БИПОЛЯРНАЯ ИОНООБМЕННАЯ МЕМБРАНА Советский патент 1971 года по МПК C08J5/22 

Изобретение касается электрохимически активных мембран (диафрагм), в частности биполярных, используемых в качестве генераторов Н+ и ОН ионов при электрохимическом получении кислот и щелочей из их соле, а также в качестве аналогов некоторых биологических мембран.

Известны биполярные мембраны, представляющие собой двухслойные ионообменные мембраны, одна поверхность которых обладает катионо-, а другая анионообменными свойствами. Такие мембраны характеризуются в электрическом поле полупроводниковой проводимостью: малым электрическим сопротивлеиием в прямом направлении, когда катионообменные поверхности мембран обращены к аноду, а аипонообменные к катоду, и высоким сопротивлепием в обратном направлении. Причем в обратном (закрытом) направлении, когда поверхности биполярных мембран, обладающие катионообмеиными свойствами, обращены к катоду, такие мембраны являются в высокой степени избирательными к ионам П+ и почти весь ток через них в этом направлении переносится этими ионами, образующимися за счет разложения воды в мембране

пиями до 1 путем многокамерного электродиализа с биполярными и ионообменными мембранами чистых водных растворов XaCI или СНзСООЫа, являющихся в этом

случае исходным сырьем для получения кислоты и пл.елочи, необходимо в качестве исходного сырья использовать чистые растворы, не содержащие катионов , Mg++, Fe++ и др., способных к образованию нерастворимых соединепий при повышении рН. В противном случае, например, при обработке природных рассолов происходит выпадание нерастворимых соединений этих катионов СаСОз, Mg(OH)2, Ре(ОН)з и др. на поверхности биполярных

мембран со стороны щелочных камер, так как в пограничных слоях растворов у этнх новерхпостей под действием кониентрацнониой поляризации коицентрация и рИ растворов наиболее высокие. Выпадание отложений увеличивает электрическое сопротивление мембран и нарушает движепие раствора в щелочиых ка.мерах.

Борьба с этими отложеииями способом изА1енения направления электрического тока,

обычно применяемым в электродиализе для борьбы с отложениями на мембранах и являющимся единственно приемлемы.м в дапном случае, невозможна, поскольку, как отмечепо выще, обычная биполяриая мембрана является,-,

ном определенном направлении электрического тока, и перестает выполнять эту функцию при изменении направления тока.

Предметом изобретения является симметричная биполярная мембрана, т. е. такая биполярная мембрана, которая при любом направлении электрического тока, проходящего через нее, является «гнератором Н и ОН ионов и почти весь ток через нее переносится этими ионами.

Согласно изобретению биполярная мембрана представляет собой трехслойную ионообменную мембрану, поверхностные слои которой обладают либо катионо-, либо аниопообменными свойствами, а заключенный ними внутренний слой обладает соответственно анионо- или катионообменными свойствами. Такую мембрану можно рассматривать, как состоящую из двух обычных биполярных мембран и имеющую два перехода катиопит-анионит с полупроводниковыми свойствами, включенные один навстречу другому. Так как при любом направлении электрического тока один из двух переходов оказывается всегда включенным в прямом направлении, а другой в обратном, симметричная биполярная мембрана уже не обладает полупроводниковыми свойствами, а электрический ток через нее в любом направлении почти полностью переносится ионами Н+, образующимися на переходе катионит-анионит, включенном в обратном направлении. Благодаря этому при изменении направления электрического тока через мембрану происходит глубокое снижение рН растворов на поверхности мембраны, где до реверсирования тока оно было очень высоким, и наоборот, на противоположной поверхности, где величина рН растворов до реверсирования была очень низкой, она резко увеличивается.

Биполярные мембраны, полученные по изобретению, обладают высокими электрохимическими показателями, а главное - полной обратимостью (асимметрия свойств в обоих направлениях не превышает ±5%).

Применение предложеппых трехслойных биполярных мембран вместо обычных биполярпых даст возможность предотвратить отложения на этих мембранах, возникающие из-за высоких значений рП и концентрации растворов у их поверхности в щелочных камерах,

периодическим кратковременным реверсированием электрического тока, достаточным для кратковременного глубокого снижения рН и концентрации растворов на поверхности мембран со стороны щелочных камер и для растворения отложений на них без существенных изменений рН и концентрации растворов в самих камерах. Кроме того, применение трехслойных симметрнчпых мембран несколько упрощает сборку аппаратов, так как, во-первых,

такие мембраны не нужно ориентировать определенным способом относительно электродов, а во-вторых, сами мембраны обладают лучшими механическими свойствами вследствие симметрии их структуры, что предотвращает их коробление в воде из-за различной степени набухания катионита и анионита.

Предмет изобретения

Биполярная ионообменная мембрана, состоящая из слоя, обладающего ионообменными свойствами, и слоя, обладающего катионообменными свойствами, отличающаяся тем, что, с целью предотвращения отложения нерастворимых солей на ее поверхности при электродиализе, она включает три слоя, расположенные так, что поверхностные слои обладают либо катионо-, либо анионообменными свойствами, а заключенный между ними

внутренний слой обладает соответственно анионо- или катионообменными свойствами.