Способ получения кислых и щелочных растворов

 

Изобретение относится к получению веществ электролизом водных растворов и может быть использовано в гальваническом производстве и других областях, где применяются растворы с повышенным содержа-- нием ионов водорода или гидроксида. Цель изобретения - ускорение процесса и снижение энергозатрат. Процесс получения кислых и щелочных растворов ведут в мембранном электролизере путем подачи на электроды электролизера импульсов напряжения с частотой следования 0,1 f 10 МГц, длительностью 0,01 гимп55мкс, амплитудой 0,5 U 10 кВ, длительностью переднего Y фронта импульса 1 гфр 100 не. 1 ил. 1 таблЛ

СОЮЗ СОВЕ ГСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 02 F 1/461

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4350424/26 (22) 28.12.87 (46) 23,05.91. Бюл. М 19 (71) Казанский химико-технологический институт им. С, M. Кирова (72) А, M. Фомин, А. Ф, Дресвянников и Б. С. Фридман (53). 628,543(088.8) (56) Патент Великобритании М 1427236, кл. С 02 F 1/46, 1976. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КИСЛЫХ И ЩЕЛОЧНЫХ РАСТВОРОВ (57) Изобретение относится к получению веществ электролизом водных растворов и моИзобретение относится к получению. кислых и щелочных растворов посредством электролиза водных растворов и может быть использовано в гальваническом производстве и других областях, где применяются растворы с повышенным содержанием ионов водорода и/или гидроксила, Цель изобретения — ускорение процесса и снижение энергозатрат м

На чертеже изображена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ, Устройство содержит-,.генератор им-. пульсов 1, усилитель мощности 2, мембранный электролизер 3, электронно-счетный частотомер 4, стробоскопический осциллограф 5 и блок питания 6.

Способ осуществляют следующим образом.

Электрические импульсы с заданными частотой следования и длительностью от генератора 1 поступают на усилитель 2, в ко» Ж» 1650603 А1 жет быть использовано в гальваническом производстве и других областях, где применяются растворы с повышенным содержанием ионов водорода или гидроксида. Цель изобретения — ускорение процесса и снижение энергозатрат. Процесс получения кислых и щелочных растворов ведут в мембранном электролизере путем подачи на электроды электролизера импульсов напряжения с частотой следования 0 1 < f < 10 МГц, длительностью 0 01 r»< 5 мкс, амплитудой

0,5 U 10 кВ, длительностью переднего фронта импульса 1 < Typ < 100 нс, 1 ил. 1 табл, тором происходит усиление импульсов по мощности (рост амплитуды), а также формирование необходимой длительности переднего фронта импульса. С выхода усилителя

2 импульсы напряжения подаются на электроды электролизера 3 с находящимся в нем водным раствором. Частоту и длительность этих импульсов контролируют частотомером 4, а форму и величину электрических импульсов (они зависят от электропроводности раствора) регистрируют запоминающим стробоскопическим осциллографом 5, Электроэнергию на усилитель 2 подают от блока питания 6.

Используют также иономер, с помощью которого измеряют.рН раствора и окислительно-восстановительный потенциал.

Как показал эксперимент. в процессе электролиза водного раствора сульфата натрия при параметрах предлагаемого способа в анодном пространстве мембранного электролизера образуется раствор с повы1650б03

30

40 шецным содержанием ионов водорода, характеризуемый определенными значениями рН и окислительно-восстановительного потенциала (см. таблицу, пп, 1 — 5) и используемый в дальнейшем для приготовления электролита химического меднения, Стабильность электролита химического меднения, приготовленного на основе раствора с повышеннь м содержанием ионов водорода (который получен по предлагаемому способу, значительно (в два-три раза) выше (см. таблицу, пп. 1 —.5) стабильности электролита химического меднения, приготовленного на дистиллированнол воде или на основе раствора, полученно о в анодном пространстве мембранного электролиэера в процессе электролиза при значениях параметров, выходящих за пределы заявляемого диапазона (см..„таблицу пп. б — 13).

При использовании импульсов напряжения, характеризуемых значениями час-.огы следования, лежащими ниже предложенного диапазона значений частоты (<0,1 МГц), эффективность электролиза раствора резко снижается, Об этом свидетельствуют значения рН и окислительновссстановительного потенциала, которые ненамного отлича отся от таковых у исходнсч о раствора (см. таблицу, и, 6).

Верхняя граница диапазона значений частоты следования обусловлена энергетическими ограничениями, накладываемыми. источником питания, а также невозможностью использования электрических импульсов даже с минимальным значением длительности импульса вследствие уменьшения периода колебаний.

Это можно объяснить следующим обра-! зом, Поскольку длительность периода колебаний T г„„„+ с, где t >.ï длительность импульса, t — интервал между импульсами, То при уменьшении Т вследствие роста частоты следования (ти, сохраняется постоянной), t приближается K нулю, При т= 0 электрические импульсы вырождаются в постоянный ток.

В случае использования импульсов напряжения, характеризуемых значениями частоты следования, превышающими значение верхней границы предложенного диапазона частот (>10 МГц), эффективность электролиза снижается (см. таблицу, и, 10), Это обусловлено, по видимому, гашением импульсов электромагнитного поля и ультразвуковых колебаний вследствие IIBJlo>I,åния последующих электромагнитных и ультразвуковых колебаний на предыдущие.

Поэтому перемешивания раствора при электролизе, а также встряхивания электродов и мембраны злектролизера не происхо- дит, что обусловливает засорение мембраны солями жесткости, электродным шламом и другими побочными продуктами электролиза, а так>ко адсорбцию солей жесткости, газовых пузырьков, образование солей и окислов на поверхности электродов. В результате омическое сопротивление электролиза возрастает с течением времени и, следовательно, возрастает расход электроэнергии на осуществление процесса.

В случае использования импульсов напряжения, характеризуемых значениями длительности одного импульса, лежащими ниже предложенного диапазона значений, эффективность электролиза раствора невелика (значения рН и окислительно-восстановительного потенциала мало отличаются от таковых у исходного раствора (см. таблицу, и, 7), Увеличение длительности импульса за

-верхний предел предложенного диапазона значений приводит лишь к перегреву раствора в процессе электролиза, т, е, к дополнител ьн ы м потерям электроэнергии (см таблицу и. 11).

С ростом длительности переднего фронта импульса за верхний предел предложенного диапазона значений (> 100 нс) происходит уменьшение интенсивности импульсов электромагнитного поля и ударных волн, что приводит к снижению эффективности электролиза раствора, а также к адсорбции побочных продуктов электрокиза на мембране и электродах и, следовательно, к росту омического сопротивления электролизера. При этом затраты электроэнергии йа осуществление процесса увеличиваются с течением времени (см. таблицу, пп. 9, 13), В этом случае после некоторого времени проведения электролиза необходимы остановка и разборка электролиза для очистки мембраны и электродов, что обусловливает дополнительные затраты электроэнергии и времени.

Генерация мощных импульсов напряжения с длительностью переднего фронта импульса т, р < 1 нс сопряжена со значительными экспериментальными трудностями их получения. Использование таких импульсов в электродной системе мембранного электролизера практически невозможно вследствие существования распределенных индуктивности и емкости соединительных проводов (даже в случае их малой длины). Наличие распределенных индуктивности и емкости в электрической цепи приводит к искажению импульса

1650603

Продолжение таблицы (увеличению длительности переднего фронта импульса).

При уменьшении амплитуды импульсов за нижнюю границу предложенного диапазона значений (<0,5 кВ) эффективность генерации ионов водорода и ионов гидроксида существенно снижается (см. таблицу, и. 8), Увеличение же амплитуды импульсов за верхний предел диапазона значений (>10 кВ) приводит к возникновению межэлектродного искрового разряда (пробой) и мощной ударной волны, вызывающей разрушение электролизера (см, — àáлицу, и, 12), Таким образом, по предлагаемому способу за короткое время (3 — 5 мин), создается возможность получения растворов с повышенным содержанием ионов водорода или гидроксила, характеризуемых необходимыми значениями рН. В процессе электролиза омическое сопротивление электролизера не увеличивается, а также не затрачивается дополнительная энергия.на очистку электро5 дов и мембраны и полностью исключается периодическая остановка работы электролизера для его механической очистки.

Формула изобретения

Способ полу. ения кислых и щелочных

10 растворов, включающий обработку в одного раствора электролита в электролизере с . разделенными электродными пространствами с использованием импульсного тока, отличающийся тем, что. с целью

15 ускорения процесса и снижение энергозатрат, процесс ведут с частотой следования импульсов 0,1 — 10 МГц, длительностью 0,015 мкс, амплитудой 0,5-10 кВ при длительности переднего фронта импульса 1 — 100 нс.

1650603

Продолжение таблицы

Составитель Т.Барабаш

Техред M.Moðãåíòàë Корректор M.Màêcèìèøèíåö

Редактор Т.Иванова

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

Заказ 1974 Тираж 635 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35,.Раушская наб., 4/5