Электролизер для разделения ионов Советский патент 1987 года по МПК B01D61/46 B01D59/40 C25B9/10 

1

Изобретение относится к электро- }шмии, в частнЬсти к электролизерам для разделения ионов, и .может быть использовано для разделения смеси катионов или анионов на чистые фракции с целью регенератдаяи ценных ионов из отходов производства или природных смесей ионогенных химических соединений, для разделения и обогащения изотопов, находящихся в раст- йорах в ионной форме, для качественного и количественного анализа смесей ионов в приборостроении, радио1333716

15 с помещенной в нее сме подлежащих разделению бдно и того же электрического Наряда,

g ример катионов ,В и тЦо Затем водят стартовую камеру, иг котор через перфорированные отверстия в электрическом поле разделя емые и выходят в ванну. Разделяеьый фро

10 ионов А, В в электрическом поле тоянного тока прямолинейно движе при выключенных вспомогательных родах 18,19 и -20 в направлении о новного катода 3, заключенного в

электронике и химической промышленнос-15 ионитовый чехол 4 из анионитовой

мембраны МЛ-100

ТИс

Цель изобретения - обеспечение непрерывности процесса и ускорения разделения. .

На чертеже показан электролизер. Электролизер включает прямоугольную ванну 1, основные рабочие графитовые анод 2 и катод 3, размещенные в ионитовых чехлах 4, электродные камеры 5 и 6, круглые расширения на обоих концах ванны 7 и 8, внутри которых находятся камеры 9 и 10, две противоположные стенки которых выполнены из ионопроницаемых в отношении разделяемых ионов ионитовых мембран 11 и 12, а остальная часть которых вьшолнена из материала-диэлектрика,, например винипласта, оргстекла и ТоПо, причем зазор между камерами 9 и 10 и Круглыми расширениями 7 и 8 должен быть минимальным 0,2-1 мм, резиновые прижимы 13 и 14, наглухо перекрывающие эти зазоры, выдвижную стартовую камеру 15, камеры-приемники 16 и 17 целевых ионов со вспомогательными электродами 18-20 в ионитовых чехлах и источники постоянного тока, питающие основные и вспомогательные электроды.

Камё.ры 9 и 10 содержат катоды 21 и аноды 22, заключенные в ионитовые чехлы, не пропускающие к ним разделяемые ионы, датчики 23 и шаговые моторы, приводящие во вращение камеры 9 и 10,

Электролизер работает следующим образом.

В ванну 1 электролизера в том числе и в электродные камеры 6 и 5, и в

На пути к катоду 3 катионы А попадают через ионопроницаемую к тионовую мембрану МК-100 в камеру 20 Расположенный перед камерой 1 датчик 23 (электрохимический, рад ционный и т оп.) сигнализирует о п ходе В нее хвоста фронта раздел емых ионов, после чего основные

25 электроды 2 и 3 выключают

включ 21 и

вспомогательные электроды камеры 10 и включением ша: ового ромотора поворачивают камеру 10 180 . При этом катионы продолжаю

30 двигаться к вспомогательному кат 21 камеры 10 и разворачивйются т вместе с электролитом и камерой на 180°. После завершения|развор на 180 камеры 10 выключают элек

„ ды 21 и 22 и переполюсовывают осн электроды 2 и 3, вкпючая |ix, анод становится катодом, к которому у ремляется фронт разделяем1 1х кати нов из камеры 10 Повтрря) такие

4Q лы изменения направления Ь,вижени ионов на 180° с одновременной пе полюсовкой основных электродов, д тигают благодаря различия в под ностях ионов разной прирсУды, мас

дс радиуса, величины электр1 ческого ряда, гидратации и т.д. цолного разделения исходной смеси ионов чистые фракции катионов Д,В и , т.д.

Разделенные фракции катионов В после выключения основных эле родов 2 и 3 при ранее выключенны электродах 21 и 22 и включения в могательных электродов 18,19 и 2

50

ионитовые чехлы, и камеры-приемники переходят в боковые камеры-приемни16 и 17 наливают дистиллированную воду.

Включают основные электроды 2 и. 3 и вводят выдвижную стартовую камеру

ки целевых ионов 16 и 17, откуда через донные отверстия с кр1анами они в виде водных растворрв dливaютcя в емкости - приемники в виде отдельных

15 с помещенной в нее смесью подлежащих разделению бдного и того же электрического Наряда, например катионов ,В и тЦо Затем выводят стартовую камеру, иг которой через перфорированные отверстия в электрическом поле разделя емые ионы выходят в ванну. Разделяеьый фронт

ионов А, В в электрическом поле постоянного тока прямолинейно движется при выключенных вспомогательных электродах 18,19 и -20 в направлении основного катода 3, заключенного в

На пути к катоду 3 катионы А jB попадают через ионопроницаемую ка- тионовую мембрану МК-100 в камеру 10. Расположенный перед камерой 10 датчик 23 (электрохимический, радиационный и т оп.) сигнализирует о проходе В нее хвоста фронта разделяемых ионов, после чего основные

электроды 2 и 3 выключают

включают 21 и 22

вспомогательные электроды камеры 10 и включением ша: ового электромотора поворачивают камеру 10 на 180 . При этом катионы продолжают

двигаться к вспомогательному катоду 21 камеры 10 и разворачивйются тоже вместе с электролитом и камерой 10 на 180°. После завершения|разворота на 180 камеры 10 выключают электроды 21 и 22 и переполюсовывают основные электроды 2 и 3, вкпючая |ix, анод 2 становится катодом, к которому устремляется фронт разделяем1 1х катионов из камеры 10 Повтрря) такие циклы изменения направления Ь,вижения ионов на 180° с одновременной пере- полюсовкой основных электродов, достигают благодаря различия в подвиж- ностях ионов разной прирсУды, массы,

радиуса, величины электр1 ческого заряда, гидратации и т.д. цолного разделения исходной смеси ионов на чистые фракции катионов Д,В и т.д.

Разделенные фракции катионов А , В после выключения основных электродов 2 и 3 при ранее выключенных электродах 21 и 22 и включения вспо- . могательных электродов 18,19 и 20

переходят в боковые камеры-приемники целевых ионов 16 и 17, откуда через донные отверстия с кр1анами они в виде водных растворрв dливaютcя в емкости - приемники в виде отдельных

3 частиц фракций катионов А ,В и т.д После чего в ванну 1 электролизера вводят новую загрузку подлежащей разделению смеси катионов А , и повторяют процесс разделения и т.д

Аналогичным образом разделяются смеси анионов, только в этом случае заранее необходимо произвести пере- полюсовку основных электродов 2 и 3 заменить катионные мембраны МК-100 на анионитовые мембраны МА-100 в камерах 9,10 и поменять анионитовые чехлы на катионитовые из мембран МК-100.

В лабораторных условиях был испытан электролизер со следующими габаритами :

-длина ванны 75 см;

-поперечное сечение линейного участка электролизера 4x4 см;

-длина линейного участка электролизера 50 см;

-диаметр круглых расширений на концах электролизера по 8 см;

-диаметр электродных камер с основными графитовыми электродами по

4 см;

-диаметр электродов в ионитовых чехлах по 0,5 см;

-расстояние между основными электродами 70 см;

-расстояние между электродами в поворачивающихся камерах по 6 см;

- объем исходного раствора в выдвижной стартовой камере 16 см ;

5

0

0

5

5

16

- объемы кампр - приемников по 20 см ,

Напряжение на всех электродах 90- 120 В, величина тока 0,2-0,5 А,

В качестве рабочих сред применяли О, н. водные растворы солей, содержащих ионы калия и натрия, а также рубидия и цезия.

Время, затраченное на разделение ионов предлагаемым электролизером, составляет 20 ч, известным 50 ч.

Таким образом, использование указанного электролизера позволяет уменьшить время проведения процесса за счет исключения остановок электро- ЛИЗера.

Форм- ула изобретения

Электролизер для разделения ионов, включающий прямоугольную ванну, расположенные у противоположных концов ванны электроды в ионитовых чехлах, отличающийся тем, что, с целью обеспечения непрерывности процесса и ускорения разделения, он снабжен двумя камерами, выполненными с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, и размещенные у электродов стенки камер, обращенные к электродам, выполнены из проницаемых для разделяемых ионов ионообменных мембран, при этом каждая камера снабжена двумя электродами, расположенными у ионообменных мембр.ан.

7. 5 72

Изобретение относится к области электрохимии, в частности к электролизерам для разделения ионов. Целью является обеспечение непрерывности процесса и ускорение разделения. Поставленная цель достигается электролизером, содержащим прямоугольную ванну, расположенные у противоположных концов ванны электводы в ионито- вых чехлах, две камеры, выполненные с возможностью вращения вертикальной оси и разделенные у электродов Стенки камер; обращенные к электродам, выполнены из проницаемых для разделяемых ионов ионообменных мембран. Каждая камера снабжена двумя электродами, расположенными у ионообменных мембран, 1 ил. со со 00 м О5

ВНИИПИ Заказ 3927/24 Тираж 612

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Подписное