Электродиализатор

 

Изобретение касается водоподготовки и может быть использовано в устройствах деминерализации солоноватых и сточных вод при их очистке в закрытых помещениях. Целью изобретения является повышение надежности работы электродиализатора путем восстановления кислорода, выделяемого на аноде. Для этого в электродиализаторе, содержащем емкость с мембранным пакетом из катионои анионообменных мембран, расположенных между газопроницаемыми анодом и катодом, имеющих соединенные между собой газопроводом газовые камеры, на аноде размещают катионообменную мембрану, ана катоде - анионообменную. При этом катод, выполненный из углеродного носителя, промотирован платиновой чернью с содержанием 4-6 мас.% платины и гидрофобизирован фторопластом до содержания фторопласта в катоде 6-8 мас.%. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 01 Р 13 02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

fl0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4372009/23-26 (22) 26.01.88 (46) 15.10.90. Бюл. № 38 (71) Институт медико-биологических проблем МЗ СССР (72) Н. М. Кривобок, В. Б. Гайдадымов, В. А. Громыко, Ю. E. Синяк и Ю. Б. Васильев (53) 621.317.729 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 478598, кл. В 01 D 13/02, 1976. (54) ЗЛЕКТРОДИАЛИЗАТОР (57) Изобретение касается водоподготовки и может быть использовано в устройствах деминерализации солоноватых и сточных вод при их очистке в закрытых roìåùåИзобретение относится к объектам водоподготовки, а именно к устройствам деминерализации солоноватых и сточных вод при их очистке, осуществляемой преимущественно в закрытых помещениях.

Целью изобретения является повышение надежности работы электродиализатора путем восстановления кислорода на аноде.

На фиг. 1 изображена схема электродиализатора, испытанного в лабораторных условиях; на фиг. 2 — график зависимости эффективной величины краевого угла смачиваемости О и величины поляризации металлоуглеродного электрода от содержания фторопласта в электроде Сф, на фиг. 3— график зависимости активности металлоуглеродного катализатора-электрода от содержания серебра.

Злектродиализатор содержит анод 1, выполненный из титановой сетки с окисноплатиновым покрытием, и катод 2 из посеребренного гидрофобизированного фторопластом угля. Катионитовые мембраны 3

„„ЯЦ „„1599041 ниях. Целью изобретения является повышение надежности работы электродиализатора путем восстановления кислорода, выделяемого на аноде. Для этого в электродиализаторе, содержащем емкость с мембранным пакетом из катионо- и анионообменных мембран, расположенных между газопроницаемыми анодом и катодом, имеющих соединенные между собой газопроводом газовые камеры, на аноде размещают катионообменную мембрану, а на катоде— анионообменную. При этом катод, выполненный из углеродного носителя, промотирован платиновой чернью с содержанием 4—

6 мас.% платины и гидрофобизирован фторопластом до содержания фторопласта в катоде 6 — 8 мас.00 . 1 з. п. ф-лы, 3 ил. и 4 и анионитовые мембраны 5 и 6 образуют мембранный пакет с камерами 7 концентрирования и 8 опреснения. Крайние мембраны 3 и 6 прилегают соответственно к аноду 1 и катоду 2, образуя собой запорные слои. Стенки корпуса 9 и электроды 1 и 2 замыкают собой пространство, образуя электродные камеры 10 и 11 с тыльной стороны электродов. Злектродные камеры 10 и 11 соединены газопроводом 12 и заполнены кислородом.

При работе электродиализатора обессоливание очищаемой воды в камере 8 идет по обычному механизму электромиграции ионов через мембраны 4 и 5 в камеры 7.

К электродам 1 и 2 вода поступает через запорные мембраны 3 и 6 благодаря осмотическому переносу. На электродах протекают реакции: на аноде 1 при потенциале

Е = 1,5 B относительно водородного электрода сравнения в том же растворе

2Н О вЂ” 4е — > 02+4Н+; (1) 1599041 на катоде 2 при потенциале Е 0,8 В относительно водородного электрода сравнения в том же растворе

О +2Н20+4е — ф- 4ОН (2)

Кислород, образующийся по реакции (1), выделяется в анодную камеру 10, а кислород, восстанавливающийся по реакции (2), поглощается катодом 2 из камеры 11. Поэтому между камерами 10 и 11, образуется разность давлений, благодаря чему образующийся газ из анодной камеры 10 отводится по трубопроводу 12 в катодную камеру 11.

Поскольку процессы на аноде 1 и катоде 2 идут в стехиометрии, реакция (2) на катоде 2 идет за счет кислорода, образующегося на аноде 1 по реакции (1), количество хемосорбированного на катоде кислорода остается постоянным н потенциал катода не изменяется. При этом образование водорода в электродиализаторе невозможно, поскольку потенциал катода находится в положительной области.

Получена зависимость каталитической активности К электрода от содержания серебра С„, а также поляризации q электрода и эффективной величины его краевого угла смачивания 0 от содержания фторопласта Сф . Из зависимости К (CAg ) видно, что с ростом Сд на отрезке 0 — 4 мас.Я активность К растет быстро, а при С )

)6 jо — очень медленно. Этим обоснована выбранная область оптимального содержания катализатора 4 — 6 мас.Я, т. к. при меньших концентрациях (СА (4 мас. / ) активность заметно падает, а дальнейшее увеличение (Сд ) 6 мас.Я) увеличивает активность незначительно и потому ведет к неоправданным затратам катализатора. Из зависимости q=f(Ce ) следует, что минимальные потери в электроде происходят при С=7Я.

С другой стороны, из зависимости т1=1(Сф ) видно, что активная адгезия газа поверхностью электрода возможна при Сф =

=5 мас. Я, при которой 6=90 . Поэтому выбранная область содержания гидрофобизатора 6 — 8 мас.Я обеспечивает хорошую гндрофобность, необходимую для работы газового электрода при минимальной голяризации электрода.

В известном электродиализаторе, со- держащем мембранный пакет, электроды и газопрозод, соединяющий катодную и анодную камеры, последние заполнены водородом. В нем предусмотрена утилизация газообразных продуктов за счет окисления водорода на аноде в количестве, равном выделяемому на катоде. При этом выделение кислорода на аноде не происходит. Общий запас водорода в аппарате должен превышать возможные утечки за время работы.

Недостаток аппарата, содержащего газообразный водород, состоит в том, что он всегда создает опасность взрыва, опасность утечки водорода наружу. Значительный запас водорода, необходимый при расчете на длительную работу и длительное хранение, требует либо значительного объема, либо высокого давления в электродных камерах и трубопроводе. Все эти факторы существенно снижают надежность электродиализатора и ограничивают область его применения.

По сравнению с известным, ведение процесса электродиализа в электродиализаторе с восстановлением на катоде кислорода, выделяемого на аноде, обуславливает существенные преимущества. Полное отсутствие водорода в электродиализаторе позволяет его рекомендовать для использования в закрытых помещениях с повышенными требованиями по технике безопасности.

Формула изобретения

1. Электродиализатор, содержащий емкость с мембранным пакетом из катионои анионообменных мембран, расположенным между газопроницаемым анодом и катодом, и соединенные между собой газопроводом электродные газовые камеры, отличаюи ийся тем, что, с целью повышения надежности работы электродиализатора путем восстановления кислорода, выделяемого на аноде, на аноде размещена катионообменная мембрана, а на катоде — анионообменная, причем катод, выполненный из уг4О леродного носителя, промотирован чернью катализатора ионизации кислорода до содержания катализатора 4 — 6 мас. Я и гидрофобизирован фторопластом до содержания фторопласта в катоде 6 — 8 мас.Я.

45 2. Электродиализатор по п. 1, отличаюи ийся тем, что катализатор в виде черни выполнен из серебра или платины.

1599041

Puz1

8 граР.

100

7 С р,%

К д/

/pm, %

Составитель О. Зобнин

Редактор М. Циткина Техред А. Кравчук Корректор В. Гирняк

Заказ 3103 Тираж 573 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушска я н аб., д. 4!5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Яф

@F 3