Способ получения оксидантов из водных растворов хлористого натрия Российский патент 2019 года по МПК C02F1/46 

Изобретение относится к электрохимической обработке водных растворов, позволяющей придавать им регулируемые стабильные и нестабильные составы дезинфицирующих средств, которые могут использоваться для обработки воды, оборудования, пищевых продуктов, кормов.

Известен способ получения оксидантов из растворов хлорида натрия, включающий обработку растворов с концентрацией 3-5 г/л в анодной камере диафрагменного электролизера. В анолите образуется смесь оксидантов, состоящая в основном из хлорноватистой кислоты, диоксида хлора, перекиси водорода, озона, кислорода [1].

Анолит имел выход в емкость для анолита, мог использоваться для получения моющих и дезинфицирующих растворов. В катодной камере осуществлялась циркуляции раствора хлорида натрия. В катодной камере в результате электрообработки (электроактивации) образовывался щелочной раствор, который утилизировали.

В предложенном патенте установка предназначена для получения из водного раствора хлоридов щелочного металла смеси оксидантов, состоящей из NaCLO, CLO₂, H₂O, O₃, O₂.

Недостатки способа и установки - высокие затраты электроэнергии и соли на единицу вырабатываемого оксиданта, относительно низкое содержание кислородной группы оксидантов (96-98% - хлорсодержащих веществ).

Описан способ синтеза оксидантов из водных растворов хлористого натрия и устройство для его осуществления [2] (прототип).

Целью изобретения являлось получение раствора оксидантов с pH до 12, что позволяло существенно снизить его коррозионное воздействие.

Способ включал подачу в анодную камеру раствора хлорида натрия с концентрацией 1-3 г/л, а в катодную камеру подавали раствор едкого натрия с концентрацией не менее 100 г/л, который принудительно прокачивали по циркуляционному контору катодной камеры со скоростью, обеспечивающей минимальное содержание газов в катодной камере, при этом расход водной составляющей раствора NaOH пополнялся подачей чистой воды в катодный контур.

Электролиз вели при напряжении не выше 6 В. При этом в катодной камере образовывалась щелочь, на аноде происходил разряд гидроксильных групп, поступающих из катодной камеры, и ионов хлора, увеличивалась содержание хлоркислородных соединений (NaCLO), озона и перекиси водорода, особенно при pH выше 10,5.

Снижение затрат электроэнергии достигалась за счет более высокой электропроводимости раствора едкого натрия в катодной камере по сравнению с раствором хлорида натрия. Полученный анолит содержал от 50 до 70% хлорсодержащих и 30-50% кислородсодержащих оксидантов, что усиливало биоцидные свойства анолита.

В примере №1 использовали раствор NaCL с концентрацией 2 г/л, который пропускали через анодную камеру электролизера, через катодную камеру прокачивали раствор NaOH с концентрацией 200 г/л. Скорости протока в анодном и катодном контуре составляли 0,3 м/с. Напряжение питания тока 3 вольта, сила тока 3 А. Получен оксидант с содержанием активного хлора 300 мг/л. В других примерах скорости протока в катодном контуре составляли 0,6 м/с. Для регулирования скорости циркуляции протока NaOH использовали напорный насос.

Недостатки способа:

- сложность технологии, в т.ч. связанная с циркуляцией растворов анолита и католита, большой расход NaCL, NaOH и затрат;

- ограниченность данных по конструкции электролизера и качеству растворов оксидантов (не указаны: материал электродов и диафрагмы, их размеры, плотность тока на электроде, межэлектродный зазор, величина окислительно-восстановительного потенциала (ОВП).

Техническая задача изобретения - выявление условий электрообработки, снижение расхода NaCL и NaOH, получение более полных данных по технологии.

Техническая задача может быть выполнена путем использования для электрообработки разбавленных растворов хлорида и гидрооксида натрия. После предварительных поисков и экспериментов нами показано, что в качестве анолита может быть использован раствор хлорида натрия концентрации 1-2 г/л, в качестве католита - едкий натр с концентрацией 3-5 г/л. Электрообработку проводили в электролизере диафрагменного типа в составе прибора установки типа «Мелеста», выпускаемого в г. Уфа (РФ), модифицированной в нашем институте. В частности, заменена крышка на пластину из оргстекла шириной 40 мм, с креплением в ней токоподводов и электродов - катода из нержавеющей стали и анода из титана с покрытием типа ОРТА размером 1×6 см, в комплект входил выпрямитель типа ВСА-5к [3]. В нашем патенте описан способ электрообработки раствора NaCL с получением анолита с pH 4 и ОВП 506 мВ с активным хлором. Диафрагма из пластмасового брезента. Объем двух камер: катодной 600 мл анолит 300 мл.

Электролиз проводили в стационарном режиме при температуре 18-30°С до достижения pH в анодной камере 8-11, при силе тока 0,9-1,4 А напряжение 37-42 В (плотность тока на электродах 0,18-0,28 ^А/_см²).

При этом получали анолит с содержанием оксидантов в пересчете на активный хлор от 150 до 320 мг/л.

Анолит с концентрацией активного хлора до 300 мг/л рекомендуется для дезинфекции оборудования в пищевой промышленности [4]. Католит утизируется известным способом.

Примеры осуществления способа.

Пример 1. На установке «Мелеста» загружают в катодную камеру 600 мл раствора 4 г/л NaOH, в анодную камеру 300 мл раствора 2 г/л NaCL, заранее приготовленные в мерной колбе на 1 л из навески. Проводят электролиз при силе тока 1,0-1,4 А, напряжении 37-38 В при температуре 18-28°С в течение 15 мин, отключают ток. Проводят анализ растворов.

Пример 2. На установке «Мелеста» загружают в катодную камеру 600 мл раствор 4 г/л NaOH, в анодную - 300 мл раствор 1 г/л NaCL.

Проводят электрообработку при силе тока 0,9 А, напряжение 39 В, температура 19-22°С в течение 10 мин.

Анолит хранили при комнатной температуре +18°С в течение 8 часов: pH 10,9; ОВП +335 мВ.

Качество анолита при хранении сохранилась.

Пример 3. На установке «Мелеста» загружают в катодную камеру 600 мл раствора 4 г/л NaOH, в анодную - 300 мл раствора 1 г/л NaCL. Проводят электрообработку при силе тока 1,0-1,1 А, напряжении 41-42 В, при температуре 18-26°С в течение 15 минут.

Исследованиями установлено, что анолит после электрообработки растворов NaCL 4-5 г/л с содержанием активного хлора 107 мг/л используется для обработки мяса с целью хранения в охлажденном состоянии [4] либо с содержанием активного хлора 248 г/л для консервации зеленых кормов [5].

Из приведенных примеров видно, что предлагаемый способ позволяет упростить технологию, снизить расход NaCL и NaOH выявить условия электрообработки и получить более полные данные по технологии.

Перечень источников информации принятых во внимание при экспертизе

1. Пат. РФ №2088539, 1995. C02F ¹/₄₆.

2. Заявка на изобретение №2001110768 от 24.04.2001, МПК C02F ¹/₄₆. Способ синтеза оксидантов из водных растворов хлористого натрия и устройство для его осуществления.

3. Пат. РФ №2565260, опуб. 2015, А01С ¹/₀₆.

4. Пат. РФ №2341962, опуб. 2008, А23В ¹/₀₈.

5. Пат. РФ №2332855, опуб. 2008, А23В ³/₀₀.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности для получения дезинфицирующих веществ. Оксиданты получают электрообработкой исходных растворов хлорида натрия в анодной камере диафрагменного электролизера и раствора гидроксида натрия в катодной камере электролизера с концентрацией 1-2 г/л и 3-5 г/л соответственно. Обработку проводят при темепературе 18-30°С, силе тока 0,9-1,4 А, напряжении 37-42 В до достижения в анолите pH 8-11 и содержания активного хлора 150-320 мг/л при пропускании удельного количества электричества 0,167-0,344 А⋅ч на 1 л католита и анолита. Предложенный способ позволяет снизить расход NaCl и NaOH при получении оксидантов. 3 пр.

Способ получения оксидантов из водных растворов хлористого натрия, включающий электрообработку исходных растворов хлорида натрия в анодной камере диафрагменного электролизера и раствора гидроксида натрия в катодной камере, отличающийся тем, что в качестве исходных растворов используют раствор 1-2 г/л NaCl и 3-5 г/л NaOH соответственно в анодной и катодной камерах, электрообработку в стационарном электролизере ведут при температуре 18-30°C, силе тока 0,9-1,4 А, напряжении 37-42 В до достижения в анолите рН 8-11 и содержания активного хлора от 150 до 320 мг/л при удельном расходе количества электричества от 0,167 до 0,344 А⋅ч на 1 л католита и анолита.