Способ получения биполярной мембраны



Владельцы патента RU 2763133:

Общество с ограниченной ответственностью "НПП Мембрана" (RU)

Изобретение относится к способу получения биполярных гетерогенных ионообменных мембран, которые могут быть использованы для конверсии солей в кислоты и щелочи, при получении высокочистой воды, подготовки воды для теплоэнергетики, переработки сточных вод с выделением ценных элементов. Способ получения биполярных мембран включает сборку сэндвич-пакета, состоящего из двух полированных листов из нержавеющей стали и гетерогенных катионо- и анионообменных мембран, отделенных от стальных листов термобумагой, помещение сэндвич-пакета в гермо-термомешок из силиконовой резины, вакуумирования гермо-термомешка с одновременным конвекционным нагреванием до температуры 130-145°С в течение 0,5-1 часа и остыванием под вакуумом. Технический результат - улучшение электромеханических свойств мембран. 3 з.п. ф-лы, 4 пр., 1 табл.

 

Изобретение относится к технологии изготовления мембран и может быть использовано в производстве биполярных гетерогенных ионообменных мембран, которые могут применяться для конверсии солей в кислоты и щелочи, при получении высокочистой воды, подготовки воды для теплоэнергетики, переработки сточных вод с выделением ценных элементов и т.п.

Известны способы получения гетерогенных ионообменных мембран вальцеванием на горячих вальцах с их последующим армированием на гидравлическом прессе [А.с. №№148906 (1962), 191783 (1967), МПК C08J 5/22], на барабанном вулканизационном прессе [А.с. №462848 (1974), МПК C08J 1/34], на каландре [Патент RU 2314322 (2008), C1, МПК C08J 5/22, C08J 5/20, B01D 67/00, B01D 71/26, B32B 27/32,]. Недостатком такого способа получения мембран является их однополярность, т.е. мембраны либо катионообменные, либо анионообменные.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ горячего прессования и одновременного армирования гетерогенных катионо- и анионообменных мембран [Ионитовые мембраны. Грануляты. Порошки: каталог НИИТЭХИМ. - М.: 1977, 15 с]. По данному способу на ООО «Инновационное Предприятие «Щекиноазот» производят коммерчески доступные биполярные мембраны МБ-2. Недостатком данного способа является высокая себестоимость мембран и высокий расход электроэнергии, а также сложность обеспечить равномерность давления при получении мембран большой площади.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение электрохимических свойств мембран, что приводит к снижению энергозатрат и повышению рентабельности процесса получения кислот и щелочей из солей, а также расширение ассортимента биполярных мембран. По предлагаемому способу можно получать биполярные мембраны любого размера из разнообразных гетерогенных катионо- и анионообменных мембран, имеющих термопластичные полимеры в качестве инертного связующего – полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид.

Технический результат достигается за счет применения вакуумирования с одновременным нагреванием при получении биполярных мембран. При нагревании гетерогенных катионо- и анионообменных мембран происходит переход инертного связующего (полиэтилена) в вязко-текучее состояние. Вакуумирование обеспечивает необходимое давление на мембраны и исключает негативное влияние внешних факторов (пыль и инородные частицы). Таким образом листы гетерогенных катионо- и анионообменной мембран совмещаются в один лист биполярной мембраны с хорошей адгезией слоев. Применение вакуумирования при производстве мембран позволяет обеспечить равномерность свойств мембраны по всей площади даже для мембран большого размера. В отличие от методов горячего прессования и вальцевания, в предлагаемом способе предусмотрен конвекционный нагрев, который обеспечит равномерное и быстрое достижение заданной температуры, а также высокую точность её поддержания с одновременным снижением энергозатрат. Для получения мембран по данному способу необходимо произвести сборку сэндвич-пакета, состоящего из двух полированных листов из нержавеющей стали и гетерогенных катионо- и анионообменных мембран, отделенных от стальных листов термобумагой. Затем сэндвич-пакет помещается в гермо-термомешок из силиконовой резины и происходит его вакуумирование. Режимы прессования – температура и время прогрева сэндвич-пакета, время прессования и охлаждения были подобраны таким образом, чтобы достичь заданной температуры между слоями биполярной мембраны. Оптимальные параметры прессования составляют - температура 130-145°С, выдержка в течение 0,5-1 часа и остыванием под вакуумом.

Для получения биполярных мембран по предлагаемому способу можно использовать относительно недорогие гетерогенные катионо- и анионообменные мембраны отечественного производства (ООО «Инновационное Предприятие «Щекиноазот»), а также гетерогенные катионо- и анионообменные мембраны зарубежного производства (например: ионообменные мембраны RALEX производства a.s. Mega, Чешская Республика).

Пример выполнения 1. Для получения биполярной мембраны были использованы ионообменные мембраны Ralex CМH и АМH, производства Чехия. Листы мембран марок Ralex CМH и АМH размером 10х40 см2 собираются в сэндвич-пакет следующим образом: на полированный лист из нержавеющей стали укладываются последовательно термобумага, две заготовки мембран мембраны марок Ralex АМH и CМH снова термобумага, сверху кладется стальной лист. Собранный таким образом сэндвич-пакет загружается в гермо-термомешок с одновременным прокладыванием защитной тефлоновой сетки между внутренними поверхностями мешка и сэндвич-пакета сверху и снизу. С помощью вакуумного блока создается давление в термо-гермомешке в диапазоне не менее минус 0.9 кг/см2 с одновременным нагревом до достижения температуры 140°С с экспозицией 70 минут. При этом вакуум в термо-гермомешке поддерживается постоянно. По окончании выдержки нагревательный блок отключается, давление поддерживается до достижения температуры менее 40°С. Далее сэндвич-пакет разбирается и БПМ извлекается.

Пример выполнения 2. При изготовлении БПМ использовали те же приемы, что и в примере 1. Отличие заключалось в том, что в качестве исходных материалов были использованы мембраны российского производства МК-40 и МА-41 ООО «Инновационное Предприятие «Щекиноазот». При этом температура вакуумного прессования составляла 135°С с экспозицией 60 минут.

Пример выполнения 3. При изготовлении БПМ использовали те же приемы, что и в примере 1. Отличие заключалось в том, что перед сборкой сэндвич-пакета между листами мембран Ralex АМH и CМH помещали порошкообразный катализатор реакции диссоциации воды. В качестве катализатора диссоциации воды использовали размолотый фосфорнокислотный катионит КФ-1.

Пример выполнения 4. При изготовлении БПМ использовали те же приемы, что и в примере 3. Отличие заключалось в том, что в качестве исходных мембран использовали МК-40 и МА-41.

Изготовленные биполярные мембраны использовали для конверсии сульфата натрия в серную кислоту и натриевую щелочь. Электродиализ осуществляли на трехкамерной элементарной ячейке при плотности тока 1 А/дм2. Для сравнения в этих же условиях испытывали мембрану МБ-2.

Таблица. Физико-химические и электрохимические свойства БПМ.

Пример Матрица (наименование базового материала) Толщина, мм Прочность на разрыв, МПа поверхностное электрическое сопротивление, Ом·см2 Выход по току, % Падение напряжения на трехкамерной элементарной ячейке, В
кислоты щелочи
прототип МБ-2 0,9
(не более)		 5,5
(не менее)		 18
(не более)		 55 65 16,8
1 Ralex CMH/
AMH		 1,05 15,0 12 62 73 14,9
2 МК-40/МА-41 0,83 13,1 13 57 68 16,3
3 Ralex CMH/
КФ-1/AMH		 1,10 14,2 12 65 75 2,9
4 МК-40/
КФ-1/МА-41		 0,87 12,5 13 59 69 3,2

Из приведенной таблицы следует, что заявленный способ получения биполярных мембран на основе гетерогенных катионо- и анионообменных мембран позволяет получить мембраны с разнообразными эксплуатационными свойствами, различной номенклатурной принадлежности, в том числе с прочностными характеристиками, требуемыми в применяемых в различных областях техники. Проведенные испытания показали промышленную применимость полученных биполярных мембран для применения в процессе конверсии солей в кислоты и щелочи. Полученные по предлагаемому способу мембраны обеспечивают более высокие выходы по току и низкое падение напряжение, по сравнению с прототипом. Введение катализатора реакции диссоциации воды позволяет дополнительно снизить падение напряжения на ячейке в 5 раз, что пропорционально уменьшает энергозатраты.

Таким образом, предлагаемый способ получения биполярных мембран новый, позволяет получать промышленно применимые в электродиализе мембраны, обладающие улучшенными характеристиками, такими как меньшее сопротивление и падение напряжения, а также высокие выходы по току, следовательно, соответствует критериям охраноспособности, предъявляемым к изобретениям.

1. Способ получения биполярных мембран, включающий сборку сэндвич-пакета, состоящего из двух полированных листов из нержавеющей стали и гетерогенных катионо- и анионообменных мембран, отделенных от стальных листов термобумагой, помещение сэндвич-пакета в гермо-термомешок из силиконовой резины, вакуумирование гермо-термомешка с одновременным конвекционным нагреванием до температуры 130-145°С в течение 0,5-1 часа и остыванием под вакуумом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используемые гетерогенные катионо- и анионообменные мембраны имеют в своем составе термопластичный полимер - полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид - в качестве инертного связующего.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при сборке сэндвич-пакета между листами катионо- и анионообменной мембран помещается катализатор для ускорения реакции диссоциации воды.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве катализатора диссоциации воды используется фосфорнокислотный катионит.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству для получения композиционной мембраны с полиэлектролитными слоями, содержащему емкость с размещенной в ней реакционной камерой с ультразвуковым излучателем и мешалкой. Над реакционной камерой расположены пять бункеров с исходными для разделения и очистки водно-спиртовых и/или иных промышленно-технологических смесей компонентами, такими как полидиметилсилоксан, гептан, (3-аминопропил)триэтоксисилан, суспензия FeBTC в гептане, дилаурат дибутилолово, поступающими в реакционную камеру, из основания которой через магистраль с дозатором реакционная смесь проходит через отверстие в основании емкости на предназначенную для формирования композиционной мембраны фильеру с подложкой, между которой и системой последовательно размещенных с общим дозатором бункеров расположен сушильный шкаф для образования в нем селективного слоя, селективные свойства которого, включая экспериментальные смеси и пермеат, фиксирует используемый в схеме устройства газовый хроматограф, причем подложка фильеры выполнена микропористой, между сушильным шкафом и последовательно размещенными бункерами с общим дозатором расположен узловой механизм для нанесения полиэлектролитных слоев, который выполнен в виде не менее восьми сосудов, один из которых заполнен поликатионом поли(аллиламин гидрохлоридом), второй заполнен полианионом поли(натрий 4-стиролсульфонатом), остальные заполнены водой для удаления излишков в каждом полученном полиэлектролитном слое, при этом экспериментальная смесь поступает через систему бункеров во вторую камеру, охлаждаемую жидким азотом, для конденсации паров экспериментальной смеси, а селективность дополнительно фиксируют с хроматографа на экран компьютера.

Настоящее изобретение относится к способу получения гибридных электролитических мембран на основе сшитого поливинилового спирта, модифицированного аминосульфоновой кислотой и гидролизированным тетраэтоксисиланом. В данном способе 10% раствор поливинилового спирта в диметилсульфоксиде перемешивают в течение 1 часа при 80°С и после выдержки в течение 12 часов в него добавляют 0.003-0.008 моля аминосульфоновой кислоты.

Изобретение относится к способу получения привитой полимером и функционализированной нетканой мембраны, приспособленной для использования в процессах разделения, и полученной таким способом мембране, а также к способам разделения с применением мембраны. Способ получения привитой полимером и функционализированной нетканой мембраны, приспособленной для использования при захвате целевой молекулы, включает: i) получение нетканого полотна, содержащего множество полимерных волокон; ii) прививочную полимеризацию акрилатного или метакрилатного полимера на множество полимерных волокон с получением множества сегментов полимера, ковалентно прикрепленных к волокнам, в результате чего получают привитые полимером волокна, причем стадия прививочной полимеризации включает: a) контактирование нетканого полотна с раствором, содержащим термический свободнорадикальный инициатор, чтобы обеспечить абсорбцию термического инициатора в нетканое полотно, b) контактирование нетканого полотна с раствором, содержащим по меньшей мере один акрилатный или метакрилатный мономер, и c) воздействие теплом на нетканое полотно, чтобы инициировать полимеризацию акрилатного или метакрилатного мономера; и iii) функционализацию привитых полимером волокон с целью прикрепления по меньшей мере одной функциональной группы, способной связывать целевую молекулу с сегментами полимера привитых полимерных волокон.

Изобретение относится к способу получения привитой полимером и функционализированной нетканой мембраны, приспособленной для использования в процессах разделения, и полученной таким способом мембране, а также к способам разделения с применением мембраны. Способ получения привитой полимером и функционализированной нетканой мембраны, приспособленной для использования при захвате целевой молекулы, включает: i) получение нетканого полотна, содержащего множество полимерных волокон; ii) прививочную полимеризацию акрилатного или метакрилатного полимера на множество полимерных волокон с получением множества сегментов полимера, ковалентно прикрепленных к волокнам, в результате чего получают привитые полимером волокна, причем стадия прививочной полимеризации включает: a) контактирование нетканого полотна с раствором, содержащим термический свободнорадикальный инициатор, чтобы обеспечить абсорбцию термического инициатора в нетканое полотно, b) контактирование нетканого полотна с раствором, содержащим по меньшей мере один акрилатный или метакрилатный мономер, и c) воздействие теплом на нетканое полотно, чтобы инициировать полимеризацию акрилатного или метакрилатного мономера; и iii) функционализацию привитых полимером волокон с целью прикрепления по меньшей мере одной функциональной группы, способной связывать целевую молекулу с сегментами полимера привитых полимерных волокон.

Изобретение относится к мембранной технике и технологии, а именно к способам получения изделий, используемых в качестве протон-проводящего полимерного электролита в низкотемпературных водородно-воздушных топливных элементах. Мембрану МФ-4СК в Н+-форме располагают между камерами двухкамерной ячейки, одна из которых заполнена водно-этиленгликольным раствором 0,0025-0,005 М гексахлорплатиновой кислоты (H2PtCl6) с содержанием этиленгликоля (далее ЭГ) 25-50% по объему, другая - водным раствором 0,05 М боргидрида натрия (NaBH4) с добавлением 0,5 М гидроксида натрия (NaOH).

Изобретение относится к способу модификации ионообменных мембран противоположно заряженными полиэлектролитами с целью повышения ионной селективности мембран, а также к модифицированным данным способом мембранам, обладающим повышенной ионной селективностью. Способ модификации катионообменных мембран полидиаллилдиметиламмоний хлоридом, ПДАДМАХ, с целью повышения ионной селективности мембран, отличающийся тем, что модификацию осуществляют путем выдерживания мембраны в растворе ПДАДМАХ в растворителе, обеспечивающем степень набухания мембраны, повышенную относительно условий эксплуатации мембраны, как минимум, в три раза, где растворитель представляет собой водный раствор низшего алифатического спирта, выбранного из метанола, этанола и изопропанола, и концентрация спирта в водном растворе составляет примерно от 20 масс.
Изобретение относится к битумно-полимерной композиции, которая может найти применение, в частности, при изготовлении дорожных вяжущих веществ, а также для изготовления внутренних и внешних покрытий для промышленных областей применения. Битумно-полимерная композиция, содержит битум, от 0,5 до 10 мас.% эластомера, от 0,05 до 15 мас.% олефинового полимерного вспомогательного вещества, функционализированного по меньшей мере, глицидильными функциональными группами.

Изобретение относится к водородной энергетике и топливным элементам, в частности к способам получения протонпроводящих полимерных мембран, используемых в твердополимерных топливных элементах. и к протонпроводящим полимерным мембранам с высокой проводимостью (до 10-1 См/см) и повышенной термостабильностью.

Изобретение относится к водородной энергетике и топливным элементам, в частности к способам получения протонпроводящих полимерных мембран, используемых в твердополимерных топливных элементах. и к протонпроводящим полимерным мембранам с высокой проводимостью (до 10-1 См/см) и повышенной термостабильностью.

Изобретение относится к полиолефиновому материалу, который образуют вытягиванием в твердом состоянии термопластичной композиции, содержащей непрерывную фазу, которая включает полиолефиновый матричный полимер и добавку нановключения и добавку микровключения, диспергированные в непрерывной фазе в форме дискретных доменов.

Изобретение относится к везикулам на основе амфифильных диблок-сополимеров, содержащим трансмембранные белки. Предложена везикула в жидкой композиции, содержащей амфифильный диблок-сополимер типа PMOXAa-b-PDMSc-d в качестве вещества, образующего везикулярную мембрану, дополнительно содержащей в качестве добавки от примерно 0,05 об./об.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2021-04-15 2021-12-27T16:01:06
Наверх