Способ электрохимического получения раствора гипохлоритов магния и меди
Изобретение относится к области получения растворов гипохлоритов электролизом, в частности к способу электрохимического получения раствора гипохлоритов магния и меди. Способ включает электролиз водного раствора хлоридов магния, полученных растворением природного бишофита, в непроточном бездиафрагменном электролизере с медными электродами, на которые подают электрический ток напряжением 3-5 В, при температуре электролита 20-25°С. При этом на медные электроды подают импульсный ток средней плотности 0,5-1,0 А/дм2, частотой 100-200 Гц и скважностью 2-4, при концентрации электролита 5-10% и рН 8-9. Электролиз осуществляют в течение 0,25-0,5 часа. Техническим результатом является увеличение выхода гипохлоритов меди и магния от 18 до 20% и снижение затрат электрической энергии на получение единицы продукта на треть. 3 табл.
Способ электрохимического получения раствора гипохлоритов магния и меди.
Изобретение относится к области получения растворов гипохлоритов электролизом.
Известен способ получения раствора гипохлоритов магния, включающий электролиз раствора хлоридов металлов с использованием нерастворимого анода, при этом электролизу подвергают раствор, содержащий хлорид магния в виде бишофита, борную кислоту, сульфат магния и сульфат кальция при рН 4,5-6,0 в электролизере без диафрагмы с анодом из графита и катодом из титана при плотности тока 8-12 А/дм2 и температуре 20-50°С (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1624057, МПК С25В 1/26, публикация 30.01.1991).
Недостатком известного способа является отсутствие растворимого анода. На используемом в качестве анода графите протекают реакции окисления хлорид-ионов с генерацией гипохлорит-ионов, что приводит к увеличению плотности тока. В остальном ионный состав используемого раствора остается неизменным.
В этом же источнике информации (см. №1624057, пример 10, стр.5 и 6) описан способ получения раствора гипохлоритов магния, в котором для приготовления исходного раствора для электролиза берут 0,9 л воды, растворяют в ней 165 г кристаллического бишофита с содержанием 45% MgCl2 и получают 1 л исходного раствора, содержащего 70 г/л MgCl2, pH 5,3. Электролиз проводят в электролизере без диафрагмы с анодом из графита и катодом из титана, при плотности тока 8 А/дм2, температуре электролита 30°C и напряжении 2,8-3,0 В в течение 4 часов 50 минут, осуществляя дополнительно непрерывное интенсивное перемешивание раствора.
Недостатком этого известного способа является высокие плотности тока, используемые в способе и длительное осуществление процесса с дополнительным интенсивным перемешиванием раствора.
Известен способ получения раствора гипохлорита магния, включающий электролиз водного раствора хлоридов магния в виде бишофита в электролизере с анодом из угольного графита и катодом из стали, на постоянном токе при плотности тока 0,1-1,5 А/дм2 и температуре электролита 20°С (см. описание изобретения к патенту РФ №2238348, МПК С25В 1/26, 1/18, публикация 20.10.2004).
Недостатком известного способа является использование в качестве анода графита, что позволяет получать только один продукт- гипохлорит магния.
Известен способ получения гипохлоритов магния и меди, включающий электролиз водного раствора хлоридов магния, полученных растворением природного бишофита в непроточном бездиафрагменном электролизере с медными электродами, на которые подают постоянный ток напряжением 1-25 В, плотностью 1-10 A/дм2, при концентрации электролита 0,5-2% и температуре 20-25°С, процесс электролиза осуществляют в течение 0,5 часа (см. описание изобретения к патенту РФ №2361016, MПK С25В 1/00, публикация 10.07.2009).
Недостатком этого известного способа, выбранного в качестве прототипа, является для проведения процесса использование тока постоянного направления. В результате, за счет постоянства токового режима, происходит поляризация электродов. В результате этого для получения единицы продукта (гипохлоритов магния и меди) расходуется излишнее количество электрической энергии, уменьшается выход по току получаемой продукции.
Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности процесса получения гипохлорита магния и меди за счет уменьшения расхода электрической энергии на получение единицы продукции в виде раствора гипохлоритов магния и меди.
Сущность заявляемого изобретения заключается в следующем. Способ электрохимического получения раствора гипохлоритов магния и меди, включающий электролиз водного раствора хлоридов магния, полученных растворением природного бишофита, в непроточном бездиафрагменном электролизере с медными электродами, на которые подают электрический ток напряжением 3-5 В (в зависимости от величины используемой плотности тока), при температуре электролита 22-25°С. Отличием является то, что на медные электроды подают импульсный ток средней плотностью 0,5-1,0 А/дм2, частотой 100-200 Гц и скважностью импульсов 2-4 при концентрации электролита 5-10% и рН 8-9, процесс электролиза осуществляется в течение 0,25-0,5 часа. Это позволяет увеличить выход по току продукта гипохлорита магния и меди при плотностях тока, значения которых равны плотностям постоянного тока.
Способ осуществляют следующим образом.
Заявляемый способ может быть реализован в электролизере с неразделенными анодным и катодным пространствами непрерывного или периодического действия с медным катодом в растворе минерала бишофита (хлорида магния) концентрацией 5-10% и pН 8-9. Электролизер подключен к источнику импульсного тока частотой 100-200 Гц, скважностью 2-4, с средней плотностью тока 0,5-1.0 А/дм2, процесс электролиза осуществляется в течение 0,25-0,5 часа.
Примеры конкретного исполнения представлены в таблицах 1, 2, 3, где показано влияние плотности, скважности на выход по току ионов меди и активного хлора.
| Таблица 1 | ||||
| Плотность тока, А/дм2 | Концентрация электролита, % | Выход по току, % | Удельные затраты | |
| Гипохлорит меди | Гипохлорит магния | энергии, кВт·час/кг | ||
| 0,5 | 10 | 55,3 | 45,1 | 5,1 |
| 0,75 | 10 | 58,1 | 47,2 | 6,8 |
| 1,0 | 10 | 61,0 | 48,2 | 7,3 |
| 0,5 | 5 | 44,3 | 27,1 | 7,3 |
| 0,75 | 5 | 51,0 | 29,0 | 7,8 |
| 1,0 | 5 | 54,7 | 30,0 | 8,2 |
| Таблица 2 | ||||||||||
| Плотность тока, А/дм2 | Концентрация электролита, % | Импульсный ток 100 Гц, выход но току(%) при скважности | ||||||||
| Гипохлорит меди | Гипохлорит магния | Удельные затраты энергии, кВт·час/кг | ||||||||
| 2 | 3 | 4 | 2 | 3 | 4 | 2 | 3 | 4 | ||
| 0,5 | 10 | 65,0 | 65,8 | 66,2 | 35,0 | 34,2 | 35,3 | 4,1 | 4,3 | 4,6 |
| 0,75 | 10 | 67,5 | 67,6 | 67,7 | 32,5 | 32,7 | 32,3 | 3,8 | 4,0 | 4,1 |
| 1,0 | 10 | 69,4 | 69,0 | 68,8 | 30,6 | 31,0 | 31,2 | 5,2 | 5,1 | 4,9 |
| 0,5 | 5 | 52,4 | 52,3 | 52,2 | 47,6 | 47,7 | 47,8 | 6,8 | 6,7 | 6,6 |
| 0,75 | 5 | 52,0 | 52,1 | 52,7 | 48,0 | 47,9 | 47,3 | 7,1 | 7,4 | 7,6 |
| 1,0 | 5 | 55,7 | 55,0 | 54,8 | 44,3 | 45,0 | 45,2 | 7,3 | 7,6 | 7,8 |
| Таблица 3 | ||||||||||
| Плотность тока, А/дм2 | Концентрация электролита, % | Импульсный ток 200 Гц, выход по току(%) при скважности | ||||||||
| Гипохлорит меди | Гипохлорит магния | Удельные затраты энергии, кВт·час/кг | ||||||||
| 2 | 3 | 4 | 2 | 3 | 4 | 2 | 3 | 4 | ||
| 0,5 | 10 | 66,1 | 66,4 | 67,2 | 33,9 | 33,6 | 32,8 | 4,3 | 4,6 | 4,9 |
| 0,75 | 10 | 67,3 | 67,1 | 67,4 | 32,7 | 32,9 | 32,6 | 3,7 | 4,5 | 4,1 |
| 1,0 | 10 | 68,2 | 67,9 | 67,8 | 31,8 | 32,1 | 32,2 | 4,2 | 4,6 | 4,9 |
| 0,5 | 5 | 53,4 | 52,5 | 52,1 | 46,6 | 47,5 | 47,9 | 6,8 | 6,7 | 6,5 |
| 0,75 | 5 | 51,0 | 51,7 | 52,1 | 49,0 | 48,3 | 47,9 | 7,9 | 7,1 | 7,3 |
| 1,0 | 5 | 53,0 | 53,4 | 53,4 | 47,0 | 46,5 | 46,6 | 7,4 | 7,6 | 7,9 |
Использование постоянного тока (таблица 1) позволяет при концентрации электролита 10% получать при плотности тока 0,5 А/дм2 выход по току для гипохлорита меди 55,3%, гипохлорита магния 45,1%.
Применение импульсного тока частотой 100 Гц, той же плотности при скважности 2 (таблица 2) увеличивает выход гипохлорита меди до 65.0%. В диапазоне используемых равных плотностей тока увеличение плотности импульсного тока до 1,0 А/дм2 (скважность 2) приводит к возрастанию выхода по току гипохлорита меди с 61,0 для постоянного до 69,4% (увеличение на 13,8%).
Увеличение скважности импульсного тока частотой 100 Гц от 2 до 3 при одинаковых значениях плотностей тока (таблица 2) из растворов электролита одинаковой концентрации приводит к большему выходу по току гипохлорита меди, чем при использовании постоянного тока: при плотности 0,75 А/дм2 увеличение скважности от 2 до 3 и 4 соответственно по отношению к постоянному току составляет: 2-14%, 3-16,4%, 4-16,5%.
Использование импульсного тока частотой 200 Гц (таблица 3) при равных с постоянным током плотностях и концентрации электролита 5% также приводит к большему выходу гипохлорита меди. Например: при плотности тока 0,5 А/дм2 увеличение скважности от 2 до 4 приводит к увеличению выхода продукта, по сравнению с постоянным током, на проценты: 2-20,5%, 3-18%, 4-17%.
Применение импульсного тока частотой 100 Гц скважностью 2, 3, 4 при одинаковых с постоянным током плотностях тока приводит к сокращению затрат электрической энергии на единицу массы продукта. Например, при плотности тока 0,5 А/дм2 в электролите с концентрацией 10% удельные затраты энергии составляют 5,1 кВт·час/кг, при импульсном токе 100 Гц и, соответственно, скважностях 2, 3, 4 составляют: 2-4,1 кВт·час/кг (24% выигрыша), 3-4,3 кВт·час/кг (18,6% выигрыша), 4-4,6 кВт·час/кг (4,1% выигрыша).
При использовании тока частотой 200 Гц при тех же скважностях и плотности тока 1,0 А/дм2: 2-4,2 кВт·час/кг (73,8% выигрыша), 3-4,6 кВт·час/кг (58,7% выигрыша), 4-4,9 кВт·час/кг (48,9% выигрыша).
Приведенные примеры по влиянию плотности тока, формы, частоты и скважности импульсного тока в сравнении с постоянным током одинаковой плотности тока показывают, что выход по току продукта электролиза увеличивается.
Заявленное изобретение позволяет при замене постоянного тока импульсным током при тех же плотностях тока 0,5-1,0 А/дм2 увеличить выход по току гипохлоритов меди, снизить расход электрической энергии при электролизе раствора бишофита.
Способ электрохимического получения раствора гипохлоритов магния и меди, включающий электролиз водного раствора хлоридов магния, полученных растворением природного бишофита, в непроточном бездиафрагменном электролизере с медными электродами, на которые подают электрический ток напряжением 3-5 В, при температуре электролита 20-25°С, отличающийся тем, что на медные электроды подают импульсный ток средней плотности 0,5-1,0 А/дм2, частотой 100-200 Гц и скважностью 2-4, при концентрации электролита 5-10% и рН 8-9, и электролиз осуществляют в течение 0,25-0,5 ч.
