RU2811239C1 - Способ получения брома из хлоридного раствора - Google Patents
Способ получения брома из хлоридного раствора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2811239C1 RU2811239C1 RU2023115842A RU2023115842A RU2811239C1 RU 2811239 C1 RU2811239 C1 RU 2811239C1 RU 2023115842 A RU2023115842 A RU 2023115842A RU 2023115842 A RU2023115842 A RU 2023115842A RU 2811239 C1 RU2811239 C1 RU 2811239C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- solution
- bromine
- anode
- mol
- cathode
- Prior art date
Links
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 35
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 35
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 title claims abstract description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 27
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 20
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M sodium bromide Chemical compound [Na+].[Br-] JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 12
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims abstract description 10
- NLKNQRATVPKPDG-UHFFFAOYSA-M potassium iodide Chemical compound [K+].[I-] NLKNQRATVPKPDG-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 9
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L manganese oxide Inorganic materials [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 6
- PPNAOCWZXJOHFK-UHFFFAOYSA-N manganese(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Mn+2] PPNAOCWZXJOHFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M Bromide Chemical compound [Br-] CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 4
- 239000008055 phosphate buffer solution Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000012085 test solution Substances 0.000 claims abstract description 4
- CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-N Hydrogen bromide Chemical compound Br CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910000476 molybdenum oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- AKHNMLFCWUSKQB-UHFFFAOYSA-L sodium thiosulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=S AKHNMLFCWUSKQB-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 3
- 235000019345 sodium thiosulphate Nutrition 0.000 claims abstract description 3
- 238000004448 titration Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 3
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 12
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 abstract description 12
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 abstract description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 5
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000012224 working solution Substances 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 238000001663 electronic absorption spectrum Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229930187593 rose bengal Natural products 0.000 description 2
- 229940081623 rose bengal Drugs 0.000 description 2
- STRXNPAVPKGJQR-UHFFFAOYSA-N rose bengal A Natural products O1C(=O)C(C(=CC=C2Cl)Cl)=C2C21C1=CC(I)=C(O)C(I)=C1OC1=C(I)C(O)=C(I)C=C21 STRXNPAVPKGJQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 2
- IICCLYANAQEHCI-UHFFFAOYSA-N 4,5,6,7-tetrachloro-3',6'-dihydroxy-2',4',5',7'-tetraiodospiro[2-benzofuran-3,9'-xanthene]-1-one Chemical compound O1C(=O)C(C(=C(Cl)C(Cl)=C2Cl)Cl)=C2C21C1=CC(I)=C(O)C(I)=C1OC1=C(I)C(O)=C(I)C=C21 IICCLYANAQEHCI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000001649 bromium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical class FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- IANUMTRPEYONHL-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-) ruthenium(3+) titanium(4+) Chemical compound [O-2].[Ti+4].[Ru+3] IANUMTRPEYONHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 description 1
- 238000006552 photochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L potassium persulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к способу извлечения брома из хлоридного раствора. Способ включает окисление бромида до элементарного брома на аноде двухкамерного электролизера. При этом способ характеризуется тем, что анодное и катодное пространство электролизера разделены диафрагмой из оксида алюминия, анод - титановая пластина с нанесенным слоем смеси оксидов молибдена и марганца, катод - сетка платинированного титана. Процесс проводят при плотности тока 0,4-4,3 А/дм2, исходный состав раствора 0,5 моль/л NaCl + 0,001-0,01 моль/л NaBr, рН исследуемого раствора поддерживается при помощи фосфатного буферного раствора в диапазоне 4-6. После электролиза раствор из анодной камеры, содержащий бром, отгоняют с водяным паром и определяют содержание брома путем добавления избытка иодида калия и последующим титрованием по заместителю стандартизированным раствором тиосульфата натрия. Использование предлагаемого способа позволяет получить бром без выделения хлора. 3 пр.
Description
Изобретение относится к области технологии неорганических веществ и касается процессов извлечения брома из природных хлоридных вод. Изобретение может быть использовано для извлечения брома из морской воды.
Известен электрохимический способ получения брома [RU 2198839]. В указанном способе используют амперометрическую ячейку, в которую помещают 2 мл 2 М раствора KBr, 5 мл 0,1 М свежеприготовленного раствора персульфата калия, 10 мл фосфатного буферного раствора с рН 6-7, 4 мл 0,001 М раствора сенсибилизатора - бенгальского розового. В раствор помещают два платиновых микроэлектрода, подают разность потенциалов 0,5 В. При постоянной скорости перемешивания на раствор воздействуют светом лампы накаливания с мощностью 120 Вт с расстояния 20 см в течение 5 мин. О концентрации брома судят по изменению тока в цепи по шкале гальванометра.
Недостатками указанного способа являются:
1) Отсутствие численных данных в выходе брома.
2) Узкий рабочий диапазон рН.
3) Наличие дополнительных реагентов (окислителя - персульфата калия и сенсибилизатора бенгальского розового) для более интенсивного получения брома.
4) Дальнейшее увеличение содержание сенсибилизатора в растворе приводит к уменьшению скорости генерирование брома, так как фотохимическая реакция происходит главным образом на фронте действия света.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ, описанный в [RU 2360039]. В данном способе описано электрохимическое извлечение брома из природных вод в электролизере с разделенными катодным и анодным пространствами катионообменной мембраной МК-40. В качестве анода используют титановую пластину с оксидным рутений-титановым покрытием (ОРТА), в качестве катода используют углеграфитовый пористый материал (ватин, толщина электрода 5 мм, площадь контакта с мембраной 10 см2). В данном способе выход брома составляет 89-91%. При этом не наблюдается выделения токсичного хлора. Далее бром переводят в бромидный концентрат по средствам экстракции либо воздушной отдувки брома.
Недостатками указанного способа являются:
1) Мембрану МК-40 нежелательно использовать для синтеза брома, по причине ее разрушения. Ее химическая стойкость не достаточна в рабочем растворе.
2) Аноды ОРТА нежелательно использовать в хлорид-содержащих растворах из-за возможности выделения токсичного хлора.
Задачей изобретения является получение брома без выделения хлора.
Мембраной, устойчивой в рабочих растворах, является мембрана на основе фторуглеродных соединений, например, мембрана «Nafion» фирмы Дюпон, однако, стоимость такой мембраны очень высока - около 2000 долларов за 1 м2, ввиду этого в предлагаемом способе вместо ионообменной мембраны для разделения катодного и анодного пространств использована пористая диафрагма на основе оксида алюминия. Данная мембрана оказалась вполне устойчивой в рабочих растворах.
Поставленная задача решается способом извлечения брома из хлоридного раствора, включающим окисление бромида до элементарного брома на аноде двухкамерного электролизера, при этом анодное и катодное пространство электролизера разделены диафрагмой из оксида алюминия, анод - титановая пластина с нанесенным слоем смеси оксидов молибдена и марганца, катод - сетка платинированного титана, процесс проводят при плотности тока 0,4-4,3 А/дм2, исходный состав раствора 0,5 моль/л NaCl + 0,001-0,01 моль/л NaBr, рН исследуемого раствора поддерживается при помощи фосфатного буферного раствора в диапазоне 4-6, после электролиза раствор из анодной камеры, содержащий бром, отгоняют с водяным паром и определяют содержание брома путем добавления избытка иодида калия и последующим титрованием по заместителю стандартизированным раствором тиосульфата натрия.
Для идентификации продуктов анодной реакции было проведено спектроэлектрохимическое исследование прианодного слоя в области потенциалов площадки предельного тока на вольтамперных кривых. На электронных спектрах поглощения были выделены полосы, связанные с присутствием частиц Br3 - и Br2, полос, соответствующих хлору, обнаружено не было. Полученные экспериментальные данные позволили определить константу устойчивости Br3 - ионов, которая в условиях эксперимента оказалась равной приблизительно 12, что хорошо совпадает с литературными данными, как это показано в работе [Petrov М.М, Electrochemically driven evolution of Br-containing aqueous solution composition / Konev D.V., Kuznetsov V.V., Antipov A.E., Glazkov A.T., Vorotyntsev M.A. // J. Electroanal. Chem. - 2019. Vol.836. -P.125-133.].
Реализацию предлагаемого изобретения иллюстрируют приведенные ниже примеры.
Пример 1.
Процесс электрохимического получения брома проводят в электролизере с разделенным катодным и анодным пространством при помощи мембраны из оксида алюминия, на аноде из смеси оксидов меди и марганца с титановой основой и катодом из платинированного титана, рабочая плотность тока составляет 4,3 А/дм2, исходный состав раствора 0,5 моль/л NaCl + 0,001 моль/л NaBr, рН=4, выход по току составил 52%. Несмотря на то, что в состав в растворе для получения брома присутствует хлорид натрия с концентрацией 0,5 моль/л выделение на аноде токсичного хлора не наблюдается, побочной анодной реакцией является выделение кислорода.
Для идентификации продуктов анодной реакции было проведено спектроэлектрохимическое исследование прианодного слоя в области потенциалов площадки предельного тока на вольтамперных кривых. На электронных спектрах поглощения были выделены полосы, связанные с присутствием частиц Br3 - и Br2, полос, соответствующих хлору, обнаружено не было.
Пример 2.
Процесс электрохимического получения брома проводят в электролизере с разделенным катодным и анодным пространством при помощи мембраны из оксида алюминия, на аноде из смеси оксидов меди и марганца с титановой основой и катодом из платинированного титана, рабочая плотность тока составляет 2,5 А/дм2, исходный состав раствора 0,5 моль/л NaCl + 0,005 моль/л NaBr, рН=5, выход по току составил 54%. Несмотря на то, что в состав в растворе для получения брома присутствует хлорид натрия с концентрацией 0,5 моль/л выделение на аноде токсичного хлора не наблюдается, побочной анодной реакцией является выделение кислорода.
Для идентификации продуктов анодной реакции было проведено спектроэлектрохимическое исследование прианодного слоя в области потенциалов площадки предельного тока на вольтамперных кривых. На электронных спектрах поглощения были выделены полосы, связанные с присутствием частиц Br3 - и Br2, полос, соответствующих хлору, обнаружено не было.
Пример 3.
Процесс электрохимического получения брома проводят в электролизере с разделенным катодным и анодным пространством при помощи мембраны из оксида алюминия, на аноде из смеси оксидов меди и марганца с титановой основой и катодом из платинированного титана, рабочая плотность тока составляет 0,4 А/дм2, исходный состав раствора 0,5 моль/л NaCl + 0,01 моль/л NaBr, рН=6, выход по току составил 67%. Несмотря на то, что в составе раствора для получения брома присутствует хлорид натрия с концентрацией 0,5 моль/л выделение на аноде токсичного хлора не наблюдается, побочной анодной реакцией является выделение кислорода.
Данный способ обладает следующими преимуществами по сравнению с известным.
1) Позволяет получить чистый бром без примесей
2) Диафрагма из оксида алюминия не разрушается в рабочем растворе
3) Несмотря на то, что в исследуемых раствора основной компонент хлорид натрия в концентрации 0,5 М выделение хлора на аноде не наблюдается в рабочем диапазоне рН, селективность материала сохраняется. На данном аноде наблюдается низкое перенапряжение брома и кислорода, потенциал выделения хлора не достигается.
4) В способе присутствуют аналитические методы, подтверждающие чистоту получаемого окислением на аноде продукта, применяемые как после, так и во время электролиза. В данном способе бром можно определить количественно после процесса электролиза и контролировать чистоту определяемого брома во время процесса электролиза.
Повышение рабочего диапазона рН нецелесообразно, так как будут образовываться бромиды вместо брома, при понижении рН ниже 4 наблюдается деградация анода. В буферированных средах устойчивость анода повышается. Поэтому целесообразно добавлять в данном случае фосфатный буферный растворы с рН 4,01 к исследуемому раствору для поддержания рН 4-6.
Claims (1)
- Способ извлечения брома из хлоридного раствора, включающий окисление бромида до элементарного брома на аноде двухкамерного электролизера, отличающийся тем, что анодное и катодное пространство электролизера разделены диафрагмой из оксида алюминия, анод - титановая пластина с нанесенным слоем смеси оксидов молибдена и марганца, катод - сетка платинированного титана, процесс проводят при плотности тока 0,4-4,3 А/дм2, исходный состав раствора 0,5 моль/л NaCl + 0,001-0,01 моль/л NaBr, рН исследуемого раствора поддерживается при помощи фосфатного буферного раствора в диапазоне 4-6, после электролиза раствор из анодной камеры, содержащий бром, отгоняют с водяным паром и определяют содержание брома путем добавления избытка иодида калия и последующим титрованием по заместителю стандартизированным раствором тиосульфата натрия.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2811239C1 true RU2811239C1 (ru) | 2024-01-11 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3954577A (en) * | 1974-11-27 | 1976-05-04 | Texaco Inc. | Electrochemical preparation of aluminum bromide |
| RU98123657A (ru) * | 1998-12-25 | 2000-12-27 | Закрытое акционерное общество "Экостар-Наутех" | Способ извлечения брома из бромсодержащих растворов и установка для его осуществления |
| RU2398734C2 (ru) * | 2008-11-24 | 2010-09-10 | Институт химии и химической технологии СО РАН (ИХХТ СО РАН) | Способ извлечения брома из природных вод с получением бромидов металлов |
| US9039885B1 (en) * | 2012-09-25 | 2015-05-26 | Consolidated Nuclear Security, LLC | Electrolytic systems and methods for making metal halides and refining metals |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3954577A (en) * | 1974-11-27 | 1976-05-04 | Texaco Inc. | Electrochemical preparation of aluminum bromide |
| RU98123657A (ru) * | 1998-12-25 | 2000-12-27 | Закрытое акционерное общество "Экостар-Наутех" | Способ извлечения брома из бромсодержащих растворов и установка для его осуществления |
| RU2398734C2 (ru) * | 2008-11-24 | 2010-09-10 | Институт химии и химической технологии СО РАН (ИХХТ СО РАН) | Способ извлечения брома из природных вод с получением бромидов металлов |
| US9039885B1 (en) * | 2012-09-25 | 2015-05-26 | Consolidated Nuclear Security, LLC | Electrolytic systems and methods for making metal halides and refining metals |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bonfatti et al. | Electrochemical incineration of glucose as a model organic substrate. II. Role of active chlorine mediation | |
| Pozzo et al. | An experimental comparison of a graphite electrode and a gas diffusion electrode for the cathodic production of hydrogen peroxide | |
| US4804449A (en) | Electrolytic cell | |
| US4917781A (en) | Process for preparing quaternary ammonium hydroxides | |
| US4938854A (en) | Method for purifying quaternary ammonium hydroxides | |
| JPS5949318B2 (ja) | 次亜ハロゲン酸アルカリ金属塩の電解製造法 | |
| Ruiz-Ruiz et al. | Electrochemical production of peroxocarbonate at room temperature using conductive diamond anodes | |
| US4235684A (en) | Process for producing glyoxalic acid by electrolytic oxidation | |
| CA2716560A1 (en) | Electrodiaphragmalysis | |
| JP2006522213A (ja) | 臭化物の臭素への電気化学酸化工程 | |
| RU2811239C1 (ru) | Способ получения брома из хлоридного раствора | |
| JP3115440B2 (ja) | 塩化アルカリ水溶液の電解方法 | |
| JP3421021B2 (ja) | 塩化アルカリの電解方法 | |
| JP3561130B2 (ja) | 過酸化水素製造用電解槽 | |
| RU2042740C1 (ru) | Способ очистки водного растворов двуокиси хлора от хлора | |
| RU1836493C (ru) | Способ получени диоксида хлора | |
| JP2000064080A (ja) | 水素発生装置 | |
| FI82078C (fi) | Elektrokemiskt avlaegsnande av hypokloriter ur kloratcelloesningar. | |
| TWI529998B (zh) | 膜復原之方法 | |
| JP2000005757A (ja) | 経済的な電解殺菌水の製造方法 | |
| Jalbout et al. | New paired electrosynthesis route for glyoxalic acid | |
| US4731169A (en) | Selective removal of chlorine from solutions of chlorine dioxide and chlorine | |
| SU860711A1 (ru) | Способ получени хлора и гидроокиси щелочного металла | |
| JP2003293178A (ja) | 水処理薬剤の製造法 | |
| Mayen-Mondragon et al. | Simultaneous electrochemical oxidation and reduction of representative organic pollutants |