Электродиализатор Советский патент 1981 года по МПК B01D13/02 

(54) ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОР Изобретение относится к технике электроанализа, а конкретнее к конструкциям электродиализаторов с биполярными мембранами, и может быть использовано для получения кислот и щелочей из растворов солей и проведения химических превращений с участием ионов водорода и гидроксила. Известен электродиализатор: для получения кислоты и щелочи, включающий катод и анод между которыми помещены чередующиеся катионообменные, анионообменные и биполярные мембраны, обращенные катионообменной стороной к катоду Ц. Недостатком известной конструкции является невозможность получения высококонцентри рованных растворов кислот и щелочей. Цель изобретения - повышение концентраций продуктов и увеличение степени их чистоты. Цель достигается тем, что электродиализато для получения кислот и щелочи, включающий катод и анод, между которыми помещены чередующиеся катионообменные, аниоиообменные и биполярные мембраны, обращенные катионообменной стороной к катоду, допол1ш тельно снабжен катионообменными и анионообменными мембранами, причем дополнительные анионообменные мембраны размещены между биполярными и катионообменными мембранами и соединены с последними тремя кромками, а дополнительные катионообменные мембраны размещены между биполярными и анионообменными мембранами и соединены с последними тремя кромками. На чертеже показана схема предлагаемого электродиализатора. Электродиализатор состоит из катода 1, анода 2 и расположенных между ними чередующихся катионообменной мембраной 3 и дополнительной катионообменной мембраны 4, анионообменной 5 и дополнительной анионообменной мембраны 6, биполярных мембран 7 и 8. Дополнительная мембрана 6 размещена между биполярной мембраной 7 и катионообменной мембраной 3. Мембрана 3 соединена с мембраной 6 тремя кромками. Дополнительная катяонообменная мембрана 4 размещена между биполярной мембраной 8

и анионообменной мембраной 5. Мембрана 5 соединена с мембраной 4 тремя кромками. Мембраны 6 и 3, 5 н 4 и 8 образуют элементарную ячейку пакета электродиализатора, которая может повторятся п раз. Катод I и биполярная мембрана 7 образуют электродную камеру 9. Биполярная мембрана 7 и дополнительная анионообменная мембрана 6 образуют щелочную камеру 10. Кагионообменнал мембрана 3 и анионообменная мембрана 5 образуют дилюатную камеру 11. Дополнительная катионообмегшая мембрана 4 и биполярная мембрана 8 образуют кислотную камеру 12. Биполярная мембрана 8 и анод 2 образуют электродную камеру 13. Дополнительная катионообменная мембрана 4 и анионообменная 1У1ембрана 5 образуют камеру концентрирования кислоты 14. Дополнительная анионообменная мембрана 6 и катионообменная мембрана 3 образуют камеру концентрирования щелочи 15.

Разбавленный раствор щелочи, циркулирующий по замкнутому контуру, пропускают через щелочную камеру 10 и электрод1гую камеру 13. Через кислотную камеру J 2 и элек1родную камеру 9 пропускают раэбав;гениый раствор кислоты, также циркулирующий ПО замкнутому контуру. Через дилюашую камеру 11 циркулирует раствор соли. В камеры концентрирования 14 и 15 раствор не подается, а концентрирование кислоты и щелочи осуществляется в результате осмоса и электроосмоса воды и злектромиграции ионов соли из дилюатной камеры 11 и ионов водорода и гидроксила соответственно из кислотной 12 и щелочной 10 камер. В камеру концентрирования 15 из дилюатной камеры II мигрируют катионы, из щелочной камеры 10 - ионы гидроксила. В камеру коицентрирования 14 мигрируют из дилюатной камеры 11 анионы, из кислотной камеры 12 - ионы водорода. Так как количество ионов водорода и гидроксила, генерированнь х биполярньпуш мембранами 7 и 8 и перенесенных в результате электромигращш в непроточные камеры концентрирования 14 и 15, практически одинаково, в этом случае обеспечивается неизменность концентравдй разбавленных щелочи и кислоты соответственно в камерах 10 и 12.

Конструкция позволяет получить более концентрированные растворы кислоты и щелочи, так как концент жроваиие проводится электроосматически. Меньшая загрязненность концентрированной кислоты и щелочи исходной солью обеспечивается тем, чгго биполярная мембрана находится в контакте с разбавленными растворами кислоты и и|елочи, поэтому выход по току и(Жов водорода и гидроксила на биполярной мембране близок и не зависит от концентрации образующихся концентрированных кислоты и щелочи.

П р и м ер. Испытания проводили на злектродиализаторе, состоящем из катода 1 и, анода 2, изготовленных из стали марки Х18Н10Т, и расположенных между ними чередующихся катионообменных мембран МК-40 3 и 4 анионообменных мембран МК-40 5 и 6, биполярных мембран МБ-3 7 и 8. Рабочая площадь каждой мембраны равна 2,27 см. Через камеру 11 циркулировал 0,5 н раствор хлорида натрия, через камеры 10 и 13 - 0,2 н раствор гищзоокиси натрия, через камеры 9 и 12 - 0,2 н раствор соляной кислоты.

Концентрированные растворы гидроокиси натрия и соовиой кислоты, выходящие из камер 14 и 15, собирали и анализировали на содержание натрия и соляной кислоты, в растворе соляной кислоты определялось содержание натрия, в растворе гидроокиси натрия определяли содержание хлора. Эти данные отражены в таблице.

Результаты испытаний по получению кислот и щелочи из раствора хлорида натрия с поi мощью предлагаемой и известной конструкций , представлень в таблице.

Известный0,472 2,61 0,191 21,5 0,948 Предлагаемый 5,3 0,87 1,42 0,46 3,35, 6,33 0,237 30,7 0,738 4,34 0,403 42,2 1,5 1,86 0,42 3,73 1,2 2,2 0,32 5 Таким образом, предлагаемая конструкция по сравнению с известной позволяет получать более концентрированрйге растворы щелочи (2-4 н.) и кислоты (1-2 н.), содержащие меньше исходной соли (в щелочи менее 2%, в кислоте менее 0,5%). Формула изобретения Электродиализатор для получения кислоты и щелочи, включающий катод и анод, между которыми помещены чередующиеся катионообменные, анионообменные и биполярные мембраны, обращенные катионообмениой стороной к катоду, отличающийt

((ОНконц

НЛконц с я тем, что, с целью повышения концентра ции продуктов и увеличения степени их чистоты, электродиализатор дополнительно снабжен катионообменными и анионообменнымй мембранами, причем дополнительные анионообменные мембраны размещены между биполярными мембранами и катионообменными мембранами и соединены с последними тремя кромками, а дополнительные катионообменные мембраны размещены между биполярными мембранами и анионообменнымй мембранами и соединены с последними тремя кромками. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе I.J.EIectrochem.Soc. Japan. 1963, 33, № 2, p. 83-91.