Электродиализатор Советский патент 1990 года по МПК B01D61/42 

&

(Л

Изобретение касается водоподготовки и может быть использовано в устройствах деминерализации солоноватых и сточных вод при их очистке в закрытых помещениях. Целью изобретения является повышение надежности работы электродиализатора путем восстановления кислорода, выделяемого на аноде. Для этого в электродиализаторе, содержащем емкость с мембранным пакетом из катионо- и анионообменных мембран, расположенных между газопроницаемыми анодом и катодом, имеющих соединенные между собой газопроводом газовые камеры, на аноде размещают катионообменную мембрану, ана катоде - анионообменную. При этом катод, выполненный из углеродного носителя, промотирован платиновой чернью с содержанием 4-6 мас.% платины и гидрофобизирован фторопластом до содержания фторопласта в катоде 6-8 мас.%. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к объектам водоподготовки, а именно к устройствам деминерализации солоноватых и сточных вод при их очистке, осуществляемой преимущественно в закрытых помещениях.

Целью изобретения является повышение надежности работы электродиализатора путем восстановления кислорода на аноде.

На фиг. 1 изображена схема электродиализатора, испытанного в лабораторных условиях; на фиг. 2 - график зависимости эффективной величины краевого угла смачиваемости в и величины поляризации TJ металлоуглеродного электрода от содержания фторопласта в электроде Сфт; на фиг. 3 - график зависимости активности металлоуглеродного катализатора-электрода от содержания серебра.

Электродиализатор содержит анод 1, выполненный из титановой сетки с окисно- платиновым покрытием, и катод 2 из посеребренного гидрофобизированного фторопластом угля. Катионитовые мембраны 3

и 4 и анионитовые мембраны 5 и 6 образуют мембранный пакет с камерами 7 концентрирования и 8 опреснения. Крайние мембраны 3 и 6 прилегают соответственно к аноду 1 и катоду 2, образуя собой запорные слои. Стенки корпуса 9 и электроды 1 и 2 замыкают собой пространство, образуя электродные камеры 10 и 11 с тыльной стороны электродов. Электродные камеры 10 и И соединены газопроводом 12 и заполнены кислородом.

При работе электродиализатора обес- соливание очищаемой воды в камере 8 идет по обычному механизму электромиграции ионов через мембраны 4 и 5 в камеры 7. К электродам 1 и 2 вода поступает через запорные мембраны 3 и 6 благодаря осмотическому переносу. На электродах протекают реакции: на аноде 1 при потенциале Е 1,5 В относительно водородного электрода сравнения в том же растворе

2Н2О-4е- О2+4Н+;(1)

СП

со со

на катоде 2 гфи потенциале Е :±iO,8 В относительно водородного электрода сравнения в том же растворе

О2+2Н2О+4е- 4рН-.(2)

Кислород, образующийся по реакции (1), выделяется в анодную камеру 10, а кислород, восстанавливающийся по реакции (2), поглощается катодом 2 из камеры 11. Поэтому между камерами 10 и 11, образуется разность давлений, благодаря чему образующийся газ из анодной камеры 10 отводится по трубопроводу 12 в катодную камеру 11.

Поскольку процессы на аноде 1 и катоде 2 идут в стехиометрии, реакция (2) на катоде 2 идет за счет кислорода, образующегося на аноде 1 по реакции (1), количество хемо- сорбированного на катоде кислорода остается постоянным и потенциал катода не изменяется. При этом образование водорода в электродиализаторе невозможно, поскольку потенциал катода находится в положительной области.

Получена зависимость каталитической активности К электрода от содержания серебра Сд„ , а также поляризации ц электрода и эффективной величины его краевого угла смачивания в от содержания фторопласта СФТ. Из зависимости К (Сл) видно, что с ростом Сд на отрезке О-4 мас.% активность К растет быстро, а при С 6% - очень медленно. Этим обоснована выбранная область оптимального содержания катализатора 4-6 мас.%, т. к. при мень- щих концентрациях ( : 4 мас.%) активность заметно падает, а дальнейщее увеличение (Сдо 6 мас.%) увеличивает активность незначительно и потому ведет к неоправданным затратам катализатора. Из зависимости т1(Сфт) следует, что минимальные потери в электроде происходят при Сс±7%. С другой стороны, из зависимости т(Сфт) видно, что активная адгезия газа поверхностью электрода возможна при 5 мас.%, при которой . Поэтому выбранная область содержания гидрофоби- затора 6-8 мас.% обеспечивает хорощую гидрофобность, необходимую для работы газового электрода при минимальной поляризации электрода.

В известном электродиализаторе, со- . держащем мембранный пакет, электроды и

газопрозод, соединяющий катодную и анодную камеры, последние заполнены водородом. В нем предусмотрена утилизация газообразных продуктов за счет окисленн водорода на аноде в количестве, равном выделяемому на катоде. При этом выделение кислорода на аноде не происходит. Общий запас водорода в аппарате должен превы- щать возможные утечки за время работы. Недостаток аппарата, содержащего газо0 образный водород, состоит в том, что он всегда создает опасность взрыва, опасность утечки водорода наружу. Значительный запас водорода, необходимый при расчете на длительную работу и длительное хранение,

5 требует либо значительного объема, либо высокого давления в электродных камерах и трубопроводе. Все эти факторы существенно снижают надежность электродиализатора и ограничивают область его применения. По сравнению с известным, ведение про0 цесса электродиализа в электродиализаторе с восстановлением на катоде кислорода, выделяемого на аноде, обуславливает существенные преимущества. Полное отсутствие водорода в электродиализаторе позg воляет его рекомендовать для использования в закрытых помещениях с повышенными требованиями по технике безопасности.

Формула изобретения

0 1- Электродиализатор, содержащий емкость с мембранным пакетом из катионо- и анионообменных мембран, расположенным между газопроннцаемым анодом и катодом, и соединенные между собой газопроводом электродные газовые камеры, отли5 чаюищйся тем, что, с целью повыщения надежности работы электродиализатора путем восстановления кислорода, выделяемого на аноде, на аноде размещена катионо- обменная мембрана, а на катоде - анионо- обменная, причем катод, выполненный из углеродного носителя, промотирован чернью катализатора ионизации кислорода до содержания катализатора 4-6 мас.% и гидро- фобизирован фторопластом до содержания фторопласта в катоде б-8 мас.%.

5 2. Электродиализатор по п. 1, отличающийся тем, что катализатор в виде черни выполнен из серебра или платины.

0

+

О 3 75

- 10.

/.

12

ЦЗиг.1

fi 1 6

С{рт°1°