Биполярная ионообменная мембрана Советский патент 1990 года по МПК C25B13/00 B01D69/00 

Изобретение относится к области электрохимических производств, в частности к биполярным ионообменным мембранам, которые могут быть использованы в процессах электродиализа при получении кислот и щелочей из растворов солей и проведения химических превращений, протекающих с участием водородных и гидроксильных ионов

Цель изобретения - уменьшение переноса через биполярную мембрану ионов электролита, находящегося с ней в контакте, и увеличение вЬкода по току водородных и гидроксильных ионов и повьшение чистоты получаемого продукта.

На чертеже изображен общий вид предлагаемой мембраны.

Биполярная ионообменная мембрана содержит биполярную ионообменную мембрану, имеющую катионообменный

слой 1 и анионообу 1енный слой 2, ка- тионообменную 3 и дополнительную анионообменную 4 мембраны, на которых вьшолнены перфорации:5. Все мембраны соединены между собой по периметру:6. Способ соединения мемб-ран не имеет существенного значения, например мембраны по периметру могут быть склеены сварены, сжаты между рамками устройства, в котором используется биполярная мембрана, или заключены в Отдельную рамку.

Если биполярная мембрана установлена в электрохимической ячейке так, чтобы ее катионообменная стороны была обращена к катоду, то при пропускании постоянного электрического тока через ячейку концентрация раствора, находящегося между дополнительной катионообменной 3, биполярной, образованной слоями 1, 2 и дополнительной анионообменной 4 мембранами, значительно понизится по сравнению с концентрацией внешнего электролита Поэтому заявляемая биполярная мемб рана генерирует водородные и гидрок сильные ионы с большим выходом по то,«ку, чем известная биполярная мембра на, состоящая из катионообменного и анионообменного слоев Можно было бы предположить, что выход по току водо родных и гидроксильных ионов должен быть максимальным, если при изготов лении предлагаемой биполярной мемб раны взять неперфорированные дополнительные катионообменную 3 и анионо обменную 4 мембранЫй Однако опытным путем показано, что в этом случае сильного обессолива шя электро лита, находящегося между катионооб менной 3, биполярной, образованной слоями 1, 2 и анионообменной 4 менб ранами, падение напряжения на такой биполярной мембране в рабочем диапа зоне плотностей тока ( А/м ) достигается 30-.Ва Такая биполярная мембрана непригодна для эксплуатации в электродиализаторах6

Наличие перфораций 5 в дополнительных катионообменной 3 и анионо обменной 4 мембранах позволяет сни зить падение напряжения на заявляе мой биполярной мембранеj поскольку через перфорации 5 внешний электроли поступает в слои между дополнитель ной катионообменной 3, биполярной, образованной слоя1 1и 1, 2, и дополни тельной анионообменной 4 мембранами, что увеличивает их электропроводностьь

Изменением относительной площади перфораций 5 (площади перфораций, приходящейся на единицу поверхности мембраны) можно регулировать поступ ление и концентрацию электролита в этих слоях Оптимальная относитель ная площадь перфораций 5 зависит от свойств катионообменной и анионооб менной- мембран составляющих предла-- гаемую биполярную мембрану, и усло ВИЙ.ее работы: уменьшается при уве личении концентрации внешнего элект ролита и при увеличении диффузионной проницаемости .перфорированных мемб ран 3, 4 и увеличивается при увели

чении плотности тока Поэтому в каж дом конкретном случае оптимальная относительная площадь перфораций оп ределяется экспериментально до соблю дения следующего условия: падение напряжения на предлагаемой мембране должно быть равно сумме .падений напряжений на катионообменной 3, бипо лярной, образованной слоями 1, 29 и анионообменной 4 мембранаха

П р и м е:рй Гетерогенную сульфо катионитовую мембрану и гетеро генную высокоосновную мембрану в воздушно сухом состоянии перфорируют.нанесением на их поверх ность сквозных отверстий 5 площадью 1 мм о Предлагаемую биполярную мемб-рану получают, располагая перфориро ванную катионообменн1ао мембрану 3 со стороны фосфорно кислотного слоя 1, а перфорированную анионообменную .мембрану 4 со стороны высокооснов ного анионитового слоя 2 гетероген ной биполярной мембраны Все мембраны заключают в резиновую рамку Такая биполярная мембрана при контак те с 2.Ни растворами соляной кислоты и едкого натра, плотности тока 1000 А/м имеет следующие злектро химические свойства: число переноса иона натрия 0,02; число переноса иона хлора О,10, выход по току во дородных и гидроксильньш ионов 88%3 падение, напряжения 2, 7.В

Таким образом, предлагаемая мемб° рана имеет более высокий выход по току водородных И) гидроксильных ионов (88% для предлагаемой и 74% для прототипа)

Эти преимущества позволят при пользовании предлагаемой биполярной ионообменной мембраны повысить кон центрацию получаемых щелочей и кис лот снизить их загрязнение солью, снизить энергетические затраты на процесс .электродиализа, увеличить производительность электродиализато ровft Существенньш является также то, что для производства заявляемой би полярной мембраны можно использовать изготовленные по известной техноло гии катионообменные анионообменные и биполярные ионообменные мембраны D

/. 2

J; Л //

fTTF

БИПОЛЯРНАЯ ИОНООБМЕННАЯ МЕМБРАНА для электрохимических про цессрв, включающая биполярную мемб- рану с катионообменным и анионообменным слоем, отличающаяся тем, что, с цепью увеличения выхода по току водородных и гидроксильных ионов и повышения -чистоты получаемых продуктов, биполярная ионообменная мембрана для электрохимических процессов дополнительно снабжена перфорированными ионообменными мембранами, установленными в рамке на расстоянии от биполярной мембраны, причем анионообменная мембрана - со стороны анионообменного слоя, а катионообменная - со стороны катионообменного слоя, причем все мембраны соединены между собой по периметру. S

i«j

L