БИПОЛЯРНАЯ МЕМБРАНА Российский патент 2007 года по МПК B01D69/12 C08J5/22 

Изобретение относится к области гидрометаллургии, в частности к изготовлению ионообменных мембран, которые могут быть использованы для корректировки рН, разложения солевых систем на кислоту и щелочь методом электродиализа т.д.

Известна высокопрочная биполярная мембрана (пат. №602544, Япония, МКИ C 08 J 5/22, В 01 D 61/46, 71/28), которая имеет низкое напряжение при разложении воды, высокую адгезию анионообменного слоя к катионообменному слою, обладает стойкостью к химическим реагентам и применяется при разложении нейтральных солей с образованием кислот и щелочей. Биполярная мембрана содержит катионообменную мембрану и анионообменник с полиаминной мостиковой структурой, включающей матрицу из стирольного блоксополимера без насыщенных связей в главной цепи, и полимера с низкой молекулярной массой, в который вводили анионообменные группы. Однако технология изготовления таких мембран довольно сложна.

Известна также биполярная мембрана, полученная путем совместного горячего прессования и одновременного армирования монополярных катионообменной и анионообменной мембран (Ионитовые мембраны. Грануляты. Порошки: каталог НИИТЭХИМ. - М.: 1977, 15 с.). Биполярная мембрана марки МБ-3, изготовленная указанным способом на основе среднекислотного фосфоновокислого катионита и сильноосновного бензилтриметиламмониевого анионита, имеет высокую эффективность при применении в процессах электродиализа, в частности, при разложении солевых систем на кислоту и щелочь. Однако технология получения среднекислотного фосфоновокислого катионита чрезвычайно сложна, вследствие чего получаемый катионит является весьма дорогостоящим продуктом, а потому монополярные мембраны, изготовленные на его основе имеют очень высокую себестоимость, так как содержание катионита в мембране доходит до 70% от веса мембраны. Соответственно, высокая себестоимость биполярных мембран на его основе значительно снижает рентабельность процесса разложения солевых систем методом электродиализа.

Наиболее близкой к заявляемой является биполярная мембрана марки МБ-2, полученная путем совместного горячего прессования и одновременного армирования монополярных катионообменной и анионообменной мембраны. (Ионитовые мембраны. Грануляты. Порошки: каталог НИИТЭХИМ. - М.: 1977, 15 с.). Биполярную мембрану марки МБ-2 изготавливают на основе сульфокатионита гелевого типа КУ-2 и бензилтриметиламмониевого анионита гелевого типа АБ-17. Применение их в электродиализных процессах разложения солевых систем на кислоту и щелочь нецелесообразно ввиду низкой рентабельности процесса, высокой величины падения напряжения на ячейке и, как следствие, высокого расхода электроэнергии.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение электрохимических свойств мембран, то есть повышение рентабельности процесса разложения солевых систем на кислоту и щелочь методом электродиализа, а также расширение ассортимента биполярных мембран.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемой биполярной мембране, полученной путем совместного горячего прессования и одновременного армирования монополярных сульфокатионитовой мембраны и мембраны на основе бензилтриметиламмониевого анионита, сульфокатионитовую мембрану изготавливают на основе макропористого сульфокатионита с высокоразвитой поверхностью. Мембраны получают на основе полиэтилена низкого давления. Макропористый сульфокатионит используют со значением удельной поверхности, равной 10 м²/г.

При использовании сульфокатионита с удельной поверхностью менее 10 м²/г биполярные мембраны имеют высокий потенциал диссоциации воды, что приводит к повышенным энергетическим расходам в процессе электродиализа.

Повышение удельной поверхности более 10 м²/г приводит к снижению селективности биполярных мембран и их прочности.

Предлагаемая биполярная мембрана может быть получена любого размера и толщины, для ее приготовления используются дешевые и доступные промышленные иониты.

Пример.

Изготавливали на горячих вальцах катионообменную мембрану из полиэтилена низкого давления и макропористого сульфокатионита марки КУ-23 (удельная поверхность 10 м²/г) и анионообменную мембрану на основе полиэтилена низкого давления марки 21008-075 и бензилтриметиламмониевого анионита AM. Вальцованные катионообменную и анионообменную мембраны подвергали затем совместному горячему прессованию и одновременному армированию синтетической тканью. В качестве синтетической ткани применяли полиамидную ткань. Прессование мембран производили при температуре плавления полиэтилена.

Изготовленную биполярную мембрану тестировали в процессе регенерации гидроксида натрия и серной кислоты путем разложения раствора сернокислого натрия, содержащих около 40 г/дм³ сульфата натрия.

Электродиализ осуществляли при плотности тока 100 А/м². Для сравнения в этих же условиях испытывали биполярную мембрану по прототипу.

Сравнительные свойства биполярных мембран представлены в таблице.

Таблица.Наименование показателейПредлагаемые мембраны на основе макропористого сульфокатионита с высокоразвитой поверхностью и бензилтриметиламмониевого анионитаМембраны по прототипу на основе сульфокатионита гелевого типа и бензилтриметиламмониевого анионита.Удельное электросопротивление в растворе NaCl конц. 0,6 моль/дм³200-300250-300Выход по току, %
серной кислоты
гидроксида натрия 
33,7
81,2не представлялось возможным замерить из-за очень высокого напряжения на мембранеПадение напряжения на ячейке, В8,9>47,0

Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что по своим эксплуатационным характеристикам предлагаемые биполярные мембраны значительно превосходят биполярные мембраны по прототипу.

Изобретение относится к биполярной мембране, которая может быть использована в гидрометаллургии и способу ее получения. Биполярную мембрану получают путем совместного горячего прессования и одновременного армирования синтетической тканью монополярных сульфокатионитовой мембраны на основе макропористого сульфокатионита с высокоразвитой поверхностью и значением удельной поверхности, равной 10 м²/г, и мембраны на основе бензилтриметиламмониевого анионита, при этом обе мембраны изготовлены с использованием полиэтилена низкого давления. Изобретение позволяет улучшить электромеханические свойства мембраны. 1 табл.

Биполярная мембрана, полученная путем совместного горячего прессования и одновременного армирования синтетической тканью монополярных сульфокатионитовой мембраны и мембраны на основе бензилтриметиламмониевого анионита, отличающаяся тем, что обе мембраны изготовлены с использованием полиэтилена низкого давления, а сульфокатионитовая мембрана изготовлена на основе макропористого сульфокатионита с высокоразвитой поверхностью и значением удельной поверхности, равной 10 м²/г.