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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft bipolare Membranen sowie ein Verfahren zu ihrer
Herstellung, Module umfassend bipolare Membranen, die Verwendung
solcher Module sowie Elektrodialyseverfahren mit bipolaren Membranen.
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Hintergrund der Erfindung
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Bipolare
Membranen umfassen eine für Anionen permeable Schicht (Anionenaustauscherschicht,
AEL), eine für Kationen permeable Membran (Kationenaustauscherschicht,
CEL) und eine dünne Grenzflächenregion (hierin
auch kurz Grenzfläche genannt), in der die zwei Ionenaustauscherschichten in
Kontakt stehen. Die Grenzflächenregion kann entweder eine
Kontaktebene oder Kontakoberfläche oder selbst eine Schicht
sein, möglicherweise einschließlich Klebern oder
Harzschichten, die helfen die CEL und AEL in Kontakt zu bringen.
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Kommerziell
erhältliche bipolare Membranen bestehen beispielsweise
aus zwei Membranschichten, die durch Laminierung, Heißpressung
oder Klebung verbunden werden, oder aus Membranschichten, die bereits
bei der Herstellung z. B. durch Koextrusion oder Gießverfahren
fest miteinander verbunden sind.
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In
einem elektrischen Feld mit der Kationenaustauscherseite gegen die
Kathode gerichtet induzieren bipolare Membranen die Dissoziation
von Wasser in Protonen und Hydroxid-Ionen. Auf diese Weise wird
der Stromfluss aufrecht erhalten. Protonen und Hydroxid-Ionen werden
im elektrischen Feld über die CEL bzw. AEL aus der bipolaren
Membran abgezogen, während elektrisch neutrale Wassermoleküle über
die CEL und/oder die AEL zur Grenzfläche zwischen diesen
Membranschichten diffundieren, wo die Dissoziation von Wasser stattfindet.
Solche bipolare Membranen sind in
US-4,355,116 beschrieben.
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Eine
selektive bipolare Membran weist einen akzeptierbar niedrigen Anionenfluss
von der Säurekammer, die an die CEL grenzt und in die die
Protonen diffundieren, in die Basenkammer, die an die AEL grenzt
und in die Hydroxid- Ionen diffundieren sowie einen niedrigen Kationenfluss
in umgekehrte Richtung auf. Des Weiteren sollte sie bis auf den Wassertransport
einen begrenzten Transport bezüglich neutraler, nicht-dissoziierter
Salze, Säuren oder Basen sowie anderer nicht geladener
Moleküle zeigen. Diese Moleküle werden aufgrund
ihres Konzentrationsgradienten mittels Diffusion transportiert.
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Module
mit bipolaren Membranen weisen typischer Weise einen 3-Kammer-Aufbau
auf, wie beispielhaft in 3 dargestellt ist. Typischerweise
wird der 3-Kammer-Aufbau für die Säure- bzw. Basenregenerierung,
z. B. die Rückgewinnung von NaOH aus Na2SO4, wie es bei der Laugenwäsche von
SO2-haltigem Abgas entsteht, bzw. die Regenerierung
von HF aus KF, welches beim Beizen von Stählen bei der metallverarbeitenden
Industrie vorkommt, verwendet.
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In
den letzten Jahren hat sich der Einsatz bipolarer Membranen vor
allem auf dem Gebiet der Rückgewinnung schwacher Säuren
und Laugen durchgesetzt. Ein typisches Beispiel ist die Rückgewinnung
fermentativ erzeugter Milchsäure, bei der in der Regel
ein 2-Kammer-Aufbau verwendet wird (vgl. 4). Während
der Fermentation muss der Fermentationsbrühe Natronlauge
zugesetzt werden, um den pH-Wert im für das Wachstum der
Mikroorganismen geeigneten Bereich zu halten. Dadurch wird die Milchsäure
zu Natriumlaktat umgesetzt. Aus dem gut dissoziierenden Salz kann
mit Hilfe eines 2-Kammer-Moduls mit einer bipolaren Membran die
Milchsäure zurückgewonnen werden, wobei im Säurekreislauf
verdünnte Milchsäure aufkonzentriert wird und
im basischen Salzlösungskreislauf die konzentrierte Laktatlösung
zugeführt wird. Das erhaltene Natriumlaktat-Natronlaugen-Gemisch
kann wieder zur Neutralisation der Fermentationsbrühe verwendet werden.
Weitere Beispiele für die Rückgewinnung schwacher
Säuren sind die Rückgewinnung von Gluconsäure,
Aminosäure, Maleinsäure, Salicylsäure oder
Ameisensäure.
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Zur
Basenrückgewinnung (vgl. 5) besteht
der 2-Kammer-Aufbau aus der bipolaren Membran und einer zusätzlichen
CEM, wobei im Basenkreislauf die konzentrierte Base gewonnen wird
und das konzentrierte Salz dem (sauren) Salzlösungskreislauf
zugeführt wird.
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Module
mit einem 4-Kammer-Aufbau weisen einen Blocklösungskreislauf
zur zusätzlichen Abschirmung der Elektrodenkammern, einen
Säurekreislauf, Salzlösungskreislauf und Basenkreislauf auf.
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Einer
der wichtigsten Parameter für das Design von Verfahren
zur Elektrodialyse einer Säure und Base ist der elektrische
Widerstand, den die bipolare Membran zeigt. Signifikante Beschränkungen werden
der Stromdichte auferlegt, die über eine bipolare Membran
angelegt werden kann. Bei der Wasseraufspaltung erfordern z. B.
Protonen und Hydroxid-Ionen, die an der Grenzfläche oder
Grenzflächenregion der bipolaren Membran erzeugt werden,
Wasser für ihre Bildung. Dieses Wasser muss in die Grenzflächenregion
entweder durch die CEL oder die AEL diffundieren. Zusätzlich
entfernen die Ionen, da die Ionen zu den Basen- und Säurekammern
auf jeder Seite der bipolaren Membran wandern, zusätzliches
Wasser aus der Membran als Hydratisierungswasser. Wenn die Stromdichte
ansteigt, wird die Geschwindigkeit der Wasserentfernung an der Grenzfläche
und über die gesamte Membran erhöht. Wenn der
Transport von Wasser in die Grenzflächenregion hinein,
durch die CEL und/oder AEL aus der angrenzenden Lösung,
nicht so schnell ist, wie die Entfernung von Wasser aus der Grenzflächenregion
heraus durch Verbrauch- und Hydratisierungswasser, dann werden einige
Punkte der Grenzflächenregion austrocknen, was bewirkt,
dass der Wasserspaltungsprozess sich verlangsamt. Bereits die Erhöhung
der Stromdichte über 3 kA/m2 führt
bei herkömmlichen bipolaren Membranen zur Austrocknung,
wenn die Wasserdiffusion zur Grenzfläche der geschwindigkeitsbestimmende
Schritt ist, wie F. G. Wilhlem et al. fanden (Assymetric
bipolar membranes in acid-base electrodialysis, Ind. Eng. Chem.
Res. 2002, Vol. 41, S. 579–586). Darüber
hinaus können sich Metallhydroxidsalze auf oder in der
bipolaren Membran abscheiden. Trockene Flächen in der bipolaren
Membran werden eine noch höhere Stromdichte über
denjenigen Teil der Grenzflächenregion, der hydratisiert
bleibt, bewirken. Außerdem kann das Austrocknen der Grenzflächenregion,
das resultiert, wenn die Stromdichte zu hoch ist, zu irreversiblen Schädigungen
der Membran führen, was sich in noch höherem elektrischem
Widerstand manifestiert. Dies seinerseits erhöht die Energiemenge,
die erforderlich ist, um den Prozess anzutreiben.
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WO 98/55538 beschreibt
eine bipolare Membran aus einer AEL, einer CEL und einer dazwischen angeordneten
Grenzfläche, die als Kontaktebene oder als Schicht ausgebildet
sein kann. Die bipolare Membran weist weiterhin Kanäle
zur Zuführung von Wasser direkt in die Grenzflächenregion
auf. Das zugeführte Wasser diffundiert so von den Kanälen
entlang der Grenzflächenregion, wie in
7 dargestellt ist.
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Aufgrund
ihrer eingeschränkten Selektivität kommt es bei
herkömmlichen bipolaren Membranen zusätzlich zu
den gewünschten Diffusionen (vgl. Segment I der 6)
auch zu einem diffusiven Transport der Produkte über die
bipolare Membran, die CEM und die AEM. Dieser Transport ist im Segment
III der 6 dargestellt. Weiterhin kann
es bei der Verwendung herkömmlicher bipolarer Membranen
zu einem diffusiven und migrativen Salzionenstrom über
die bipolare Membran hinweg kommen, der den Säurestrom
mit Basenkationen bzw. den Basenstrom mit Säureanionen
verunreinigt. Dieser unerwünschte Ionentransport ist in
Segment II der 6 dargestellt. Außerdem
reduziert sich die Wasserdissoziation um den Anteil elektrischer
Ladung, der durch den Co-Ionenschlupf über die Membran
transportiert wurde.
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Die
Selektivität von bipolaren Membranen hängt stark
von den Konzentrationen an Salz, Säure und Base ab. Bei
höheren Konzentrationen werden mehr Co-Ionen durch die
Membran transportiert, wodurch die Reinheit der erhaltenen konzentrierten Säuren
und Basen verringert wird. Der gesamte Salzionentransport durch
eine herkömmliche bipolare Membran ist typischerweise höher
als 0,01 molSalz/molH +/OH –.
Gegenmaßnahmen bestehen im Absenken der Konzentrationen
der beteiligten Lösungen und im Erhöhen der Stromdichte.
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Die
unerwünschten Ionen- und Produkttransporte bei der Verwendung
herkömmlicher bipolare Membranen verringern daher die Effizienz
des Verfahrens (z. B. der Elektrodialyse) und führen zu
verunreinigten Produkten. J. Balster et al. (Assymmetric bipolar
membrane: A tool to improve product purity, J. Membrane Sci. 2007,
Vol. 287, S. 246–256) fanden, dass die Erhöhung
der Selektivität von bipolaren Membranen durch die Verwendung
asymmetrischer bipolarer Membranen mit einer dünnen AEL
und einer dicken CEL bzw. einer dicken AEL und einer dünnen
CEL zu einer stärkeren Einschränkung der Wasserdiffusion
in die bipolare Membran und zu einer schlechteren Energieeffizienz
führt.
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Daher
war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bipolare Membran
bereitzustellen, die bei höheren Stromdichten betrieben
werden kann als herkömmliche bipolare Membranen. Eine weitere Aufgabe
der vorliegenden Erfindung war es, die Effizienz von Modulen mit
bipolarer Membran zu erhöhen und gleichzeitig Produktverunreinigungen
zu verringern oder zu vermeiden.
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Gegenstand der Erfindung
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wurde durch eine bipolare
Membran gelöst, die eine erste Membranschicht, die für
Anionen permeabel ist, und eine zweite Membranschicht, die für
Kationen permeabel ist, umfasst, wobei eine poröse ionenselektive
Schicht zwischen der ersten und der zweiten Membranschicht angeordnet
ist und wobei der Grenzfläche Wasser über die
poröse ionenselektive Schicht aktiv zuführbar
ist.
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Unter ”aktiver
Wasserzuführung” wird eine Zur-Verfügungstellung
von Wasser verstanden, wobei das Wasser anders als durch Diffusion
durch die AEL und/oder die CEL in die Grenzflächenregion
gelangt. Erfindungsgemäß wird deionisiertes Wasser verwendet.
Aus der aktiven Wasserzuführung resultiert verglichen mit
einer bipolaren Membran ohne aktive Wasserzuführung unter
den gleichen Bedingungen, wie Stromdichte, Salzkonzentration der
einzelnen Kammern usw. ein höherer Wasserstrom aus der bipolaren
Membran heraus. Bevorzugt wird die erfindungsgemäße
aktive Wasserzuführung so eingestellt, dass ein Netto-Wasserstrom
aus der bipolaren Membran heraus resultiert.
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Durch
den Wasserstrom aus der erfindungsgemäßen bipolaren
Membran heraus werden trockene Flächen in der bipolaren
Membran vermieden. Dies gilt auch bei höheren Stromdichten,
als sie bei herkömmlichen bipolaren Membranen möglich
sind. Gleichzeitig wird ein Abscheiden von Metallhydroxidsalzen
auf oder in der bipolaren Membran vermieden. Durch den Wasserstrom
aus der bipolaren Membran heraus wird, je nach Stärke des
Wasserstroms, ein Diffundieren von Verunreinigungen oder Ionen in
die Membran verringert oder vermieden. So kann die gleiche Produktreinheit
bei geringer Stromdichte als bei herkömmlichen bipolaren
Membranen notwendig erreicht werden. Bei gleicher Stromdichte kann
eine höhere Produktreinheit als bei herkömmlichen
bipolaren Membranen erhalten werden. Dies führt zu einer
verbesserten Energieeffizienz bei der Verwendung der erfindungsgemäßen
bipolaren Membranen und zu einer höheren Produktqualität.
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Die
poröse ionenselektive Schicht ermöglicht eine
große Kontaktfläche zwischen dem ionenselektiven
Material der porösen Schicht und der angrenzenden gegensätzlich
ionenselektiver AEL oder CEL, wodurch eine große Grenzfläche
zur Wasserspaltung zur Verfügung gestellt wird, bei gleichzeitig
ausreichender Wasserversorgung, d. h. ausreichender Porosität,
und geringen Wasserdiffusionswegen in das Material der porösen
ionenselektiven Schicht.
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Die
Aufgabe wird ebenfalls von dem Modul gemäß Anspruch
30, seiner Verwendung nach Anspruch 36, dem Elektrodialyseverfahren
gemäß Anspruch 38 und dem Verfahren gemäß Anspruch
42 gelöst.
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Auf
die in den Unteransprüchen wiedergegebenen bevorzugten
Ausgestaltungen der Erfindung wird ausdrücklich Bezug genommen.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Damit
die Art und Weise, in der die Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung erreicht werden, im Detail verstanden werden können,
wird eine genauere Beschreibung der Erfindung, die oben kurz dargestellt
ist, unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen derselben
vorgelegt, die in den beigefügten Figuren dargestellt sind.
Die Figuren stellen jedoch nur typische Ausführungsformen
dar und sollen daher nicht als den Schutzumfang beschränkend
angesehen werden.
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1 zeigt
einen Querschnitt einer beispielhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen bipolaren Membran mit einem
Wasserzuführungskanal, der außerhalb der porösen
ionenselektiven Schicht angeordnet ist und zur porösen
ionenselektiven Schicht hin offen ist.
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2 zeigt
einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen
bipolaren Membran, die Wasserzuführkanäle aufweist,
die innerhalb der porösen ionenselektiven Schicht ausgebildet
sind.
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3 zeigt
die schematische Darstellung eines 3-Kammer-Moduls.
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4 zeigt
die schematische Darstellung eines 2-Kammer-Moduls.
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5 zeigt
die schematische Darstellung eines anderen 2-Kammer-Moduls.
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6 zeigt
schematisch im Segment I erwünschte Transportvorgänge
im Modul und in den Segmenten II und III bei herkömmlichen
bipolaren Membranen unerwünscht auftretende Transportvorgänge.
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7 zeigt
eine bipolare Membran des Standes der Technik mit aktiver Wasserzuführung
zur Grenzfläche.
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8 zeigt
eine erfindungsgemäße bipolare Membran mit einer
leitfähigen Klebefläche als Grenzschicht zwischen
der CEL und der porösen ionenselektiven Schicht.
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9 zeigt
eine erfindungsgemäße bipolare Membran mit einer
leitfähigen Klebefläche als Grenzschicht zwischen
der AEL und der porösen ionenselektiven Schicht.
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10 zeigt
die bipolare Membran der 9, die zusätzlich Wasserführungskanäle
aufweist.
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11 zeigt
die bipolare Membran der 8, die zusätzlich Wasserführungskanäle
aufweist.
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12 bis 15 zeigen
verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
bipolaren Membran mit Wasserzuführkanälen und
Klebeflächen zwischen der CEL bzw. AEL und der porösen ionenselektiven
Schicht.
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- 1
- bipolare
Membran
- 1a
- erste
Membranschicht (AEL)
- 1b
- zweite
Membranschicht (CEL)
- 1c
- poröse
ionenselektive Schicht
- 2
- Anionenaustauschermembran
(AEM)
- 3
- Kationenaustauschermembran
(CEM)
- 4
- Anode
- 5
- Kathode
- 6
- Repitiereinheit
- 7
- Grenzfläche
- 7d
- Grenzschicht,
z. B. Klebefläche
- 10a
- Wasserzuführkanal
- 10b
- Wasserzuführkanal
- 10c
- Wasserzuführkanal
- 11
- Wasserzuführkanal
im Stand der Technik
- A
- verdünnte
Säure
- A'
- konzentrierte
Säure
- B
- verdünnte
Base
- B'
- konzentrierte
Base
- S
- verdünnte
Salzlösung
- S'
- konzentrierte
Salzlösung
- X
- Anionen
- W
- Kationen
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Allgemeiner Teil
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Bipolare Membran
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Die
erfindungsgemäße bipolare Membran umfasst eine
erste Membranschicht (AEL), die für Anionen permeabel ist,
und eine zweite Membranschicht (CEL), die für Kationen
permeabel ist. Zwischen der AEL und der CEL ist eine poröse
ionenselektive Schicht angeordnet, über die der Grenzfläche der
bipolaren Membran Wasser aktiv zuführbar ist.
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Bevorzugt
umfasst die AEL ein Material, das ausgewählt ist aus Polymeren
mit teilweise oder vollständig fluorierten Primärketten,
gesättigen Kohlenwasserstoff-Primärketten, teilweise
ungesättigten Primärketten, aromatischen oder
teilweise aromatischen Primärketten oder gesättigen
Primärketten, die Heteroatome enthalten, mit funktionellen
Gruppen, die ausgewählt sind aus positiv geladenen Funktionalitäten,
Aminen und Derivaten derselben.
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In
einer Ausführungsform besteht die AEL aus wenigstens einem
Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polystyrol
oder Polystyrol-co-divinylbenzolen), mit wenigstens einer tertiären
Amingruppe und/oder wenigstens einer quaternären Ammoniumgruppe,
Polysulfonen mit wenigstens einer tertiären Amingruppe
und/oder wenigstens einer quaternären Ammoniumgruppe, Polyvinylidenfluoriden,
insbesondere als Blend mit Polyvinylbenzylchloriden mit wenigstens
einer tertiären Amingruppe und/oder wenigstens einer quaternären
Ammoniumgruppe, Polyethersulfonen mit quaternären Ammoniumgruppen,
Poly(methylmethacrylat-co-glycidylmethacrylaten) mit quaternären
Ammoniumgruppen und Polyethylenen oder Polyethylen-Copolmyeren mit
wenigstens einer tertiären Amingruppe und/oder wenigstens
einer quaternären Ammoniumgruppe.
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Bevorzugt
umfasst die CEL ein Material, das ausgewählt ist aus teilweise
oder vollständig fluorierten Polymeren mit Carbonsäure-
oder Sulfonsäure-funktionellen Gruppen, Copolymeren von
Ethylen mit Acrylsäure, Copolymeren von Ethylen mit Methacrylsäure,
Styrol-Polymeren mit Carbonsäure-funktionellen Gruppen
oder Sulfonsäure-funktionellen Gruppen, Divinylbenzol-Polymeren
mit Carbonsäure-funktionellen Gruppen oder Sulfonsäure-funktionellen
Gruppen, Derivate derselben und Mischungen davon.
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In
einer weiteren Ausführungsform besteht die CEL aus wenigstens
einem Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus
Poly(styrol-co-divinylbenzolen) mit Sulfonsäuregruppen
und/oder Carboxylgruppen, Poly(styrol-co-divinylbenzolen) mit Phosphorsäuregruppen,
sulfonierten Tetrafluorethylen-Polymeren (wie Nafion®),
gepfropften perfluorierten Polymeren mit Sulfonsäuregruppen
und/oder Carboxylgruppen, Polybutadien-co-styrolen mit Sulfonsäuregruppen
und/oder Carboxylgruppen, Polyphenylenoxid mit Sulfonsäuregruppen
und/oder Carboxylgruppen, Polystyrol mit Sulfonsäuregruppen und/oder
Carboxylgruppen, Polyethersulfonen mit Sulfonsäuregruppen
und/oder Carboxylgruppen, Polysulfonen mit Sulfonsäuregruppen
und/oder Carboxylgruppen und Polyetheretherketonen mit Sulfonsäuregruppen
und/oder Carboxylgruppen, Polystyrol oder Polystyrol-Copolymeren
mit Phosphongruppen, Polyethylenen oder Polyethylen-Copolymeren
mit Sulfonsäuregruppen und/oder Carboxylgruppen und/oder
Phosphongruppen und Polysulfonen oder Polysulfonen-Copolymeren mit
Phosphongruppen.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
einer 3-schichtigen bipolaren Membran durch Verklebung der einzelnen Schichten
wie beispielsweise in
DE
3 508 206 A1 beschrieben, (Heiß-)Verpressung der
Schichten wie beispielsweise in
US
5,401,408 , V. Frilette: Preparation and characterisation
of bipolar ion exchange membranes, J. Phys. Chem, 60 (1956) 43–439
oder
US 4,253,900 beschrieben,
Aufbringen einer oder mehrer Schichten durch Gießverfahren,
wie beispielsweise in
DE
2 737 131 A1 ,
WO 87/07624 ,
US 4,851,100 ,
DE 4 026 154 (1992),
EP 563851 A2 beschrieben,
oder Fällung auf die andere(n) Schicht(en) oder Kombination
dieser Fügeverfahren.
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Bevorzugt
wird zunächst die poröse selektive Schicht durch
Sulfonierung oder Chlorsulfonierung eines neutralen Polymers, bevorzugt
von Ultra-high-molecular-weight-Polyethylen oder durch Abscheiden,
d. h. Ausfällung eines geeigneten Polymers hergestellt.
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Bevorzugt
wird für die Verklebung ein Ionen leitender Kleber verwendet,
um die CEL und die poröse ionenselektive Schicht und/oder
die AEL und die poröse ionenselektive Schicht miteinander
zu verkleben, da so ein erhöhter Widerstand durch den Kleber vermieden
wird. Bei Verwendung eines Klebers definiert die Klebefläche
zwischen Kleber und AEL oder CEL oder zwischen Kleber und poröser
Schicht die Grenzfläche. Die 8 und 11 sowie
die 9 und 10 zeigen Ausführungsformen,
bei denen die AEL bzw. die CEL mit der porösen ionenselektiven
Schicht mittels eines Ionen leitenden Klebers verklebt sind.
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Aufgrund
der aktiven Wasserzuführung zur Grenzfläche der
bipolaren Membran ist die Wassermenge, die an der Grenzfläche
vorhanden ist, nicht wie bei herkömmlichen Membranen von
der Diffusion durch die AEL und/oder CEL abhängig. Diese
Membranen können daher weniger permeabel für z.
B. Wasser und Ionen, d. h. dichter sein als herkömmliche
Membranen. Gleichzeitig wird so die Diffusion von Ionen und andere
unerwünschte Stoffe in und durch die bipolare Membran und
somit eine Verunreinigung der Produkte sowie eine Abscheidung von Metallhydroxiden
vermieden.
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Die
CEL und die AEL der bipolaren Membran stehen über ihre
gesamte Oberfläche, falls vorhanden mittels Klebefläche,
mit der porösen ionenselektiven Schicht in Kontakt, um
den Stromfluss sicherzustellen. In einer Ausführungsform
weisen die CEL und die AEL der bipolaren Membran eine gleichförmige
Dicke auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die
CEL eine geringer Dicke als die AEL auf, wenn die poröse
ionenselektive Schicht für Kationen permeabel ist. In einer
anderen bevorzugten Ausführungsform weist die AEL eine
geringer Dicke als die CEL auf, wenn die poröse ionenselektive
Schicht für Anionen permeabel ist.
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In
einer Ausführungsform wird die Grenzfläche der
bipolaren Membran durch die Kontaktfläche zwischen der
porösen ionenselektiven Schicht und der angrenzenden ersten
Membranschicht gebildet, wobei die poröse ionenselektive
Schicht permeabel für Kationen ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform wird die Grenzfläche
der bipolaren Membran durch die Kontaktfläche zwischen
der porösen ionenselektiven Schicht und der angrenzenden
zweiten Membranschicht gebildet, wobei die poröse ionenselektive Schicht
permeabel für Anionen ist.
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In
einer anderen Ausführungsform wird die Grenzfläche
durch eine zusätzliche Schicht gebildet, die zwischen der
porösen ionenselektiven Schicht und der ersten oder zweiten
Membranschicht angeordnet ist, wobei die poröse ionenselektive
Schicht eine gegensätzliche Ionenselektivität
zu der jeweiligen ersten oder zweiten Membranschicht aufweist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist die Grenzfläche
eine Grenzflächenschicht. Die Grenzflächenschicht
kann zwischen der ersten Membranschicht und der porösen
ionenselektiven Schicht angeordnet sein. In einer anderen Ausführungsform
ist die Grenzflächenschicht zwischen der zweiten Membranschicht
und der porösen ionenselektiven Schicht angeordnet.
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Bevorzugt
enthält die Grenzflächenschicht einen Katalysator,
der die Dissoziation des Wassers katalysiert.
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In
einer weiteren Ausführungsform bildet die Grenzfläche
keine gesonderte Schicht, sondern beschreibt eine Kontaktebene zweier
Schichten oder eine Kontaktoberfläche einer Schicht. Bevorzugt
enthält die Grenzflächenregion einen Katalysator,
der die Dissoziation des Wassers katalysiert.
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Geeignete
Katalysatoren sind Cr(III)-Komplexe, die basisch behandelt wurden,
Fe(II)-Komplexe, Sn-Verbindungen und Ru-Verbindungen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die
Ionenleitfähigkeit der porösen ionenselektiven
Schicht 0,01 bis 500 mS/cm.
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In
einer Ausführungsform wird eine Kationen leitfähige
Schicht als poröse ionenselektive Schicht verwendet. Die
Ionenleitfähigkeit für Protonen beträgt
vorzugsweise 0,1 bis 300 mS/cm, insbesondere 1 bis 150 mS/cm, besonders
bevorzugt 5 bis 70 mS/cm.
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In
einer anderen Ausführungsform wird eine Anionen leitfähige
Schicht als poröse ionenselektive Schicht verwendet. Die
Ionenleitfähigkeit für Hydroxidionen beträgt
vorzugsweise 0,5 bis 250 mS/cm, insbesondere 5 bis 100 mS/cm, besonders
bevorzugt 10 bis 75 mS/cm.
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Die
bevorzugte Dicke der porösen ionenselektiven Schicht beträgt
weniger als 500 μm, bevorzugt 5 bis 200 μm, besonders
bevorzugt 10 bis 150 μm und am meisten bevorzugt 20 bis
80 μm.
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In
einer Ausführungsform weist die poröse ionenselektive
Schicht einen durchschnittlichen Porendurchmesser von wenigstens
0,1 μm auf. Bevorzugt weist die poröse ionenselektive
Schicht einen durchschnittlichen Porendurchmesser von nicht mehr
als 20 μm, weiter bevorzugt von wenigstens 1 μm
und nicht mehr als 10 μm auf. Der Porendurchmesser wird
mittels Rasterelektronenmikroskopie und anschließender
statistischer Auswertung der Porengrößenverteilung
bestimmt.
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In
einer weiteren Ausführungsform weist die poröse
ionenselektive Schicht ein durchschnittliches Porenvolumen von wenigstens
10%, bevorzugt von wenigstens 20% des Volumens der porösen
ionenselektiven Schicht auf. Vorzugsweise weist die poröse ionenselektive
Schicht ein durchschnittliches Porenvolumen von höchstens
90%, besonders bevorzugt von höchstens 70% des Volumens
der porösen ionenselektiven Schicht auf. Die Porosität
wird hierbei durch Quecksilber-Porosimetrie ermittelt.
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Die
poröse ionenselektive Schicht kann offene Zellschäume,
z. B. unter Verwendung von schäumenden Mitteln oder von
Auslaufverfahren hergestellt, gewobene oder nicht gewobene Faserzusammensetzung
oder jede andere Struktur sein. Diese Strukturen stellen bevorzugt
einen schnellen Wassertransport zur Verfügung.
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In
einer Ausführungsform besteht die poröse ionenselektive
Schicht aus Material aus Ionen leitfähigen Fasern. Bevorzugt
besteht die poröse ionenselektive Schicht aus Vlies aus
Ionen leitfähigen Fasern.
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In
einer anderen Ausführungsform besteht die poröse
ionenselektive Schicht aus Ionenaustauscher-Partikeln. Vorzugsweise
weisen die Ionenaustauscher-Partikel einen mittleren Durchmesser
von wenigstens 3 μm und höchstens 0,5 mm auf.
Bevorzugt beträgt der mittlere Durchmesser wenigstens 10 μm
und höchstens 0,1 mm.
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In
einer weiteren Ausführungsform bestehen die Ionenaustauscher-Partikel
aus vernetztem Polystyrol.
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In
einer anderen Ausführungsform besteht die poröse
ionenselektive Schicht aus Material, das bei der Sulfonierung oder
Chlorsulfonierung eines neutralen Polymers erhältlich ist.
Vorzugsweise ist das neutrale Polymer Ultra-high-molecular-weight-Polyethylen.
Ein besonders geeignetes Material für poröse ionenselektive
Schichten ist ein chlorsulfoniertes ultrahochmolekulares Polyethylen das
von der Firma DSM als Solupor® vertrieben
wird. Die Herstellung von Polymeren mit Sulfongruppen wird beispielsweise
von R. Messalem et al. (New Developments in PE-based Membranes,
Desalination 1978, Vol. 24, S. 93), E. Korngold
(Present state of technological development of permselective Membranes
at the Negev Institute or Arid Zone Research. Symposium an methods
and process for water desalting. April 1970, Ayelet Hasachar) und R.
Messalem et al. (Ion-exchange fibers: Preparation and Applications,
J. Appl. Polym. Sci. 1977; Vol. 31, S. 383–388) beschrieben.
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In
einer weiteren Ausführungsform besteht die poröse
ionenselektive Schicht aus Material, das durch Abscheidung, d. h.
Ausfällung eines geeigneten Polymers erhältlich
ist. Geeignete Polymere können aus der Gruppe ausgewählt
sein, bestehend aus Polyethersulfonen (PES), Polyethersulfon-Polyethylenoxid-Copolymeren
(PES-PEO) und einem Blend aus Polyethersulfonen und hydrophilen
Additiven.
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Als
Material für die poröse ionenselektive Schicht
sind auch Materialien geeignet, die in einem Teil ihrer Struktureigenschaften
des festen und in einem anderen solche des flüssigen Zustandes
aufweisen, somit sehr formstabil sind, aber auch Protonen sehr gut
leiten. Dafür in Frage kommende Polymere sind Polymere,
die einen in Ionen dissoziierbaren Rest aufweisen.
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Bevorzugt
werden als Materialien für die poröse ionenselektive
Schicht Polymere mit dissoziierbaren Gruppen verwendet. Die dissoziierbaren
Gruppen können entweder kovalent gebundene funktionelle
Gruppen sein oder Säuren, die als Quellungsmittel im Polymer
vorliegen. Kovalent gebundene funktionelle Gruppen sind beispielsweise
-SO3M, -PO3MM',
-COOM, dabei können M und/oder M' H, NH4 und
Metalle darstellen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform werden als Materialien
für die poröse ionenselektive Schicht Polymere
verwendet, die aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend
aus Polyarylenen mit kovalent gebundenen, dissoziierbaren Gruppen,
fluorierten Polymeren mit kovalent gebundenen, dissoziierbaren Gruppen.
Besonders bevorzugte Polyarylene weisen als Hauptkette ein Polyaryletherketon,
ein Polyarylethersulfon, ein Polyarylsulfon, ein Polyarylsulfid,
ein Polyphenylen, ein Polyarylamid oder einen Polyarylester auf.
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Zu
den Säuren, die als Quellungsmittel im Polymer vorliegen,
gehören Phosphorsäure (H3PO4) oder Schwefelsäure (H2SO4). In einer bevorzugten Ausführungsform
werden als Materialien für die poröse ionenselektive
Schicht basische, Säure gequollene Polymere mit Arylresten
verwendet. Besonders bevorzugt sind Polybenzimidazole, die dissoziierbare Säuregruppen
enthalten, beispielsweise Polybenzimidazole gequollen mit H3PO4.
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In
einer Ausführungsform werden Mischungen, die mindestens
eines der oben genannten Polymere enthalten, als Materialien für
die poröse ionenselektive Schicht verwendet.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können
auch vollständig fluorierte Polymere, d. h. solche, in
denen anstelle von C-H-Bindungen C-F-Bindungen enthalten sind, als
Materialien für die poröse ionenselektive Schicht
verwendet werden. Diese sind gegen Oxidation und Reduktion sehr
stabil und teilweise mit Polytetrafluorethylen verwandt. Insbesondere
bevorzugt ist es, wenn solche fluorierten Polymere zusätzlich
zu den wasserabweisenden (hydrophoben) Fluorgruppen noch wasseranziehende
(hydrophile) Sulfonsäure-Gruppen(-SO3H)
enthalten. Diese Eigenschaften treffen beispielsweise auf die unter
der Marke Nafion® bekannten Polymere
zu. Derartige Polymere sind in ihrem gequollenen Zustand (durch
die Wasseraufnahme bedingt) einerseits durch ihr hydrophobes, feststoffartiges
Gerüst verhältnismäßig formstabil
und andererseits in ihren hydrophilen, flüssigkeitsähnlichen
Bereichen sehr gut protonenleitend.
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Als
Basismaterialien für die poröse ionenselektive
Schicht kommen bevorzugt Homo- und Copolymere oder Gemische hiervon
zum Einsatz, die mit geeigneten Flüssigkeiten als viskose
Lösungen oder Dispersionen erhalten werden können
und sich zu Membranen verarbeiten lassen.
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Bei
der Verwendung von Gemischen ist bevorzugt wenigstens eine Komponente
der Mischung Ionen leitfähig sein. Weitere Komponenten
des Gemischs können Isolatoren für die Ionenleitfähigkeit sein.
Vorzugsweise verleihen diese weiteren Komponenten der Schicht gewünschte
mechanische Eigenschaften oder Hydrophobie. In einer Ausführungsform
werden Polymere verwendet, die eine gute mechanische Stabilität,
eine hohe Temperaturbeständigkeit und eine ausreichende
Chemikalienresistenz für die Verwendung als Membranmaterial
in elektrochemischen Zellen aufweisen. Erfindungsgemäß verwendbare
Polymere werden beispielsweise in
DE-C-4241150 ,
US-A-4 927 909 ,
US-A-5 264 542 ,
DE-A-
42 1 9 077 ,
EP-A-0574791 ,
DE-A-42 42 692 ,
DE-A-19 50 027 und
DE-A-19 50 026 und
in
DE-A-19 52 7435 beschrieben.
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In
einer Ausführungsform ist die Menge des zuführbaren
Wassers über den Wasserdruck steuerbar. In einer weiteren
Ausführungsform ist die Menge des zuführbaren
Wassers über den Wasserdruck regelbar.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform weist die bipolare Membran
Wasserzuführkanäle auf. Vorzugsweise steht die
poröse ionenselektive Schicht mit wenigstens einem der
Wasserzuführkanäle in Fließverbindung.
Besonders bevorzugt steht die poröse ionenselektive Schicht
mit allen Wasserzuführkanälen in Fließverbindung.
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In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform geschieht der
aktive Wassertransport ausschließlich über die
poröse Membran, das heißt, die bipolare Membran
weist keine Wasserzuführkanäle innerhalb der Membran
auf. Eine solche bipolare Membran ist in den 8 und 9 dargestellt.
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In
einer besonderen Ausführungsform ist der porösen
ionenselektiven Schicht mittels der Wasserzuführkanäle
Wasser zuführbar.
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In
einer weiteren Ausführungsform weisen die Wasserzuführkanäle
eine Querschnittsfläche von wenigstens 4 μm2, vorzugsweise von wenigstens 50 μm2 oder von wenigstens 400 μm2 auf. Vorzugsweise ist die Querschnittsfläche
höchstens 5000 μm2, bevorzugt
höchstens 50 000 μm2 oder
1 mm2. Dabei ist die Querschnittsfläche
der Zuführkanäle die gemittelte Querschnittsfläche,
d. h. die gemittelte Fläche senkrecht zur Längsachse
der Wasserzuführkanäle.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform sind die Wasserzuführkanäle
benachbart zu der porösen ionenselektiven Schicht angeordnet
und zur porösen ionenselektiven Schicht hin offen.
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1 zeigt
beispielhaft derartige Wasserzuführkanäle, die
sich in der CEL (1b) erstrecken. Die erfindungsgemäßen
Wasserzuführkanäle können eine Umwandung
aufweisen oder, wie in den 1, 12 und 14 dargestellt,
als Aussparung (10b) in der CEL (1b) ausgebildet
sein. Die Kanäle (10b) können sich alternativ
in der AEL (1a) erstrecken, wie in den 13 und 15 beispielhaft
dargestellt ist.
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Die
Umwandung dichtet bevorzugt gegen die AEL bzw. CEL ab. Die Abdichtung
wird durch Druck erreicht, der auf den Membranstapel ausgeübt
wird und/oder durch geeignete Kleber. Der Kanal kann auch in die
angrenzende Kammer hineinragen, beispielsweise bis zur folgenden
CEM bzw. AEM.
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In
einer weiteren Ausführungsform sind die Wasserzuführkanäle
als Kanäle, beispielsweise als Hohlräume, innerhalb
der porösen ionenselektiven Schicht ausgebildet. Derartige
Wasserzuführkanäle (10a) sind beispielhaft
in 2 dargestellt. Bevorzugt sind sie als Aussparung
in der porösen ionenselektiven Schicht (1c) ausgebildet.
In einer anderen Ausführungsform sind Wasserzuführkanäle
(10c) als Aussparungen in der porösen ionenselektiven Schicht
(1c) und wenigstens einer benachbarten Klebefläche
(7d) ausgebildet, wie in den 10 und 11 dargestellt
ist. Der Querschnitt der Aussparung kann sich von der AEL (1a)
bis zur CEL (1b) erstrecken, wie in der 2 dargestellt.
Alternativ kann sich der Querschnitt der Aussparung nicht bis zur AEL
und/oder nicht bis zur CEL erstrecken. Erstreckt sich der Querschnitt
der Aussparung weder zur AEL noch zur CEL, ist der Wasserzuführkanal
vollständig von der porösen ionenselektiven Schicht
umgeben.
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In
einer anderen Ausführungsform erstreckt sich der erfindungsgemäße
Wasserzuführkanal teilweise innerhalb der porösen
ionenselektiven Schicht und in der AEL und/oder in der CEL. Hierbei
kann der Wasserzuführkanal eine Umwandung, wie oben beschrieben
aufweisen, die eine Abgrenzung zur AEL bzw. CEL darstellt. Alternativ
ist der Wasserzuführkanal als Aussparung in den jeweiligen
Schichten ausgebildet.
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Vorzugsweise
weisen die Wasserzuführkanäle einen Abstand im
Bereich von 1 bis 50 cm, bevorzugt im Bereich von 5 bis 30 cm, weiter
bevorzugt im Bereich von 10 bis 20 cm voneinander auf.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die bipolare
Membran drei Schichten auf, die mittels Verpressen zur bipolaren
Membran gefügt werden, wobei die CEL aus Polyetheretherketonen
mit Sulfonsäuregruppen als funktionelle Gruppen eine Schichtdicke
von 100 μm aufweist und wobei die poröse ionenselektive
Schicht mit einer Schichtdicke von 75 μm eine sulfonierte
poröse Polyethylen-Membran mit einem durchschnittlichen
Porendurchmesser von 1,5 μm und einer Porosität
von 50% ist und wobei die AEL aus Polystyrol mit quarternären
Amingruppen eine Schichtdicke von 150 μm aufweist. In einer
anderen Ausführungsform bilden ionenleitende Fasern die
poröse ionenselektive Schicht. In einer weiteren Ausführungsform
bildet eine Ionentauscherschicht die poröse ionenselektive Schicht.
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Modul
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Das
erfindungsgemäße Modul weist wenigstens eine bipolare
Membran auf, die oben beschrieben wurde.
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Das
erfindungsgemäße Modul kann einen Elektrodenspülungskreislauf
und einen 4-Kammer-, 3-Kammer- oder 2-Kammeraufbau aufweisen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform weist das Modul einen
3-Kammeraufbau auf. Die sich wiederholende Einheiten umfassen die
erfindungsgemäße bipolare Membran, eine Anionenaustauschermembran
(AEM) und eine Kationenaustauschermembran (CEM). Die einzelnen Membranen
sind voneinander beabstandet und bilden so die Kammern des Moduls.
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In
einer weiteren Ausführungsform weist das Modul Spacer und
Zellrahmen auf, die den Abstand zwischen den einzelnen bipolaren
Membranen definieren, wodurch eine geeignete Überströmung
der einzelnen bipolaren Membranen gewährleistet ist.
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Im
3-Kammer-Aufbau, wie in 3 dargestellt, besteht die sich
wiederholende Einheit (Repetiereinheit) (6) aus der bipolaren
Membran, bei der die CEL zur Kathode (5) gerichtet ist
und mit einer davon beabstandeten Anionenaustauschermembran (2)
eine Säurekammer bildet. Zur Kathodenseite bildet die AEM
(2) mit einer Kationenaustauschermembran (3) eine
Salzlösungskammer, wobei die CEM (3) mit der AEL
(1a) der bipolaren Membran (1) der nächsten
Repetiereinheit (6) eine Basenkammer bildet. Im Salzlösungskreislauf
wird der Salzlösungskammer kontinuierlich konzentrierte
Salzlösung zugeführt, während der Säurekammer
und der Basenkammer Wasser oder verdünnte Säure
(A) bzw. Wasser oder verdünnte Basen (B) zugeführt
werden. Durch das angelegte elektrische Feld diffundieren die Anionen
(X–) der Salzlösung durch
die AEM (2) in die Säurekammer und die Kationen
(M+) durch die CEM (3) in die Basenkammer.
Gleichzeitig diffundiert Wasser aus der Säure- und Basekammer
in die bipolare Membran (1), wird dort an der Grenzfläche
dissoziiert, wobei die Protonen durch die CEL (1b) in die Säurekammer
und die Hydroxid-Ionen durch die AEL (1a) in die Basenkammer
diffundieren. Somit werden im Säurekreislauf, Salzlösungskreislauf
und Basenkreislauf konzentrierte Säure (A'), verdünnte
Salzlösung (S) bzw. konzentrierte Base (B) erhalten.
-
In
einer weiteren Ausführungsform weist das Modul einen 2-Kammeraufbau,
wie in 4 dargestellt, auf. Dies sich wiederholenden Einheiten
(6) umfassen die erfindungsgemäße bipolare
Membran (1) und eine Anionenaustauschermembran (2).
Die einzelnen Membranen sind voneinander beabstandet und bilden
so die Kammern des Moduls.
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In
einer weiteren Ausführungsform weist das Modul einen 2-Kammeraufbau,
wie in 5 dargestellt, auf dessen sich wiederholenden
Einheiten (6) die erfindungsgemäße bipolare
Membran (1) und eine Kationenaustauschermembran (3)
aufweisen. Die einzelnen Membranen sind voneinander beabstandet
und bilden so die Kammern des Moduls.
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In
einer Ausführungsform besteht die AEM aus wenigstens einem
Material, das aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend
aus Polystyrol oder Poly(styrol-co-divinylbenzolen), mit wenigstens
einer tertiären Amingruppe und/oder wenigstens einer quaternären
Ammoniumgruppe, Polysulfonen mit wenigstens einer tertiären
Amingruppe und/oder wenigstens einer quaternären Ammoniumgruppe,
Polyvinylidenfluoriden, insbesondere als Blend mit Polyvinylbenzylchloriden
mit wenigstens einer tertiären Amingruppe und/oder wenigstens
einer quaternären Ammoniumgruppe, Polyethersulfonen mit
quaternären Ammoniumgruppen, Poly(methylmethacrylat-co-glycidylmethacrylaten)
mit quaternären Ammoniumgruppen und Polyethylenen oder
Polyethylen-Copolmyeren mit wenigstens einer tertiären Amingruppe
und/oder wenigstens einer quaternären Ammoniumgruppe.
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In
einer weiteren Ausführungsform besteht die Kationenaustauschermembran
aus wenigstens einem Material, das ausgewählt ist aus der
Gruppe, bestehend aus Poly(styrol-co-divinylbenzolen) mit Sulfonsäuregruppen
und/oder Carboxylgruppen, Polystyrol-co-divinylbenzolen) mit Phosphorsäuregruppen,
sulfonierten Tetrafluorethylen-Polymeren (wie Nafion®),
gepfropften perfluorierten Polymeren mit Sulfonsäuregruppen
und/oder Carboxylgruppen, Polybutadien-co-styrolen mit Sulfonsäuregruppen und/oder
Carboxylgruppen, Polyphenylenoxid mit Sulfonsäuregruppen
und/oder Carboxylgruppen, Polystyrol mit Sulfonsäuregruppen
und/oder Carboxylgruppen, Polyethersulfonen mit Sulfonsäuregruppen und/oder
Carboxylgruppen, Polysulfonen mit Sulfonsäuregruppen und/oder
Carboxylgruppen und Polyetheretherketonen mit Sulfonsäuregruppen
und/oder Carboxylgruppen, Polystyrol oder Polystyrol-Copolymeren
mit Phosphongruppen, Polyethylenen oder Polyethylen-Copolymeren
mit Sulfonsäuregruppen und/oder Carboxylgruppen und/oder
Phosphongruppen und Polysulfonen oder Polysulfonen-Copolymeren mit
Phosphongruppen.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Modul
eine aktive Membranfläche pro Membran von 0,5 m × 0,2
m auf. Den bipolaren Membranen wird Wasser in die poröse
Schicht über eine der 0,5 m langen Seiten zugeführt.
Der Abstand der Membranen in dem 3-Kammer-Modul beträgt
jeweils 1 mm und wird durch dichtende Spacerrahmen definiert. Die
sich wiederholende Einheit besteht aus der erfindungsgemäßen
bipolaren Membran, einer Anionentauschermembran (AEM) und einer
Kationentauschermembran (CEM). Ein solches erfindungsgemäße
Modul weist bevorzugt 5 bis 100 sich wiederholende Einheiten auf.
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Verwendung des Moduls und
Verfahren des Moduls
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In
einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße
Modul zur Elektrodialyse verwendet, insbesondere zur Abwasserreinigung und/oder
zur Rückgewinnung von Produktionsmitteln.
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In
einer weiteren Ausführungsform wird das erfindungsgemäße
Modul zur Produktion konzentrierter Säuren und/oder konzentrierter
Basen, wie die Rückgewinnung von Flusssäure und
Salpetersäure aus Beizbädern oder die Herstellung
von Phosphorsäure, zur Abtrennung und Aufbereitung von
organischen Säuren, wie Milchsäure und Zitronensäure
aus Fermentationslösungen, zur Herstellung von Aminosäuren,
zur Herstellung von ultrareinem Wasser, zur Isolierung bioaktiver
Inhaltsstoffe aus Naturprodukten, zur Regeneration von verbrauchten
Eisen-III-Chlorid-Ätzlösungen, zur Spülwasseraufbereitung
im Bereich der Akkumulatorenherstellung mit Säurerückführung,
zur Konzentration und Anreicherung von Ionen und Molekülen
aus wässrigen und/oder organischen Lösungen, wie
die Rückgewinnung von EDTA, die Herstellung von Säuren
und die Rückführung von Dimethylisopropylamin,
zur Entsalzung von Babynahrung, zur Abtrennung und Konzentration
von Aminosäuren, zur Abtrennung von Schwermetallen bei
der Abwasserreinigung, zur Aufbereitung von Waschwässern
und Industrieabwässern, zur Gewinnung von Trinkwasser aus
Brackwasser und Grundwasser, zur Herstellung und Rückgewinnung
von Säuren und Laugen aus salzhaltigen Lösungen,
zur Vollentsalzung von Wasser und zur Spaltung von Alkoholen in
nichtwässrigen Medien, zur Reinigung von Aktivbädern
in der Galvanotechnik und/oder zur Aufbereitung verbrauchter Beizsäure aus
der Edelstahlverarbeitung zur Ionentauscherregeneration, zur Nitratrückgewinnung
(z. B. Ammoniumnitratumwandlung bei der Uranverarbeitung), zur elektrodialytischen
Dissoziation von Alkoholen (z. B. Produktion von Natriummethoxid),
zur Entfernung von Schwefeloxid aus Waschlösungen zur Rauchgasentschwefelung,
zur Energiespeicherung und Energieumwandlung (z. B. Einsatz bei
der Direkt-Methanol-Brennstoffzelle).
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Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Dialyseverfahren mit bipolaren
Membranen, wobei der Grenzfläche der bipolaren Membran über
eine poröse ionenselektive Schicht innerhalb der bipolaren Membran
Wasser aktiv zugeführt wird. Bevorzugt wird das Wasser
mittels Wasserzuführkanälen zu der porösen
ionenselektiven Schicht geleitet. In einer bevorzugten Ausführungsform
wird die erfindungsgemäße bipolare Membran in
dem erfindungsgemäßen Elektrodialyseverfahren
verwendet.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße
Modul in dem erfindungsgemäßen Elektrodialyseverfahren
verwendet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
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des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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