SU1150989A1

SU1150989A1 - Bipolar ion-exchange membrane

Info

Publication number: SU1150989A1
Application number: SU833634930A
Authority: SU
Inventors: В.П. Гребень; Н.Я. Пивоваров; В.Л. Лацков; И.Г. Родзик; Н.Я. Коварский
Original assignee: Институт химии Дальневосточного научного центра АН СССР
Priority date: 1983-07-22
Filing date: 1983-07-22
Publication date: 1990-11-15

Abstract

БИПОЛЯРНАЯ ИОНООБМЕННАЯ МЕМБРАНА дл электрохимических про цессрв, включающа бипол рную мемб- рану с катионообменным и анионообменным слоем, отличающа с тем, что, с цепью увеличени выхода по току водородных и гидроксильных ионов и повышени -чистоты получаемых продуктов, бипол рна ионообменна мембрана дл электрохимических процессов дополнительно снабжена перфорированными ионообменными мембранами, установленными в рамке на рассто нии от бипол рной мембраны, причем анионообменна мембрана - со стороны анионообменного сло , а катионообменна - со стороны катионообменного сло , причем все мембраны соединены между собой по периметру. SBIPOLAR ION-EXCHANGE MEMBRANE for electrochemical processes, including a bipolar membrane with a cation-exchange and anion-exchange layer, characterized in that, with a chain, an increase in the flow efficiency of the hydrogen and hydroxyl ions and an increase in the purity of the content of the product, the ion is injected by an i-ion in the oxygen cell, and the ion is expelled by an i-ion in the oxygen cell and the purity of the resulting products. additionally equipped with perforated ion-exchange membranes installed in the frame at a distance from the bipolar membrane, and the anion-exchange membrane on the side of the anion-exchange membrane lo, and cation-exchange - from the side of the cation-exchange layer, all the membranes are interconnected along the perimeter. S

Description

Изобретение относитс к области электрохимических производств, в частности к бипол рным ионообменным мембранам, которые могут быть использованы в процессах электродиализа при получении кислот и щелочей из растворов солей и проведени химических превращений, протекающих с участием водородных и гидроксильных ионовThe invention relates to the field of electrochemical production, in particular to bipolar ion-exchange membranes, which can be used in electrodialysis processes for the preparation of acids and alkalis from salt solutions and chemical transformations involving hydrogen and hydroxyl ions.

Цель изобретени - уменьшение переноса через бипол рную мембрану ионов электролита, наход щегос с ней в контакте, и увеличение вЬкода по току водородных и гидроксильных ионов и повьшение чистоты получаемого продукта.The purpose of the invention is to reduce the transfer of electrolyte ions through the bipolar membrane, which is in contact with it, and to increase the current code of hydrogen and hydroxyl ions and increase the purity of the resulting product.

На чертеже изображен общий вид предлагаемой мембраны.The drawing shows a General view of the proposed membrane.

Бипол рна ионообменна мембрана содержит бипол рную ионообменную мембрану, имеющую катионообменныйThe bipolar ion exchange membrane contains a bipolar ion exchange membrane having a cation exchange membrane.

слой 1 и анионообу 1енный слой 2, ка- тионообменную 3 и дополнительную анионообменную 4 мембраны, на которых вьшолнены перфорации:5. Все мембраны соединены между собой по периметру:6. Способ соединени мемб-ран не имеет существенного значени , например мембраны по периметру могут быть склеены сварены, сжаты между рамками устройства, в котором используетс бипол рна мембрана, или заключены в Отдельную рамку.layer 1 and anion exchange 1 layer 2, cation-exchange 3 and additional anion exchange 4 membranes on which perforations are made: 5. All membranes are interconnected along the perimeter: 6. The method of connecting membranes is not essential, for example, the membranes around the perimeter can be glued together, welded, compressed between the frames of the device, which uses a bipolar membrane, or enclosed in a separate frame.

Если бипол рна мембрана установлена в электрохимической чейке так, чтобы ее катионообменна стороны была обращена к катоду, то при пропускании посто нного электрического тока через чейку концентраци раствора , наход щегос между дополнительной катионообменной 3, бипол рной, образованной сло ми 1, 2 и дополнительной анионообменной 4 мембранами, значительно понизитс по сравнению с концентрацией внешнего электролита Поэтому за вл ема бипол рна мемб рана генерирует водородные и гидрок сильные ионы с большим выходом по то,«ку , чем известна бипол рна мембра на, состо ща из катионообменного и анионообменного слоев Можно было бы предположить, что выход по току водо родных и гидроксильных ионов должен быть максимальным, если при изготов лении предлагаемой бипол рной мемб раны вз ть неперфорированные дополнительные катионообменную 3 и анионо обменную 4 мембранЫй Однако опытным путем показано, что в этом случае сильного обессолива ш электро лита, наход щегос между катионооб менной 3, бипол рной, образованной сло ми 1, 2 и анионообменной 4 менб ранами, падение напр жени на такой бипол рной мембране в рабочем диапа зоне плотностей тока ( А/м ) достигаетс 30-.Ва Така бипол рна мембрана непригодна дл эксплуатации в электродиализаторах6If the bipolar membrane is installed in an electrochemical cell so that its cation-exchange sides are facing the cathode, then when a constant electric current passes through the cell, the concentration of the solution between the additional cation-exchange 3, bipolar, formed by layers 1, 2 and additional anion-exchange 4 membranes, significantly reduced compared with the concentration of the external electrolyte. Therefore, the proposed bipolar membrane generates hydrogen and hydrostatic ions with a high yield by the fact that It is known that a bipolar membrane consisting of cation-exchange and anion-exchange layers could be assumed that the current efficiency of hydrogen and hydroxyl ions should be maximal if the production of the proposed bipolar membrane takes unperforated additional cation-exchange 3 and anion exchange 4 membrane However, it has been experimentally shown that in this case, strong desalting of electrolyte, located between cation-exchange 3, bipolar, formed by layers 1, 2 and anion-exchange 4 wounds, falls by p voltage on a bipolar membrane in the working range of current density zone (A / m) is achieved by 30 .Va Such a bipolar membrane is not suitable for use in elektrodializatorah6

Наличие перфораций 5 в дополнительных катионообменной 3 и анионо обменной 4 мембранах позвол ет сни зить падение напр жени на за вл е мой бипол рной мембранеj поскольку через перфорации 5 внешний электроли поступает в слои между дополнитель ной катионообменной 3, бипол рной, образованной сло 1 1и 1, 2, и дополни тельной анионообменной 4 мембранами, что увеличивает их электропроводностььThe presence of perforations 5 in the additional cation-exchange 3 and anion-exchange 4 membranes reduces the voltage drop on the proposed bipolar membrane, because through the perforations 5 the external electrolyte enters the layers between the additional cation-exchange 3, bipolar, formed by layer 1 1 and 1 , 2, and an additional 4 anion exchange membrane, which increases their electrical conductivity

Изменением относительной площади перфораций 5 (площади перфораций, приход щейс на единицу поверхности мембраны) можно регулировать поступ ление и концентрацию электролита в этих сло х Оптимальна относитель на площадь перфораций 5 зависит от свойств катионообменной и анионооб менной- мембран составл ющих предла-- гаемую бипол рную мембрану, и усло ВИЙ.ее работы: уменьшаетс при уве личении концентрации внешнего элект ролита и при увеличении диффузионной проницаемости .перфорированных мемб ран 3, 4 и увеличиваетс при увели By varying the relative area of perforations 5 (the area of perforations per unit membrane surface), the intake and concentration of electrolyte in these layers can be controlled. The optimum ratio of the area of perforations 5 depends on the properties of the cation-exchange and anion-exchange membranes constituting the proposed bipolar the membrane, and the condition of the work: decreases with increasing concentration of the external electrolyte and with increasing diffusion permeability of the perforated membranes 3, 4 and increases with

чении плотности тока Поэтому в каж дом конкретном случае оптимальна относительна площадь перфораций оп редел етс экспериментально до соблю дени следующего услови : падение напр жени на предлагаемой мембране должно быть равно сумме .падений напр жений на катионообменной 3, бипо л рной, образованной сло ми 1, 29 и анионообменной 4 мембранахаTherefore, in each specific case, the optimal relative perforation area is determined experimentally until the following condition is met: the voltage drop across the proposed membrane must be equal to the sum of the voltage drops on the cation-exchange 3, bipolar, formed by layers 1, 29 and 4 anion exchange membranes

П р и м е:рй Гетерогенную сульфо катионитовую мембрану и гетеро генную высокоосновную мембрану в воздушно сухом состо нии перфорируют.нанесением на их поверх ность сквозных отверстий 5 площадью 1 мм о Предлагаемую бипол рную мемб-рану получают, располага перфориро ванную катионообменн1ао мембрану 3 со стороны фосфорно кислотного сло 1, а перфорированную анионообменную .мембрану 4 со стороны высокооснов ного анионитового сло 2 гетероген ной бипол рной мембраны Все мембраны заключают в резиновую рамку Така бипол рна мембрана при контак те с 2.Ни растворами сол ной кислоты и едкого натра, плотности тока 1000 А/м имеет следующие злектро химические свойства: число переноса иона натри 0,02; число переноса иона хлора О,10, выход по току во дородных и гидроксильньш ионов 88%3 падение, напр жени 2, 7.ВExample: p Heterogeneous sulphonation membrane and a heterogeneous, highly basic membrane are perforated in an air-dry state by applying 1 mm through holes 5 on the surface of the membrane. The proposed bipolar membrane is obtained by arranging a perforated cation-exchange membrane 3 phosphoric acid layer 1 and perforated anion exchange membrane 4 on the side of highly basic anion exchanging layer 2 of the heterogeneous bipolar membrane. All membranes are enclosed in a rubber frame. Such a bipolar membrane Thus, with 2.Ni solutions of hydrochloric acid and caustic soda, the current density of 1000 A / m has the following electro-chemical properties: the number of sodium ion transfer is 0.02; chlorine ion transfer number O, 10, current output of hydrogen and hydroxyl ions 88% 3 drop, voltage 2, 7.V

Таким образом, предлагаема мемб° рана имеет более высокий выход по току водородных И) гидроксильных ионов (88% дл предлагаемой и 74% дл прототипа)Thus, the proposed membrane ° wound has a higher current output for hydrogen Å) hydroxyl ions (88% for the proposed one and 74% for the prototype)

Эти преимущества позвол т при пользовании предлагаемой бипол рной ионообменной мембраны повысить кон центрацию получаемых щелочей и кис лот снизить их загр знение солью, снизить энергетические затраты на процесс .электродиализа, увеличить производительность электродиализато ровft Существенньш вл етс также то, что дл производства за вл емой би пол рной мембраны можно использовать изготовленные по известной техноло гии катионообменные анионообменные и бипол рные ионообменные мембраны DThese advantages allow using the proposed bipolar ion-exchange membrane to increase the concentration of the alkalis and acids produced to reduce their salt contamination, reduce the energy costs of the electrodialysis process, and increase the performance of electrodialysis. polar membranes can use cation-exchange anion-exchange and bipolar ion-exchange membranes made according to known technology.

/. 2/. 2

J; Л //J; L //

fTTF fTTF

i«ji «j

LL

Claims

BIPOLAR ION EXCHANGE MEMBRANE for electrochemical processes, including a bipolar membrane