Способ получения кислых и щелочных растворов Советский патент 1991 года по МПК C02F1/461 

Изобретение относится к получению кислых и щелочных растворов посредством электролиза водных растворов и может быть использовано в гальваническом производстве и других областях, где применяются растворы с повышенным содержанием ионов водорода и/или гидроксила.

Цель изобретения - ускорение процесса и снижение энергозатрат

На чертеже изображена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ..

Устройство содержит--,.генератор им-. пульсов 1, усилитель мощности 2, мембранный электролизер 3, электронно-счетный частотомер 4, стробоскопический осциллограф 5 и блок питания 6.

Способ осуществляют следующим образом.

Электрические импульсы с заданными частотой следования и длительностью от генератора 1 поступают на усилитель 2, в котором происходит усиление импульсов по мощности (рост амплитуды), а также формирование необходимой длительности переднего фронта импульса. С выхода усилителя 2 импульсы напряжения подаются на электроды электролизера 3 с находящимся в нем водным раствором. Частоту и длительность этих импульсов контролируют частотомером 4, а форму и величину электрических импульсов (они зависят от электропроводности раствора) регистрируют запоминающим стробоскопическим осциллографом 5. Электроэнергию на усилитель 2 подают от блока питания 6.

Используют также иономер, с помощью которого измеряют рН раствора и окислительно-восстановительный потенциал.

Как показал эксперимент., в процессе электролиза водного раствора сульфата натрия при параметрах предлагаемого способа в анодном пространстве мембранного электролизера образуется раствор с повыfe

сь ел о о о

OJ

шейным содержанием ионов водорода, характеризуемый определенными значениями pfl и окислительно-восстановительного потенциал (см. таблицу, пп. 1-5) и используемый в дальнейшем для приготовления электролита химического меднения. Стабильность электролита химического меднения, приготовленного на основе раствора с повышенным содержанием ионов водорода (который получен по предлагаемому способу, значительно (в два-три раза) выше (см, таблицу, пп.1-5)стабильности электролита химического меднения, приготовленного на дистиллированной воде или. на основе раствора, получение о в анодном пространстве мембранного электролизера о процессе электролиза при значениях парамефов, выходящих за пределы заявляемого диапазона (см.. таблицу пп. 6-13)

При использовании импульсов напряжения, характеризуемых значениями частоты следования, лежащими ниже предложенного диапазона значений частоты (0,1 МГц), эффективность электролиза рэствора резко снижается. Об этом свидетельствуют значения рН и окислительно- восстановительного потенциале, которые ненамного отличаются от таковых у исход- ног j раст вора (см. таблицу, п, б).

Верхняя граница диапазона значений ччсготы следования обусловлена энергетическими ограничениями, накладываемыми источником питания, а также невозможностью использования элечтри- ческих импульсов доже с минимальным значением длительности импульса вследствие уменьшения периода колебаний Это можно объяснить следующим образом. Поскол ку длительность периода колебаний Т Гимп + t, Где Тимп длительность импупьса, t - интервал между импульсами, то при уменьшении Т вследствие роста частоты следования (Гимн сохраняется постоянной), t прибли жяегся к нулю. При t 0 электрические импульсы вырождаются в постоянный ток.

В случае использования импульсов напряжения, характеризуемых значениями частоты следования, превышающими значение сорхней границы предложенного диапазона частот (10 МГц), эффективность электролиза снижается (см. аблицу, п. 10). Это обусловлено, по видимому, гашением импульсов электромагнитного поля и ультразвуковых колебаний вследствие наложе мия последующих электромагнитных и ультразвуковых колебаний на предыдущие Поэтому перемешивания раствора при электролизе, а также встряхивания электродов и мембраны электролизера не происходит, что обусловливает засорение меь Зра- ны солями жесткости, электродным шламом и другими побочными продуктами электролиза, а также адсорбцию солей жесткости, газовых пузырьков, образование солей и окислов на поверхности электродов. В результате омическое сопротивление электролиза возрастает с течением времени и,

следовательно, возрастает расход электроэнергии на осуществление процесса.

В случае использования импульсов напряжения, характеризуемых значениями длительности одного импульса, лежащими

ниже предложенного диапазона значений, эффективность электролиза раствора невелика (значения рН и окислительно-восстановительного потенциала мало отличаются от таковых у исходного раствора (см. таблицу, п. 7).

Увеличение длительности импульса за -верхний предел предложенного диапазона значений приводит лишь к перегреву раствора в процессе электролиза, т. е. к дополнительным потерям электроэнергии (см. таблицу п. 11).

С ростом длительности переднего фронта импульса за верхний предел .предложенного диапазона значений ( 1QO нс)происходит уменьшение интенсивности импульсов электромагнитного поля и ударных волн, что приводит к снижению эффективности электролиза раствора, а также к адсорбции побочных продуктов электролиза на мембране и электродах и, следовательно, к росту омического сопротивления электролизера. При этом затраты электроэнергии на осуществление процесса увеличиваются с течением времени (см. таблицу,

пп. 9, 13). В этом случае после некоторого времени проведения электролиза необходимы остановка и разборка электролиза для очистки мембраны и электродов, что обусловливает дополнительные затраты электроэнергии и времени.

Генерация мощных импульсов напряжения с длительностью переднего фронта импульса гфр 1 не сопряжена со значительными экспериментальными трудностями их получения. Использование таких импульсов в электродной системе мембранного электролизера практически невозможно вследствие существования

распределенных индуктивности и емкости соединительных проводов (даже в случае их малой длины). Наличие распределенных индуктивности и емкости в электрической цепи приводит к искажению импульса

(увеличению длительности переднего фронта импульса).

При уменьшении амплитуды импульсов за нижнюю границу предложенного диапазона значений (0,5 кВ) эффективность генерации ионов водорода и ионов гидроксида существенно снижается (см. таблицу, п. 8). Увеличение же амплитуды импульсов за верхний предел диапазона значений (10 кВ) приводит к возникновению межзлектродного искрового разряда (пробой) и мощной ударной волны, вызывающей разрушение электролизера (см, таблицу, п. 12).

Таким образом, по предлагаемому споjco6y за. короткое время (3-5 мин), создается

возможность получения растворов с повы шенным содержанием ионов водорода или

гидроксипа, характеризуемых необходимыми значениямирН.В процессе электролиза омическое сопротивление электролизера не увепмчизается, а также не затрачивается дополнительная энергия на очистку электродов и мембраны и полностью исключается периодическая остановка работы электролизера для его механической очистки. Формула изобретения Способ получения кислых и щелочных

растворов, включающий обработку водного раствора электролита в электролизере с - разделенными электродными пространствами с использованием импульсного тока, отличающийся тем, что, с целью

ускорения процесса и снижение энергозатрат, процесс ведут с частотой следования импульсов 0,1-10 МГц длительностью 0,01- 5 мкс, амплитудой 0,5-10 кВ при длительности переднего фронта импульса 1-100 не.

Изобретение относится к получению веществ электролизом водных растворов и может быть использовано в гальваническом производстве и других областях, где применяются растворы с повышенным содержа-- нием ионов водорода или гидроксида. Цель изобретения - ускорение процесса и снижение энергозатрат. Процесс получения кислых и щелочных растворов ведут в мембранном электролизере путем подачи на электроды электролизера импульсов напряжения с частотой следования 0,1 f 10 МГц, длительностью 0,01 гимп55мкс, амплитудой 0,5 U 10 кВ, длительностью переднего Y фронта импульса 1 гфр 100 не. 1 ил. 1 таблЛ

Продолжение таблицы

Продолжение таблицы