Способ получения катионопроницаемого разделителя Советский патент 1982 года по МПК C08J5/22 C08J9/26 C08F214/18 C08F228/02 C08F8/32 

(5)

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТИОНОПРОНИЦАЕМО-ГО РАЗДЕЛИТЕЛЯ

Изобретение относится к способу получения катионопроницаемого разделителя, представляющего собой диафрагму, применяемую в электролизерах для разделения анодного и катодного пространства при электролизе рассола в производстве хлора и каустической соды.

Известен способ получения диафрагм такого рода из сополимера тетрафторэтилена и перфтор(3, 6-диокса- -метил- 7-октен- суя ьфони лфтори да) путем перевода сульфонильных групп в иОногенные 1 J.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения катионопроницаемого разделителя путем армирования пленки из сополимера тетрафторэтилена-и перфтор(3,6-диoкca-4-мeтил-7 oктeн-cyльфoнилфтopидa) тканью из тефлоновых волокон f2.

Большое число армирующих волокон в катионопроницаемом разделителе нежелательно, поскольку при работе в электролитической ячейке уменьшается производительность и/или увели.чивается напряжение по сравнению с использованием разделителей с меньшим числом армирующих (усиливающих) 5 волокон.

Использование малого числа усиливающих волокон в ткани, или открыто сотканной или связанной, вызывает смещение волокон относитель10 но друг друга в процессе api«ipoBaния. Неоднородность в армировке за счет скопления волокон нежелательна.

При армировании относительно небольшим числом усиливающих волокон, 18 поверхность катионопроницаемого разделителя становится менее гладкой и плоской (как бы рифленой), чем в случае армирования большим количеством волокон.

20На рифленой поверхности разделителя во время электролиза могут накапливаться пузырьки, действующие как изоляторы.

Цель изобретения - повышение эффективности разделителя.

Поставленная цель достигатеся гем, что в способе получений катионопроницаемсго разделителя nyTBhi армирования тканью пленки из cononni-iepa тетрафторэтилена и перфтор (3 jS-flHOK-ca- -гметил 7 октен сул ьфонилфторидз) армирование осуществляют тканью, соцермощей упрочняющие волокна из го-итетрафторэтилена м уничтожаемь5е волокна из вискозы при соотношени/; упромняющих и уничтожаемых волокон с последующим удалением уничожаемых волокон и превращением сульонильных- групп в ионообменные.

Используемая пленка предпочтительо имеет толщину 0,01-0,75 мм.

Природа уничтожаемых волокон и пособ их удаления должны быть тзими, чтобы не оказать влияния на свойства полимера,.

Поскольку армирование осуществлятся при 240-320°С, упрочняющие воокна должны быть устойчивыми при этих температурах, а также стойкими к химическому воздействию (например, к действию хлора и каустической соды) . Вследствие хи -мческой инертности этим требованиям отвечают перфторированные волокна, изготовленные из тетрафторэтилена.

Р.азделитель получают на основе указанного перфторированного полимера, содержащего сульфонилфторидные группы, из которого формуют пленку, затем ее армируют тканью, содержащ-ей упрочняющие и уничтожаемые волокна, сульфонилфторидные группы полимера преобразуют в ионогенные обработкой щелочью или амином и удаляют уничтожаемые волокна.

Последние две операции могут быть выполнены в обратной последовательности .

При обработке щелочью или амином сульфониловые группы преобразуются до ионогенных групп Q, где Q Н, NHл, катион щелочного или щелочноземельного металла; п - валентность катиона, или. , где Me - катион; п - валентность этого катиона.

Армирование обычно осуществляют путем запрессовывания ткани в полимер при 2 0-320 С.

Уничтожае№.1е волокна могут оставаться в разделителе до его использования е электролитической ячейке, и удалены из него при электролизе рассола.

4

.-illiиecй йусКзты (поры) обес печивают гидравлический поток жидкости Бокру- усиливающих во.покон и способствуют увеличению прохождения тона иерез разделитель.

Наибольшие преимущества разделителя найдены при электролизе рассола, однако он может быть широко использован и 3 электролитических ячейках, используемых для электролиза галоидных растворов щелочных или щелочноземельных металлов.

Примеры 1 и 2. В этом и последующих примерах в качестве промежуточного полимера используется сополимер тетрафторэтилена и

CFg CFOCF2GFOCF2CF2SC 2F

СГз

Эквивалентный вес йолимера составляет вес в граммах, соответству эщим одному эквиваленту по тенциальной ионообменной способности. Пленку толщиной 0,18 мм 1200 эк811валентного веса (3. В.) промежуточного полимера обрабатывают с поверхности этилендиамином на глубину 0,023 f-W5- Дне пленки затем армируют в вакууме следующими тканями:

в уткеи имеюи;ую тол1дину приблизительно 0,25 мм.

После послойного формования оба образца обрабатывают горячим раствором гидроокиси калия в водном диметилсульфоксиде для преобразования оставшихся групп 502 в группы .

После этого образцы удаляют из гидролизной ванны, затем пропитывают в течении получаса в разбавлениом (примерно 10) едком натре. Затем их помещает в лабораторную электролитическую хлорщелочную ячейку. Используемы/ электрода «.1 являются анод с постоянными раз 4ерами и перфорированная пластина из нержавеющей стали, используемая в качестве като да, Расстояние между слоисты -чи образцэм1И и каждым электродом составпяет приблизительно 3,2 мм. Тонкие (приблизительно 1,6 мм) пластины губчатого материала нерпрена используют в качестве прокладок.

Во время электролиза солевой раствор, содержащий 1бО г NaCl (1 л растврра, 0;25 мл концентрированной НС), 1 л раствора и 0,022 г моноосновного фосфата натрия () 1 л раствора подают непрерывно в анодное пространство. Концентрация выходящей соли состаляет 135 г/л раствора. Вначале в катодное пространство вводят в Каждом примере 10 н.

Образованный тканью Тефлон/ вискоза

Образованный тканью Т-12 (контрольной)

Анализ образца 1 после удаления из ячейки показывает, что вискоза была удалена во время электролиза.

Примеры ЗиА. Ткани, описанные в примерах 1 и 2, используют для армирования пленки из промежуточ ного полимера 1100 э.в. толщиной О, 1 и промежуточного полимера 1500 э.в. толщиной 0,04 мм. Ткань содержится в полимере с э.в. 1100. После армирования сульфониловые группы полимера преобразуют в группы SOjK ( как описано в примерах 1 и 2) посредством обработки горячим раствором гипохлорита натрия, который разрушает вискозу в примере 3После удаления двух слоистых образцов из гидролизной ванны их подвергают кипячению в течение получаса в дистиллированной воде. Затем помещают в лабораторную хлорщелочную

.растор едкого натра для заполнения пространства. По мере того, как ччейка нагреваеется до своей окончательной рабочей температуры , плотность тока последовательно уве/1ичивается до своего окончательного значения, равного 0,31 А/см . Ячейка затем работает непрерывно при 80 и 0,31 А/см в течение нескольких дней, а затем производительность ячейки измеряют посредством сравнени количества тока, прошедшего через ячейку.

Результаты приведены в табл. 1,

.Таблица

11,8

5,10

11,6

ячейку, подобную описанной в примере 1.

В ходе электролиза непрерывно подают 25%-ный солевой раствор в анодное пространство. В катодное пространство добавляют н. раствор едкого натра для заполнения пространства После этого достаточное количество дистиллированной воды подают в катодное пространство во время каждого электролиза для того, чтобы поддерживать нормальность католита в диапазоне примерно 5,5-5,6.

Через три дня после начала процесса при и 0,31 А/см производительность ячейки измеряют поредством сравнения количества полученного едкого натра с количеством тока, проходящего через ячейку.

Результаты приведены в табл. 2.

.Образованный из О,О мм 1500 э.в. пленкой, 0,1 мм 1100 э.в. пленкой и тканью Тефлон/вискоза

Образованный

OiO мм 1500 э.в.

пленкой, 0,1 мм

1000 э.в. пленкой

и тканью Т-12

(контрольной) П р .и м е р 5. Микропористый раз делитель образован посредством насло ния следующего набора материалов в вакуумном испарителе при приблизи-тельно в течение 2 мин: офсет ная печатная бумага (сверху), ненаполненная бумага, два слоя мягкой фильтровальной бумаги, 0,18 мм проме жуточного полимера 1200 э.в., один слой мягкой фильтровальной бумаги, ткань Тефлон / вискоза по пример 1, |два слоя мягкой фильтровальной бума;Гй, ненаполненная бумага, 0,25 мм филь сровалыной бумаги (снизу). После наслоения промежуточный полимер про никает сквозь все пять слоев, но останавливается перед слоем из ненаполненной бумаги. Многослойное образование подвергают гидролизу в растворе гидроокиси калия в водном диметил сульфоксиде и бумага и вискоза разрушаются путем обработки горячим рас вором гипохлорита натрия. Разделитель затем подвергают кипячению в течение t ч в дистиллироТаблица 2

««.З ванной воде. Оставляя мокрым, его устанавливают в лабораторную хлорщелочную ячейку, подобную описанной в примере 1о8 этом случае, однако, ячейку снабжают вертикальным трубопроводом, таким что анолит имеет гидравлический напс 41,9 см относительно католита, а в качестве загрузки в анолит используют насыщенный рассол. В катодное пространство добавляют 2 н, NaOH для заполнения пространства. Во время троведения эксперимента в катодное пространство не подают никакой дополнительный материал. В то время, как ячейка нагревается до своей окончательной рабочей температуры , плотность тока последовательно увеличивается до своего окончательного зна1«ния 0,155 А/см. Ячейка затем работает непрерывно в течение нескольких дней. После этого производительность по току измеряют л средстэом сравнения полученного едкого натра с количеством тока, прошедшего через ячейку. Результаты приведены в табл. 3Табл ица 3 9a Примеры 6и7. Яасть не подвергавшегося гидролизу многослойного элемента из примера; 5 нагревают вторично в условиях формования (15 мин при ) для получения более глубокого проникновения полимера в бумагу. Лист затем химически обрабатывают, как в предыдущем случае. Полученный в результате раздеТ а б

лица литель затем кипятят в дистиллиро ванной воде и размещают в аналогичной лабораторной хлорщелочной ячейке. .Пуск ячейки в ход и процесс в ячейке такие же, как описано в примере 5- После нескольких дней проведения процесса получены результаты, приведенные, в табл. f.