Способ извлечения брома из океанской воды Советский патент 1991 года по МПК C25B1/24 

Изобретение относится к химической технологии, а именно к способу извлечения брома из океанской воды.

Цель изобретения - упрощение процесса и исключение внесения загрязнений в перерабатываемую океанскую воду.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Процесс извлечения брома проводят электролитическим способом в двухкамерном электролизере с бумажной диафрагмой, в катодном и анодном пространстве которого размещен активированный, уголь, слои его имеют постоянную по высоте аппарата толщину 2,5 - 5 мм, средний размер зерна 1 мм. поверхность угля более 500 .

Конструкция электролизера, представляющего собой две плоскопараллельные камеры, образованные токоподводами и разделенные диафрагмой, позволяет менять толщину камер для использования различных слоев угля и в зависимости от толщины слоев углей менять объемную загрузку электролизера при заданной высоте и ширине камер.

Токоподводы выполнены из титана толщиной 1.5 мм. Активный уголь, размещенный в камерах, одновременно является электродом и адсорбентом. Для извлечения брома использован уголь марки СКН (сферический карбонизованный нитроген). который является синтетическим активным углем на основе сополимера винилпиридио

XI СО

о

Јь СО

на с дивинилбензолом. Океанская вода, подаваемая со скоростью 200 - 300 объемов электролизера / ч, фильтруется через уголь камер снизу вверх. Окисление ведут при напряжении на электролизере 2,600 - 2,780 В с накоплением элементарного брома и гидроокиси магния в анодном и катодном пространствах соответственно. Снижение напряжения до 2,0 - 2,6 В свидетельствует об окончании стадии накопления. Накопленные в угле реагенты при перемене знака полярности и значения напряжения стадии окисления взаимодействуют друг с другом и образуют конечный продукт - бромид магния, который удаляется из межзернового пространства угля при многократной циркуляции через аппарат воды в количестве, равном 1,5 - 2,0 объемам электролизера.

Пример. Способ реализован в электролизере с камерами высотой 700, шириной 100, толщина слоя угля 2,5 мм. В качестве адсорбента использован уголь марки СКН со средним размером зерна 1 мм. В аппарате отсутствует свободный объем, раствор содержится только в межзерновом пространстве. Бумажная диафрагма имеет толщину 0,5 мм, падением напряжения на такой диафрагме можно пренебречь.

Океанская вода с содержанием бромид- ионов 0,060 кг/м фильтруется через активированный уголь снизу вверх. При скорости фильтрации воды через аппарат 300 об/ч цикл накопления элементарного брома и гидроокиси магния составил 1,5 ч при средней силе тока на электролизере 2 А и падении напряжения на электролизере 2,78 В. При этом степень извлечения брома из фильтруемого раствора 75%. что соответствует концентрации брома в твердой фазе 30 г/л в расчете на суммарную загрузку катодной и анодной камер, т.е. пятисоткратному концентрированию брома. Степень регенерации составила 100 % при потенциале регенерации р 1.250 В (н.в.э)и напряжении на электролизере 2,6 В. Концентрация бромида магния в регенерате 20 г/л, что соответствует трехсоттридца- тикратному концентрированию брома по сравнению с исходной океанской водой за 1 цикл.

Процесс экологически чист, так как океанская вода на выходе из электролизера рН 8 (рНвых ° рНвх 8) за весь цикл накоплений и не содержит хлора: анодный процесс реализуется только по бромиду и разряду воды,

В табл. 1 приведены данные о зависимости полноты извлечения брома /т),%/ содержания примесей в конечном продукте и рН воды после переработки от напряжения стадии окисления.

Поверхность угля 500 м2/г, средний раз- мер зерна 1 мм, толщина слоя угля 2,5 мм, скорость подачи воды 200 об/ч.

Как следует из данных табл.1, при напряжении стадии окисления 2,60 - 2,78 В достигается высокая степень извлечения брома при отсутствии примесей в конечном продукте. С повышением напряжения на электролизере наряду с увеличением степени извлечения наблюдается и рост загрязнения целевого продукта. В табл.2 представлены зависимости полноты извлечения брома ( rj, %) от толщины слоя угля (3,мм), скорости подачи воды (v) и напряжения окисления (V,B).

Из данных табл.2 очевидно, что при из- влечении брома из океанской воды степень извлечения брома зависит от толщины слоя угля в камерах электролизера, скорости подачи океанской воды и напряжения на электролизере. При толщине угля 2,5 - 5,0 мм, скорости подачи воды 200 - 300 об/ч и напряжении на электролизере 2,60 - 2,78 В наблюдают высокую степень извлечения брома при отсутствии в нем примесей посторонних ионов. С ростом скорости подачи воды и увеличением толщины слоя угля наблюдается снижение степени извлечения брома и чистоты продукта. Кроме того, при больших скоростях фильтрации океанской воды через электролизер существенно воз- растают энергозатраты на прокачку воды, что экономически невыгодно.

Толщина слоя угля 2,5 мм - этом минимальный слой, при котором можно говорить о надежном контакте зерен угля с токопод- водами и друг с другом в используемом аппарате.

Ниже приведена зависимость степени выделения бромида магния от количества промывочной воды.

Степень выде-Количество

ления бромидапромывочной

магния, %воды объемов

электролизера 120,5

301.0

921,5

1002,0

Проводя выделение (регенерацию) бромида магния путем вымывания его из угля 1,5 - 2,0 объемами воды, кратными объему электролизера, удается получить регенерат с концентрацией бромида магния до 100 г/л и больше за 4 - 5 циклов извлечения воды через электролизер, что соответствует концентрированию по стандартной технологической схеме.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволит по сравнению с прототипом значительно упростить процесс извлечения брома из океанской воды за счет исключения многостадийности процесса и его аппаратурного оформления: в результатереализацииодногоэлектрохимического процесса в одном ап- парате при фильтрации через него океанской воды происходит накопление двух исходных реагентов - Вг2 и Мд(ОН)2 - в анодном и катодном пространствах. При этом переработанная вода по предлагаемо- му способу на выходе из электролизера не содержит никаких дополнительных примесей по сравнению с исходной водой, рНВх рНвых 8.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом более экономичен, так как не требует дополнительных энергозатрат на продувку воздуха на стадии воздушной десорбции и очистку воздуха от содержащихся в нем брома и хлора (стадии способа-прототипа).

Формула изобретения

Способ извлечения брома из океанской воды, включающий окисление бромид-иона,

выделение элементарного брома и перевод его в бромиды, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса и исключения внесения загрязнений в перерабатываемую океанскую воду, окисление бромид-иона ведут в двухкамерном электролизере с бумаж- ной диафрагмой, камеры которого заполнены синтетическим активным углем на основе сополимера винилпиридина с ди- винилбензолом марки СКН с толщиной слоя в каждой камере 2,5 - 5,0 мм, путем пропускания океанской воды через слой угля со скоростью 200 - 300 объемов электролизера в 1-.ч при напряжении на электролизере 2,600 - 2,780 В до окончания стадии накопления брома в анодной и гидроокиси магния в катодной камерах с последующим отключением источника питания и вытеснением океанской воды из электролизера и заполнением его водой, а выделение и перевод элементарного брома осуществляют при изменении полярности электродов и смешивании продуктов анодной и катодной камер с получением бромида магния, последующее вымывание которого ведут путем многократной циркуляции через камеры электролизера воды в .количестве, равном 1,5 - 2,0 объемам электролизера.

Изобретение относится к химической технологии и позволяет упростить процесс и устранить загрязнение в перерабатываемой океанской воде. Предложен способ извлечения брома из океанской воды, заключающийся в том, что окисление бромид-иона с последующим поглощением углем продуктов окисления проводят электролитически при фильтрации океанской воды со скоростью 200 - 300 объемов электролизера 1 ч через синтетический активный уголь марки СКИ, размещенный в анодном и катодном пространстве двухкамерного электролизера с бумажной диафрагмой, с толщиной слоя угля в каждой камере 2,5 - 5,0 мм при напряжении на электролизере 2,600 - 2,780 В. Перевод элементарного брома в бромиды осуществляют путем заполнения камер электролизера опресненной водой и смешиванием продуктов анодной и катодной камер с получением бромида магния при изменении полярности электрода, вымывание бромида магния ведут путем многократной циркуляции через камеры электролизера опресненной воды в количестве, равном 1,5 - 2,0 объемам электролизера. 3 табл.

Таблица 1

35

Таблица 2