе контакта А — 7. (R„=,<) 25

55 значительно (на 3 порядка) больше сопро тивления воды на границе контакта K.— 7 (R„=) Увеличение содержания ДВБ в ионитах с 8 до 12 — 16 мас. /p приводит к повышению электрического сопротивления последних приблизительно в два раза. При этом во столько же раз возрастает электрическое сопротивление границы контакта

К вЂ” А, поскольку оно определяется сопротивлением анионита R и сопротивлением катионита R„, а удельное сопротивление воды на этой границе контакта (R ) соизмерено с К„ « Q . Электрическое сопротивление границы контакта А — К при этом существенно не изменяется, так как оно определяется величиной удельного сопротивления воды на этой границе (g ), которая по своему значению несравненно выше, чем удельное сопротивление катионита (Кк) и анионита (Кл) при стандартном (8 мас.Я), а также при повышенном (12 — 16 мас. Я) содержании ДВБ. Таким образом, при повышении содержания ДВБ в ионитах происходит преимущественное (относительное) увеличение электрического сопротивления границ контакта К вЂ” А, на которых происходит выброс сорбированных ионов из ионита в раствор, ухудшающий качество деионизованной воды, по сравнению с электрическим сопротивлением границ контакта А — К, на которых осуществляется процесс деионизации воды. Изменение соотношения между электрическим сопротивлением К вЂ” А и А--К приводит к перераспределению величины токов, протекающих через указанные границы, таким образом, что уменьшаетсядоля тока, протекающего через границы К вЂ” А. Несмотря на общее увеличение электрического сопротивления системы при увеличении содержания ДВБ в ионитах до 12 — 16 мас. /p, величина расхода электроэнергии на обессоливание воды снижается в 2,5 раза, а производительность электродиализатора возрастает в 2,5 раза.

Пример. Деионизации подвергали водопроводную воду г. Киева, имеющую удельное сопротивление 1,7 кОм см. В качестве ионообменного наполнителя использовали катионит (16 мас. P/p ДВБ) и анионит (l6 мас. о/p ДВБ) . При плотности тока

0,4 А/дм и скорости потока воды в межмембранном пространстве 0,16 мс/с получена деионизованная вода с удельным сопротивлением 110 кОм. см при производительности электродиализатора 3,4 л/ч и расходе электроэнергии 8,9 Вт-ч/л.

Для определения граничных значений содержания ДВБ в катионите и анионите, а также соотношения содержания ДВБ в катионите и анионите были осуществлены опыты идентично указанному примеру. Деионизации подвергали дистиллированную воду с удельным сопротивлением 200 кОм.см.

1296196

Соотношение

ДВБ в катионите и аниоСодержание ДВБ в ионитах

Удельное сопротивление, мОм.см

Расход элек троэнергии, Вт ° ÷/ë

Производительность электролизатора, л/ч

Е (мас. ните

Предложенный способ

1:2,66

9,1

2,04

0,88

0,95

1:2

14,2

1,2

1:1,75

1:1,6

1, 13

12, 1

1,05

10 16

10 14

12 16

13,6

1,02

1,15

1:1,4

13,8

0,99

1,16

1:1,33

0,73

151 7

1,59

12 l4,8

1: 1, 17

0,80

1,39

12

13,3

0,87

1,38

1:1,14

16

16,1

0,71

1,47

0,76

15,3

1,42

1,40

1:0,86

14,5

0,81

12

0,66

1,8

17,0

1,50

16,2

0,73

14

1,47

15,5

0,71

16 10

16 8

18 8

13,8

1,05

14,9

0,78

1,3

10,2

0,93

2,15

Зависимость качества деионизованной

4оды (Ю, MOM см), производительности электродиализатора (Q, л/ч) и расхода электроэнергии на деионизацию (W, Вт-ч/л) от содержания ДВБ в ионитах и их соотношения представлены в таблице.

Как видно из представленных данных, если содержание ДВБ в катионите либо в анионите ниже указанного предела, например 6 мас. 0 0 (при этом соотношение

ДВБ в смеси ионитов превышает верхний предел), то снижается качество деионизованной воды, производительность электродиализатора и увеличивается расход электроэнергии на деионизацию. Если содержание

ДВБ в катионите либо анионите выше пред- 1 лагаемого предела, например 18 мас. 0/0, то при этом характеристики процесса деиони1:0,87

1:0,75

1:0,625

1:0,5

1:0,445 зации (g g W) также ухудшаются. Если содержание ДВБ в катионите или анионите находится в пределах 10 — 14 мас. %, то соотношение между ними составляет

1: (0,86 — 1,6). Наивысший эффект достигается в случае одновременного увеличения содержания ДВБ в катионите и анионите до 16 мас. %. При этом удельное сопротивление деионизатора 17 мОм.см, производительность электродиализатора 1,8 л/ч, а затраты электроэнергии 0,66 Вт ч /л.

Предлагаемый способ получения деионизованной воды позволяет повысить удельное сопротивление воды в 2,24 — 2,8 раза, увеличить производительность электродиализатора в 2,5 — 2,6 раз и уменьшить затраты электроэнергии на деионизацию в 2,5 — 2,77 раза по сравнению с прототипом.

)296196

Продолжение таблицы

Производительность

Расход электроэнергии, Вт*ч/л

Удельное сопротивление, мОм см

Соотношение

ДВБ в катионите и аниоСодержание ДВБ в ионитах электролизатора, л/ч

7. мас ните

Известный способ

7,6

1,83

0,70

1:0,5

5,0

2,33

0,5

1:2

5,1

2,36

0,47

Формула изобретения

Составитель Л. Вальков

Редактор М. Дылын Техред И. Верес Корректор Н. Король

Заказ 637/9 Тираж 657 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1. Способ получения деионизованной воды, включающий обработку последней в электродиализаторе с чередующими катионообменными и анионообменными мембранами, образующими камеры концентрирования и обессоливания, в последних размещен ионообменный наполнитель, выполненный в виде смеси катионообменной и анионообменной смолы, содержащей дивинилбензол, отличающийся тем, что, с целью повыщения чистоты деионизованной воды и увеличения производительности электродиали20 затора при уменьшении расхода электроэнергии, содержание дивинилбензола в смеси катионообменной и анионообменной смолы составляет 8 — 16 мас. %.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соотношение содержания дивинилбензола в катионообменной смоле к содержанию дивинилбензола в анионообменной смоле составляет 1:(0,5 — 2,0).