Состав для изготовления полимерной диафрагмы для электролиза хлоридов щелочных металлов и способ ее изготовления

 

Использование: для электролиза хлоридов щелочных металлов с получением хлора и щелочи. Сущность изобретения: приготавливают состав, содержащий 8 - 10% политетрафторэтилена, 5 - 15% диоксида циркония или 1 - 2% сополимера тетрафторэтилена с сульфированным перфторвиниловым эфиром Ф-40Ф, 1 - 3% поверхностно-активного вещества, 15 - 25% воды и до 100% порообразователя -насыщенного раствора хлорида натрия, содержащего твердые частицы размером 250 км. Вальцуют его в лист с изменением направления каждой прокатки. Затем термообрабатывают и удаляют порообразователь. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области электрохимических производств, в частности к технологии изготовления полимерных диафрагм (без содержания канцерогенного асбеста) для электролиза хлоридов щелочных металлов, с получением хлора и щелочи.

Известен состав для получения полимерной диафрагмы, включающий политетрафторэтилен, неорганический гидрофильный материал, например диоксид циркония, и порообразователь, например карбонат кальция, при следующем соотношении компонентов,мас.

Политетрафторэтилен 21 Диоксид циркония 46 Карбонат кальция 33 Известен способ изготовления полимерной диафрагмы, включающий смешение вышеуказанных компонентов в твердом виде, затем приготовленную смесь брикетируют, например, в шесть брикетов, причем прессование идет при давлении 20 кг/см², смачивают водой и подают на вальцевание. Брикеты прокатываются в листы толщиной 1300 мкм, затем листы складывают вместе и прокатывают до получения листа однородной структуры. Прокатку ведут в несколько стадий, между прокатками лист поворачивают на 90^o и процесс ведут до получения листа толщиной 800 мкм. Полученный лист термообрабатывают при температуре 350^oC и выщелачивают порообразователь в кипящем растворе 6н, соляной кислоты.

Полученную полимерную диафрагму применяли в хлорщелочном электролизе, электролиз вели в растворе хлорида натрия при плотности тока 0,2 А/см² и температуре 80^oC. В результате процесса выход по току составил 86% при получении раствора гидроксида натрия с концентрацией 129 г/л.

Известная полимерная диафрагма имеет существенные недостатки, которые заключаются прежде всего в том, что такая диафрагма не позволяет вести процесс с высокими выходами по току, кроме того, в ходе электролиза возникает повышенное содержание хлоратов. Известная диафрагма при восстановлении токовой нагрузки после ее отключения может ухудшить показатели процесса за счет снижения концентрации гидроксида натрия.

задачей настоящего изобретения является повышение выхода по току, снижение содержания хлоратов в гидроксиде натрия и стабильная работа диафрагмы.

Поставленная задача решается предложенным составом для изготовления полимерной диафрагмы для электролиза хлоридов щелочных металлов, включающим политетрафторэтилен, гидрофильную добавку и парообразователь, причем состав содержит дополнительно неионогенное поверхностно-активное вещество и воду, в качестве гидрофильной добавки диоксид циркония или сополимер тетрафторэтилена с сульфированным перфторвиниловым эфиром (Ф-40Ф), а в качестве порообразователя-насыщенный раствор хлорида натрия, содержащий его твердые частицы с размером 250 км, при следующем соотношении компонентов (мас. ): Политетрафторэтилен 8 10 Диоксид циркония или 5 15 Сополимер тетрафторэтилена с сульфированным перфторвиниловым эфиром Ф-40Ф 1 2 Поверхностно-активное вещество 1 3 Вода 15 25 Порообразователь Остальное
В качестве поверхностно-активного вещества используют синтамид, это вещество из группы неионогенных оксиэтилированных моноэтаноламидов синтетических жирных кислот C_nH_2n+1CONYCY₂CH₂O (C₂H₄O)_mH
Предложенный состав для изготовления полимерной диафрагмы для электролиза хлоридов щелочных металлов получают предложенным способом приготовления смеси политетрафторэтилена, гидрофильной добавки и порообразователя, вальцеванием ее в лист с изменением направления каждой прокатки, термообработкой и удалением порообразователя, причем в качестве гидрофильной добавки используют диоксид циркония или сополимер тетрафторэтилена с сульфированным перфторвиниловым эфиром Ф-40Ф, а в качестве порообразователя насыщенный раствор хлорида натрия, содержащий его твердые частицы с размером 250 км, в смесь дополнительно вводят неионогенное поверхностно-активное вещество и воду при следующем содержании компонентов (мас. )
Политетрафторэтилен 8 10
Диоксид циркония или 5 15
Сополимер тетрафторэтилени с сульфированным перфторвиниловым эфиром Ф-40Ф 1 2
Поверхностно-активное вещество 1 3
Вода 15 25
Порообразователь Остальное
вальцевание осуществляют с линейной скоростью валка 6,0 6,5 м/мин, при температуре 30 45^oC при количестве прокаток не менее девяти.

Дополнительным отличительным признаком предложенного способа является то, что в качестве поверхностно-активного вещества используют N-моно (2-полиэтиленгликольэтил) амид СЖК.

Другим дополнительным отличительным признаком предложенного способа является то, что при приготовлении смеси сначала пропитывают политетрафторэтилен водой с поверхностно-активным веществом, а затем добавляют гидрофильную добавку и порообразователь.

Сущность изобретения поясняется следующими примерами.

Пример 1. В смеситель загружают 10 г синтамида /ПАВ/, 80 мл воды, перемешивают до полного растворения ПАВ, в полученный раствор добавляют гидрофильное неорганическое вещество в количестве 40 г, в качестве гидрофильного неорганического вещества используют ZчO₂, перемешивают до получения однородной массы. В полученную массу вводят 80 г политетрафторэтилена. Полученную смесь выдерживают без перемешивания в течение 12 16 часов до полной пропитки частиц. Полноту пропитки определяют по полной прозрачности частиц визуально. Кроме того, при полной пропитке политетрафторэтилен не комкуется, а легко смешивается с дополнительно вводимыми компонентами. Затем вводят порообразователь, который представляет собой насыщенный при нормальных условиях раствор хлорида натрия, в котором находится твердый хлорид натрия с размером частиц не более 250 мкм.

Состав исходной смеси для изготовления полимерной диафрагмы следующий, мас.

Политетрафторэтилен 9,64
Диоксид циркония 7,2
Насыщенный раствор хлорида натрия с твердыми частицами 6,2
Синтамид 1,2
Вода 19,96
Пример 2. В смеситель загружают 10 г синтамида-5, предварительно залитого 80 мл воды, и 66,4 г политетрафторэтилена Ф-4Д и выдерживают без перемешивания в течение 48 часов. После полной пропитки политетрафторэтилена в смесь добавляют 60 г свежеполученного гидроксида циркония, и перемешивают смесь в течение 10 минут, а затем вводят 480 г хлорида натрия фракционного состава, как в примере 1, в его насыщенном растворе и продолжают перемешивать в течение 40 60 минут. Затем на двухвалковом безфрикционном каландре при линейной скорости 6,28 м/мин и температуре 30 45^oC делают 10 прокаток, причем между прокатками лист складывают пополам и изменяют направление прокаток на 90^o. Для упрочнения и уплотнения пленки температуру валков поднимают до 80 110^oC и, уменьшая зазор, делают еще 10 прокаток.

В результате получают прочный эластичный лист толщиной 0,9 мм, который подвергают термообработке и удалению порообразователя. Полученную пористую полимерную пленку испытывают в электролизере.

В таблице приведены электрохимические показатели, полученные при испытании полимерных диафрагм различного состава.

Если брать количество поверхностно-активного вещества менее одного процента, то смачивание гидрофобного политетрафторэтилена не происходит в течение 12 16 часов и при дальнейшем формировании диафрагмы получаются не фильтруемые участки полимерной диафрагмы из-за комкообразования фторопласта.

Увеличение содержание поверхностно-активного вещества свыше 3% нецелесообразно, так как при обильном пенообразовании затруднено равномерное смешивание компонентов.

Увеличение содержания диоксида циркония > 15% существенно не сказывается на химической стойкости и протекаемости диафрагмы.

При содержании неорганического смачивателя (диоксида циркония) менее 5% диафрагма гидрофобна и для ее протекаемости необходима специальная обработка ацетоном.

При содержании политетрафторэтилена /ПТФЭ/ больше 10 процентов, например 12% диафрагма плохо протекает, что приводит к увеличению содержания хлората натрия в католите и к снижению выхода по току.

Таким образом, предложенные состав и способ позволяют улучшить электрохимические параметры.

Формула изобретения

1. Состав для изготовления полимерной диафрагмы для электролиза хлоридов щелочных металлов, включающий политетрафторэтилен, гидрофильную добавку и порообразователь, отличающийся тем, что он дополнительно содержит неионогенное поверхностно-активное вещество и воду, в качестве гидрофильной добавки диоксид циркония или сополимер тетрафторэтилена с сульфированным перфторвиниловым эфиром (Ф-40Ф), а в качестве порообразователя насыщенный раствор хлорида натрия, содержащий его твердые частицы с размером 250 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас.

Политетрафторэтилен 8 10
Диоксид циркония или 5 15
сополимер тетрафторэтилена с сульфированным перфторвиниловым эфиром Ф-40Ф 1 2
Поверхностно-активное вещество 1 3
Вода 15 25
Порообразователь Остальное
2. Способ изготовления полимерной диафрагмы для электролиза хлоридов щелочных металлов приготовлением смеси политетрафторэтилена, гидрофильной добавки и порообразователя, вальцеванием ее в лист с изменением направления каждой прокатки, термообработкой и удалением порообразователя, отличающийся тем, что в качестве гидрофильной добавки используют диоксид циркония или сополимер тетрафторэтилена с сульфированным перфторвиниловым эфиром Ф-40Ф, а в качестве порообразователя насыщенный раствор хлорида натрия, содержащий его твердые частицы с размером 250 мкм, в смесь дополнительно вводят неионогенное поверхностно-активное вещество и воду при следующем соотношении компонентов, мас.

Политетрафторэтилен 8 10
Диоксид циркония или 5 15
сополимер тетрафторэтилена с сульфированным перфторвиниловым эфиром Ф-40Ф 1 2
Поверхностно-активное вещество 1 3
Вода 15 25
Порообразователь Остальное
вальцевание осуществляют с линейной скоростью валков 6,0 6,5 м/мин при 30 45^oС при количестве прокаток не менее девяти.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества используют N-моно/2-полиэтиленгликольэтил/амид СЖК.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что при приготовлении смеси сначала пропитывают политетрафторэтилен водой с поверхностно-активным веществом, а затем добавляют гидрофильную добавку и порообразователь.

РИСУНКИ

Рисунок 1