Способ получения озона



Способ получения озона
Способ получения озона
Способ получения озона
Способ получения озона

 

C25B1/13 - Электролитические способы; электрофорез; устройства для них (электродиализ, электроосмос, разделение жидкостей с помощью электричества B01D; обработка металла воздействием электрического тока высокой плотности B23H; обработка воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод электрохимическими способами C02F 1/46; поверхностная обработка металлического материала или покрытия, включающая по крайней мере один способ, охватываемый классом C23 и по крайней мере другой способ, охватываемый этим классом, C23C 28/00, C23F 17/00; анодная или катодная защита C23F; электролитические способы получения монокристаллов C30B; металлизация текстильных изделий D06M 11/83; декоративная обработка текстильных изделий местной

Владельцы патента RU 2585624:

Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" (АО "НИФХИ им. Л.Я. Карпова") (RU)

Изобретение относится к способу получения озона, заключающемуся в электролизе водного раствора кислого фтористого аммония с концентрацией 30-40% NH4HF2, осуществляемом в диафрагменном электролизере с анодом из стеклоуглерода при анодной плотности тока ниже 1,8 А/см2 в условиях охлаждения системы электролит - электроды в диапазоне температуры 0-30°С. Способ характеризуется тем, что процесс ведут при анодной плотности тока 0,05-0,3 А/см2, а анод охлаждают до температуры +10±5°С. В результате получают одновременно два окислителя: озон и дополнительно - дифторид кислорода, что на практике значительно влияет на эффективность процессов, например, водоочистки или водоподготовки. 1 з.п. ф-лы, 1 пр., 1 табл., 2 ил.

 

Изобретение относится к химической технологии, в частности к электрохимическим способам получения неорганических экологически чистых перекисных соединений, а именно озона высокой концентрации. Озон высоких концентраций найдет широкое применение в водных технологиях: водоподготовки питьевой воды, водоочистки природных и сточных вод, обезвреживания и обеззараживания широкого спектра экотоксикантов, а также в химическом производстве ряда лекарственных препаратов, в микроэлектронном производстве для очистки поверхности полупроводниковых пластин кремния, арсенида галлия и др.

Известен способ получения озона [1. Д.П. Семченко, В.И. Любушкин, Е.Т. Любушкина Электрохимия 1973, Т. 1X, №11, С. 1744, «К вопросу электрохимического получения озона»], где самые высокие выхода по току озона 12,8-13,2% (об.) получают при электролизе 50% раствора фосфорной кислоты Н3РО4 на аноде PbO2, где анодная плотность тока находится в диапазоне 1,2-2,6 А/см2 и температура электролита равна 6-8,5°C. Установлено, что выход по току озона падает с понижение температуры электролита до 0°C и с ростом концентрации Н3РО4. Причем чем выше концентрация Н3РО4, тем быстрее происходит разрушение анода.

Существенными недостатками такого способа получения озона являются:

- низкая эффективность процесса электросинтеза озона в растворах H3PO4;

- значительный расход электроэнергии из-за высокой анодной плотности тока;

- ресурс работы анода ограничен.

Известно [2. Heiz P. Fritz, Jordanis C.G. Thanos, Deitrich W. Wabner // Z. Naturforsch 1979, V.B34, №12, P. 1617-1627, «Electrochemical Syntheses XVII, Ozone syntheses electrolysis of water»], что при электролизе фосфатных буферных растворов (pH 7,66-5,85) на анодах из PbO2 образуется озон с выходом по току 13% (вес). Изменение температуры в интервале 8-25°C, а также введение в раствор электролита сульфат ионов до 0,24 М не влияет на выход по току озона. Введение в фосфатный буферный раствор добавки фторид иона, а именно 2,5 мМ KF, позволяет увеличить выход по току озона на 30% при анодной плотности тока 100 мA/см2 и температуре электролита 19°C. Анод - PbO2 изготавливали электрохимическим электроосаждением на Ti подложку.

Недостатком такого способа получения озона является то, что металлоксидные аноды имеют ограниченный ресурс работы, связанный с диффузией озон-кислородной смеси в пористое покрытие из оксида металла и его осыпанием. Главная сложность в технологии изготовления таких электродов достичь высокой адгезии слоя электроосаждаемого покрытия к вентильной основе. Для этого применяют комплекс механических, физических и химических методов обработки поверхности подложки металлоксидного покрытия. Данная технология трудоемка, многостадийна.

Известен [3. Международная заявка PCT (WO) №86 / 01542, МКИ C25B 1/00, C01B 13/10, публикация 86.03.13, №6, Wabner Dietrich, Tillmetz Werner, Gnann Michael] способ получения озона электролизом буферного раствора с высокой концентрацией соли. Для электролиза применяют аноды на основе пероксида свинца. При температуре подаваемой воды и при температуре окружающей среды достигаются концентрации получаемого O3 до 25% (вес.). Электроды в устройстве расположены между металлической подложкой и покрытием, состоящим из отдельных электрохимически разделенных зародышей металла, электрически более положительного, чем металл подложки, который образует электропроводящий оксид или смешанный оксид. Недостаток способа заключается в сложности изготовления таких анодов, а также их низкая коррозионная стойкость.

Известен [4. CA Patent №1170616 CL C25B 1/00 «Eletrolytical process for the produced of ozone»., / Foller, Peter C., Tobias, Charles W.] способ получения очень высоких концентраций электролизом фторидсодержащих растворов с высокой электроотрицательностью. Применялись следующие растворы: HPF6, H2SiF6, HAsF6 и аноды из Pt, PbO2 Pt, PbO2. Установлено, что как на Pt, так и на PbO2 при температуре 0°C электролиз растворов HPF6 позволяет получать необычайно высокие выхода по току O3 52% при анодной плотности тока от 0,4-0,6 А/см2. Показано, что эффективность образования O3 зависит от концентрации фторидсодержащего электролита. В частности, на Pt при концентрации 3М HPF6 выход по току 10%, а при концентрации 7М HPF6 выход по току 52%. При увеличении концентрации электролита происходит сильное разрушение анода.

Получение озона по предлагаемому авторами способу имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, предлагаемый способ экологически опасен:

- необходимо принятия специальных мер безопасности при работе с концентрированным озоном, относящимся к 1-му классу опасности, ПДК O3 в рабочей зоне 0,1 мг/м3;

- опасность взрыва при работе с высококонцентрированным озоном, при 48% (вес.) начинается нестационарное взрывное превращение, а выше 54% (вес.) развивается детонация;

- HPF6 относится к классу опасности, что требует соблюдения специальных условий техники безопасности. Во-вторых, предлагаемый способ материало и энергетически затратен:

- необходимость поддержания низкой температуры электролита 0°C, что увеличивает расход электроэнергии;

- небольшой ресурс работы анода PbO2 из-за высоких скоростей коррозии материала анода.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ [5. Авторское свидетельство SU №1421808 C25B 1/00, 07.09.88. Бюл. N 33, В.И. Любушкин, Е.Т. Любушкина, В.А. Смирнов, «Способ получения озона»] получения озона электролизом водных растворов кислого фтористого аммония с концентрацией 30-40% NH4HF2 в диафрагменном электролизере с анодом из стеклоуглерода при анодной плотности тока 0,6-1,8 А/см2 и температуре 0-30°C. Корпус электролизера выполнен из полиэтилена, а диафрагмой служит фторопластовая пленка с 35-40 отверстиями 1 см2 и диаметра 0,5 мм. Рабочая поверхность анода 1 см2, катода 100 см2. Анализ газов проводился йодометрическим методом. Авторами показано, что при электролизе 30% NH4HF2 при анодной плотности тока 1,2 А/см2 и температуре электролита 10°C достигается выход по току 45%. При электролизе 43% раствора NH4HF2, плотности тока 1,8 А/см2 и температуре 30°C выход по току достигается 32,6%

Существенный недостаток - значительные эксплуатационные и энергетические затраты из-за высоких скоростей коррозии анода при высоких плотностях тока 1,8-2,0 А/см2.

Другой недостаток - не установлен состав выделяющихся анодных газов. При таких высоких анодных плотностях тока и высоких концентрациях фторидсодержащих веществ возможно образование дифторида кислорода F2O.

Технической задачей заявленного изобретения является снижение эксплуатационных затрат, снижение скорости коррозии анода, установление состава анодных газов.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом изобретении электролизом раствора кислого фтористого аммония с концентрацией 30-40% NH4HF2 в диафрагменном электролизере с анодом из стеклоуглерода при анодной плотности тока 0,05-0,3 А/см2 и температуре охлаждения анода водопроводной водой и/или при охлаждении электролита при +10±5°C получают одновременно два окислителя: озон и дифторид кислорода.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующим примером.

Пример 1.

Получение озона проводят в диафрагменном электролизере, где корпус выполнен из фторопласта [Патент RU 2285061, МПК C25D 1/13]. В качестве анолита и католита применяют раствор 40% NH4HF2. Раствор готовят из аммония фтористого кислого NH4HF2 (ГОСТ 9546-75 ТУ ч. д. а). В электролизер заливают 1,8-2,0 литра раствора электролита. Анодное и катодное пространства электролизера разделено ионообменной мембраной МФ-4СК. Материалом анода и катода являлся стеклоуглерод СУ-20. Анод и катод охлаждался водопроводной водой +10±5°C. Рабочая поверхность анода 118 см2. Для обеспечения чистоты озона выделяющиеся анодные газы пропускают через уравнительную склянку с водой, которая также позволяет выравнивать давление в анодной и катодной камерах электролизера.

Из таблицы №1 видно, что в предлагаемом способе получаются высокие концентрации озона и низкие скорости коррозии анода. Таким образом, предлагаемый способ получения озона в интервале анодной плотности тока от 0,05-0,3 А/см2 позволяет снизить эксплуатационные затраты.

Выделяющиеся анодные газы анализировались УФ- и ИК-спектроскопией.

На фиг. 1 представлен УФ-спектр воды, насыщенной озон-кислородной смесью, генерируемой при токовых нагрузках: 10 А, 25 А, 40 А, 60 А на Модуле СУ-10.

Видно, что на УФ-спектре наблюдается единственная полоса поглощения с максимумом при λ=240-255 нм полоса Гартли, характерная для озона. Таким образом, в предлагаемом способе получения озона обеспечивается высокая степень чистоты его.

На Фиг. 2 представлен ИК-спектр газовой фазы, выделяющейся при токовой нагрузке 20 А на электролизере.

Видно, что на ИК-спектре регистрируются не только очень интенсивные полосы поглощения при 1134,9, 1089,2 и 716 см-1, характерные для озона, но и полоса поглощения при 800-830 нм, которая принадлежит дифториду кислорода OF2 [6. Инфракрасный метод определения вещественного состава технического фтора [Электронный ресурс] / Н.П. Курин, В.А. Красильников, Т.И. Гузеева // Известия Томского политехнического университета [Известия ТПУ / Томский политехнический университет (ТПУ). - 2002. - Т. 305, вып. 3: Проблемы и перспективы технологий атомной промышленности. - [С. 282-290].

Таким образом в предлагаемом способе возможно получать два окислителя: озон и дифторид кислорода.

1. Способ получения озона, заключающийся в электролизе водного раствора кислого фтористого аммония с концентрацией 30-40% NH4HF2, осуществляемом в диафрагменном электролизере с анодом из стеклоуглерода при анодной плотности тока ниже 1,8 А/см2 в условиях охлаждения системы электролит - электроды в диапазоне температуры 0-30°С, отличающийся тем, что процесс ведут при анодной плотности тока 0,05-0,3 А/см2, а анод охлаждают до температуры +10±5°С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что помимо озона дополнительно получают второй окислитель: дифторид кислорода.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области химической технологии и, более конкретно, к электролизу воды, и предлагает способ получения потока газа путем прохождения потока воздуха по ионной поверхности, применимый при производстве электроэнергии.

Изобретение относится к электрохимической модульной ячейке для обработки растворов электролитов. Ячейка содержит герметичный корпус с верхней и нижней крышками, цилиндрические, вертикально установленные, коаксиально расположенные по отношению друг к другу наружный и внутренний полый электроды и расположенную между электродами микропористую диафрагму, разделяющую межэлектродное пространство на электродные камеры, образующую с внутренним электродом герметичную камеру.

Изобретение относится к электрохимическому способу получения сложных гибридных каталитических систем на основе модифицированного углерода, содержащих на поверхности оксидные вольфрамовые бронзы, в котором каталитические системы получают из расплава 30 мол.% K2WO4, 25 мол.% Li2WO4 и 45 мол.% WO3 в импульсном потенциостатическом режиме при перенапряжении не выше 300 мВ с использованием платинового анода, притом что электроосаждение ведут на угольную подложку.
Изобретение относится к способу получения нитрата церия(IV) электрохимическим окислением нитрата церия(III) в анодной камере электролизера, содержащей раствор с начальной концентрацией нитрата церия(III) 100-130 г/л и начальной концентрацией свободной азотной кислоты в анолите и в католите 8-12 г/л, при плотности тока на платинированном ниобиевом аноде 1-3 А/дм2.

Изобретение относится к способу защиты от окисления биполярных пластин топливных элементов и коллекторов тока электролизеров с твердым полимерным электролитом (ТПЭ), заключающемуся в предварительной обработке металлической подложки, нанесении на обработанную металлическую подложку электропроводного покрытия благородных металлов методом магнетронно-ионного напыления.

Изобретение относится к аноду для выделения кислорода при высоком анодном потенциале, содержащему основу из титана или его сплавов, первый промежуточный слой диоксида марганца, нанесенный на основу, второй промежуточный слой оксидов олова и сурьмы, нанесенный на первый промежуточный слой, и внешний слой, состоящий из диоксида свинца.

Изобретение относится к электрохимическому способу получения трис(2-хлорэтил)фосфата из красного фосфора. Способ характеризуется тем, что процесс электролиза проводят в непрерывном режиме путем постоянной подачи порошкообразного красного фосфора и смеси этиленхлоргидрина, воды и электропроводящей добавки в циркуляционный контур проточного бездиафрагменного электролизера фильтр-прессного типа, где суспензию подвергают электролизу, с отводом части электролизуемой смеси из циркуляционного контура через фильтр, после которого из отфильтрованного раствора выделяют трис(2-хлорэтил)фосфат отгонкой электролита, который вместе с отфильтрованным красным фосфором возвращают на электролиз.
Изобретение относится к технологиям получения композиционных материалов на основе оксидов металлов и неметаллических веществ - терморасширенного графита, и может быть использовано в производстве токосъемных элементов электроподвижного состава, скользящих щеток в электродвигателях малой мощности, электродов для электрохимического производства и анодных заземлителей и др.

Изобретение относится к электроду электролизной ячейки для электрохимических процессов с выделением газа, включающему множество горизонтальных ламельных элементов, которые в конструктивном исполнении плоского С-образного профиля состоят из плоской спинки и одной или более полок, а между плоской спинкой и упомянутыми одной или более полками расположены одна или более переходных областей произвольной формы, причем ламельные элементы имеют множество сквозных отверстий.

Изобретение относится к области органической химии и электрохимии, конкретно к способу стереоселективного α-гидроксиалкилирования глицина путем введения его в виде основания Шиффа в координационную сферу комплекса Ni(II) с хиральным лигандом ((S)-2N-(N′-бензилпролил)аминобензофеноном), после чего осуществляют взаимодействие с реагентом.

Изобретение относится к способу непроницаемой для газа и жидкостей установки одного или нескольких граничащих друг с другом расходующих кислород электродов в электрохимическую полуячейку. Способ характеризуется тем, что возникающие при размещении расходующих кислород электродов на раме газового компартмента ячейки участки сгиба, и/или участки трещин на расходующих кислород электродах, и/или участки стыков, и/или участки перекрывания соседствующих расходующих кислород электродов и покрывают дополнительной пленкой, которая имеет одинаковый с расходующими кислород электродами состав и тоньше, чем слой расходующего кислород электрода, и что пленка содержит тот же обладающий каталитической активностью материал, что и расходующий кислород электрод. При этом расходующие кислород электроды основаны на фторированном полимере, и что в качестве дополнительного несущего элемента в расходующих кислород электродах и/или в пленке предусмотрена электропроводящая гибкая тканевая конструкция. Также изобретение относится к электрохимической ячейке и ее применению для электролиза NaCl. Использование настоящего изобретения позволяет уменьшить механические нагрузки, которые могут возникнуть при установке расходующих кислород электродов в электрохимическую полуячейку. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 пр.

Изобретение относится к устройствам для электрохимической обработки растворов. Электрохимический реактор выполнен из одной или более помещенных в корпус 1 проточных электрохимических модульных ячеек, каждая из которых содержит вертикально расположенные катод 6, установленный в центре корпуса, смонтированную вокруг него керамическую диафрагму 7, равноудаленные от катода противоэлектроды - аноды 5, расположенные вокруг катода с диафрагмой с образованием электродных пар типа «катод-анод». Катод имеет в сечении равносторонний многогранник с количеством сторон от 3 до 12, при этом противоэлектроды выполнены в виде тел, каждое из которых имеет плоскость, параллельную той грани катода, которая образует с этой плоскостью электродную пару типа «катод-анод». Противоэлектроды могут быть выполнены в виде пластин или в виде тел, имеющих в сечении многогранник. Образованные таким образом электродные пары обеспечивают максимальную плотность тока, в результате рабочий ток, получаемый в реакторе, будет иметь большую величину. Технический результат - повышение производительности реактора при одновременном повышении его надежности, снижение расхода энергии на проведение процесса. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к способе получения водного раствора гипохлорита натрия, включающему электролиз водного раствора хлорида натрия в проточном электролизере с неразделенными анодным и катодным пространствами, при этом осуществляют электролиз исходного водного раствора хлорида натрия, после чего проводят электролиз полученного электролита при разбавлении его водой и отбирают в качестве целевого продукта полученный в ходе электролиза водный раствор гипохлорита натрия. Способ характеризуется тем, что процесс электролиза при разбавлении электролита водой осуществляют, контролируя величину его рН, отслеживают изменение рН электролита и осуществляют отбор водного раствора гипохлорита натрия с заданным значением рН после того, как в ходе контроля рН электролита выявляют тенденцию к снижению его величины. Использование предлагаемого способа дает возможность получения водных растворов гипохлорита натрия с различными заданными значениями pH при обеспечении высокой степени конверсии исходной соли и высокого выхода гипохлорита натрия.
Изобретение относится к космическим двигательным системам и может использоваться при создании в будущем орбитального заправочного комплекса (ОЗК) или лунной базы. Способ включает доставку на ОЗК воды и получение из неё электролизом водорода и кислорода. Эти газы предварительно охлаждают при контакте с холодной поверхностью ОЗК, затем компримируют и повторно охлаждают, сжижают дросселированием и собирают в виде жидких компонентов топлива. Процессы электролиза воды и компримирования осуществляют поочередно, пневматически изолируя электролизер от получаемых газов. При компримировании сначала сжимают водород электрохимическим способом, а затем этим водородом сжимают кислород. После сжижения кислорода использованный для его компримирования водород перед дросселированием охлаждают полученным жидким кислородом до температуры ниже температуры инверсии при данном давлении. Техническим результатом изобретения является повышение технологичности производства жидкого ракетного топлива, увеличение срока его хранения на ОЗК с повышением надежности и ресурса ОЗК в целом.
Изобретение относится к космическим двигательным системам и может использоваться при создании в будущем орбитального заправочного комплекса (ОЗК). Способ включает доставку на ОЗК воды и получение из неё электролизом водорода и кислорода. Эти газы предварительно охлаждают при контакте с холодной поверхностью ОЗК, затем компримируют и повторно охлаждают, сжижают дросселированием и собирают в виде жидких компонентов топлива. Процессы электролиза воды и компримирования осуществляют поочередно, пневматически изолируя электролизер от получаемых газов. При компримировании сначала сжимают водород электрохимическим способом, а затем этим водородом изотермически сжимают кислород. После сжижения кислорода использованный для его компримирования водород перед дросселированием охлаждают полученным жидким кислородом до температуры ниже температуры инверсии при данном давлении. Техническим результатом изобретения является повышение технологичности производства жидкого ракетного топлива, увеличение срока его хранения на ОЗК, с повышением надежности и ресурса ОЗК в целом.

Изобретение относится к однокамерной ячейке для электрохимических систем, содержащей корпус, крышку, герметизирующее кольцо, металлический поршень с металлической пружиной, разнополярные электроды с выводами для подключения к электрическим приборам и средства крепления. Ячейка характеризуется тем, что указанный корпус выполнен из электроизоляционного материала, указанная крышка, также выполненная из электроизоляционного материала, содержит металлическую вставку, и тем, что дополнительно содержит металлическую основу, размещенную между указанной крышкой с металлической вставкой и указанным корпусом так, что указанное герметизирующее кольцо помещается между указанными корпусом, крышкой и вставкой, и тем, что дополнительно содержит вторую крышку, выполненную из металла, с цилиндрическим выступом, на который плотно надет стакан с перфорированным дном, на цилиндрической поверхности которого размещена пружина, несущая на другом конце поршень, и второе герметизирующее кольцо, размещенное между указанным корпусом и указанной второй крышкой. Использование предлагаемой ячейки позволяет существенно увеличить точность измерений. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области электрохимического получения активных форм наночастиц оксидов металлов. Электрохимический способ получения наноразмерных структур оксида никеля (II) включает окисление анода в ионной жидкости в атмосфере воздуха. Причем используют никелевые анод и катод. Окисление проводят при температуре 20-25°C в течение 2-20 минут, при плотности постоянного тока 5-10 мА/см2 или при постоянном потенциале 2.3-5 В. Предпочтительно используют ионную жидкость с добавкой дистиллированной воды или пропиленгликоля. Изобретение обеспечивает получение высокоупорядоченных наноразмерных структур. 3 з.п. ф-лы, 5 ил., 5 пр.
Наверх