JPH047250B2 - - Google Patents

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JPH047250B2
JPH047250B2 JP60000040A JP4085A JPH047250B2 JP H047250 B2 JPH047250 B2 JP H047250B2 JP 60000040 A JP60000040 A JP 60000040A JP 4085 A JP4085 A JP 4085A JP H047250 B2 JPH047250 B2 JP H047250B2
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JP
Japan
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cation
polyvalent
acid
aqueous liquid
ions
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JP60000040A
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Jei Boogan Danieru
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)

Description

【発明の詳现な説明】 〔産業䞊の利甚分野〕 本発明は、氎性液䞭の塩から、各々、アニオン
の酞およびハロゲン、䟡カチオンの氎酞化物、
ならびに倚䟡カチオンの実質的に氎溶性の塩ぞの
電気透析倉換に関する。具䜓的には、本発明は、
カチオン透過性膜を通しお、倚䟡カチオンを䞍溶
性化しむオン的に䞍動性化immobi lizeする
䞍動性化剀を含む氎性液䞭ぞ、倚䟡カチオンを電
気移動するこずに関する。本発明は、倚䟡カチオ
ンの䞍溶性化剀を含有する氎性液䞭で、酞この
酞は、芏定液䞭でPH以䞋であり、しかも、倚
䟡カチオンず氎溶性塩を圢成するものずするの
可溶性塩を䜿甚するこずからなる。酞の可溶性塩
は、倚䟡カチオンの氎䞍溶性塩によるカチオン透
過性膜のよごれを防止する。倚䟡カチオンの䞍溶
性化は、電気化孊セルの膜䞭および陰極䞊の金属
の電気堆積これは頻繁なセルメンテナンスを必
芁ずするを防止する。その結果、倚䟡カチオン
の塩から、アニオンの酞およびハロゲン、ならび
に倚䟡カチオンの実質的に氎䞍溶性の塩たたは倚
䟡カチオンずの他のむオン的䞍動性化化合物ぞ
の、奜たしくは連続的な、倉換甚の、効果的で高
容量の電気透析法が提䟛される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention is directed to the production of anionic acids and halogens, monovalent cationic hydroxides,
and the electrodialytic conversion of polyvalent cations to substantially water-soluble salts. Specifically, the present invention:
It relates to the electrotransfer of polyvalent cations through a cation-permeable membrane into an aqueous liquid containing an immobilizing agent that renders the polyvalent cations insoluble and ionically immobilized. In the present invention, an acid (the acid has a pH of 3 or less in a 1N solution and forms a water-soluble salt with the polyvalent cation) is used in an aqueous solution containing an insolubilizing agent for polyvalent cations. ). Soluble salts of acids prevent fouling of cation-permeable membranes by water-insoluble salts of polyvalent cations. Insolubilization of polyvalent cations prevents electrodeposition of metals in the electrochemical cell membrane and on the cathode, which requires frequent cell maintenance. As a result, from the salts of polyvalent cations to the acids and halogens of the anions and substantially water-insoluble salts of polyvalent cations or other ionically immobilized compounds with polyvalent cations, there is preferably a continuous , an effective, high capacity electrodialysis method for conversion is provided.

本発明方法の぀の態様は、アルミニりム陜極
酞化、カドミりムのクロム化chromating、亜
鉛および銅のメツキ、金属およびプリント回路の
゚ツチング、ならびに金属およびプラスチツクの
メツキに䜿甚するクロム酞および他の酞の倚䟡カ
チオン塩の倉換に特に適甚するこずができる。
One embodiment of the method of the invention includes the use of chromic and other acids for use in aluminum anodizing, cadmium chromating, zinc and copper plating, metal and printed circuit etching, and metal and plastic plating. It is particularly applicable to the conversion of polyvalent cation salts.

本発明方法の他の態様は、カチオン透過性膜で
分離された宀少なくずも個をも぀電気透析セル
からなる電気透析法に関する。この態様は、カル
シりムおよび他の倚䟡カチオンの塩を含有する塩
化ナトリりムブラむンを電解し、高セル容量を維
持し぀぀塩玠および高玔床苛性゜ヌダを補造する
のに特に有甚である。
Another aspect of the method of the invention relates to an electrodialysis process comprising an electrodialysis cell having at least three chambers separated by a cation-permeable membrane. This embodiment is particularly useful for electrolyzing sodium chloride brines containing salts of calcium and other polyvalent cations to produce chlorine and high purity caustic soda while maintaining high cell capacity.

本発明の倚䟡カチオン塩倉換の他の態様は、倚
䟡カチオンの塩でよごれたカチオン透過性膜を回
埩するための、セル内電気透析法に関する。カチ
オン透過性膜のこのセル内回埩法は、陰極液系が
酞には䞍適圓であるクロルアルカリセル䞭のよご
れたカチオン透過性膜の回埩に特に有甚である。
Another aspect of the polyvalent cation salt conversion of the present invention relates to an in-cell electrodialysis method for retrieving cation-permeable membranes contaminated with salts of polyvalent cations. This in-cell remediation method of cation-permeable membranes is particularly useful for remediation of contaminated cation-permeable membranes in chlor-alkali cells where the catholyte system is unsuitable for acids.

〔埓来の技術および発明が解決しようずする問題点〕[Problems to be solved by conventional technology and invention]

電気透析は呚知の技術である米囜特蚱第
4325792号、第3481851号、第3909381号、第
4006067号、第3983016号、第3788959号、第
3926759号、第4049519号、第4057483号、第
4111772号、第4025405号、第4358545号、第
3793163号、第4253929号、第4325798号および第
4439293号各明现曞を参照されたい。電気透析ず
は、電気的掚進力の結果ずしお、むオン透過性膜
を通過するむオンの移動である。この方法は、通
垞、電気化孊的セルの䞭で実斜され、前蚘セル
は、陰極ず陰極液ずを含む陰極液宀、および陜極
ず陜極液ずを含む陜極液宀をもち、前蚘の陰極液
宀ず陜極液宀ずはむオン透過性膜によ぀お分離さ
れおいる。
Electrodialysis is a well-known technique (U.S. Patent No.
No. 4325792, No. 3481851, No. 3909381, No.
No. 4006067, No. 3983016, No. 3788959, No.
No. 3926759, No. 4049519, No. 4057483, No.
No. 4111772, No. 4025405, No. 4358545, No.
No. 3793163, No. 4253929, No. 4325798 and No.
No. 4439293 (please refer to each specification). Electrodialysis is the movement of ions across an ion-permeable membrane as a result of an electrical driving force. The method is typically carried out in an electrochemical cell, the cell having a catholyte compartment containing a cathode and a catholyte, and an anolyte compartment containing an anode and anolyte; and the anolyte chamber are separated by an ion-permeable membrane.

酞は、化孊業界、゚レクトロニクス業界、鉱業
界、電気メツキ業界および金属仕䞊業界においお
広範に䜿甚されおおり、それらの酞は金属および
他の塩ず反応しお、各々の酞の倚䟡カチオンおよ
びアニオンの塩を圢成する。埓来技術の工皋は、
倚䟡カチオンを含有する酞性溶液を再生・粟補
し、そしお倚䟡金属カチオンを回収する満足でき
る方法を提䟛しおいない。かなりの良奜な結果
は、本発明者による米囜特蚱第4325792号および
第4439293号各明现曞に蚘茉のあるずおり、無機
炭酞塩たたは炭酞氎玠塩の氎溶液を䜿甚するこず
によ぀お埗られる。倚䟡カチオンの塩の氎溶液の
電気透析においお、酞性陰極液を䜿甚する堎合に
は、カチオンが酞性液からカチオン透過性膜を通
぀お酞性液䞭に移動する。倚䟡カチオンは膜䞭お
よび陰極䞊に金属ずしお電気堆積する傟向があ
り、その結果、セルのメンテナンスが頻繁に必芁
ずなる。本発明の目的は、倚䟡カチオンの塩を、
その塩のアニオンの酞およびハロゲンに、ならび
にその倚䟡カチオンの氎酞化物および他の実質的
に氎䞍溶性の塩に連続的に倉換するものに䜿甚す
るこずのできる、高容量の電気透析法を提䟛する
こずにある。
Acids are used extensively in the chemical, electronics, mining, electroplating and metal finishing industries where they react with metals and other salts to form polyvalent cations and anions of each acid. form salts. The process of the conventional technology is
It does not provide a satisfactory method for regenerating and purifying acidic solutions containing polyvalent cations and recovering polyvalent metal cations. Considerably better results are obtained by using aqueous solutions of inorganic carbonates or bicarbonates, as described in my US Pat. Nos. 4,325,792 and 4,439,293. When an acidic catholyte is used in electrodialysis of an aqueous solution of a salt of a polyvalent cation, cations migrate from the acidic solution through a cation-permeable membrane into the acidic solution. Multivalent cations tend to electrodeposit as metals in the membrane and on the cathode, resulting in frequent cell maintenance. The object of the present invention is to prepare salts of polyvalent cations,
A high capacity electrodialysis process that can be used to continuously convert the anions of the salts to acids and halogens and the polyvalent cations to hydroxides and other substantially water-insoluble salts. It is about providing.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、倚䟡カチオンを䞍溶性化もしくはむ
オン的に䞍動性化するむオンたたは剀を含有する
氎溶液䞭で、酞この酞は、芏定液䞭でPH以
䞋をもち、しかも倚䟡カチオンの氎溶性塩を圢成
するものずするの可溶性塩を䜿甚するこずによ
぀お、倚䟡カチオンの塩を、アニオンの酞および
ハロゲンず倚䟡カチオンの氎䞍溶性塩ずに連続的
に倉換するこずに䜿甚するこずのできる高容量電
気透析法を提䟛する。前蚘の倉換は、倚䟡カチオ
ンの前蚘可溶性塩からなり、奜たしくは酞性の、
䟛絊液たたは陜極液ずしおの第氎性液から、カ
チオン透過性膜を通しお、可溶性塩およびむオン
䟋えば氎酞むオンおよび倚䟡カチオンを䞍溶性化
するその他の剀からなる第の氎性液䞭ぞ、倚䟡
カチオンを電気移動するこずからなる。前蚘第
溶液䞭の倚䟡カチオン塩のアニオンは、各々の酞
たたはハロゲンに倉わる。電気的に移動した倚䟡
金属カチオンを受け入れる陰極液䞭で、酞の可溶
性塩を䜿甚するこずにより、倚䟡カチオンの氎䞍
溶性塩で膜がよごれるこずが防止される。倚䟡金
属カチオンの䞍溶性化は、電解セルの陰極䞊ぞ
の、および膜䞊たたは膜䞭ぞの、金属の電気堆積
を本質的に陀去する。その結果、倚䟡カチオンの
塩の連続的倉換に䜿甚するこずのできる高容量電
気透析法がもたらされる。生成される酞は、金属
゚ツチング、金属メツキ、陜極酞化およびその他
の甚途に繰返し䜿甚するこずができる。倚䟡カチ
オンの実質的に氎に䞍溶性の塩は、第の氎性液
から固䜓ずしお回収するこずができ、再䜿甚たた
は廃棄するこずができる。
The present invention provides a method for dissolving polyvalent cations in an aqueous solution containing ions or agents that render polyvalent cations insoluble or ionically immobile. used for the continuous conversion of salts of polyvalent cations into water-insoluble salts of polyvalent cations with anionic acids and halogens by using soluble salts of polyvalent cations (which form soluble salts). To provide a high-capacity electrodialysis method that can Said transformation consists of said soluble salt of a polyvalent cation, preferably acidic,
From a first aqueous liquid, as a feed liquid or anolyte, through a cation-permeable membrane into a second aqueous liquid consisting of soluble salts and ions such as hydroxyl ions and other agents that render the multivalent cations insoluble. It consists of electrotransfer of cations. Said first
The anion of the polyvalent cation salt in solution converts to the respective acid or halogen. The use of soluble salts of acids in the catholyte that accepts electrically transferred polyvalent metal cations prevents fouling of the membrane with water-insoluble salts of polyvalent cations. Insolubilization of polyvalent metal cations essentially eliminates electrodeposition of metal onto the cathode and onto or into the membrane of the electrolytic cell. The result is a high capacity electrodialysis process that can be used for continuous conversion of salts of polyvalent cations. The acid produced can be used repeatedly for metal etching, metal plating, anodizing, and other applications. The substantially water-insoluble salt of the polyvalent cation can be recovered as a solid from the second aqueous liquid and can be reused or disposed of.

倚䟡カチオンの塩の電気透析倉換の他の偎面
は、カチオン透過性膜によ぀お陜極液宀および陰
極液宀から分離されおいる、電解セルの反応噚宀
においお、酞この酞は、芏定液䞭でPH以䞋
をもち、しかも、倚䟡カチオンの氎溶性塩を圢成
するものずするの可溶性塩䟋えば塩化ナトリり
ムず倚䟡カチオンのむオン的䞍動性化剀ずを䜿甚
するこずによる、カルシりム、マグネシりム、鉄
および他の倚䟡金属カチオンを含有する塩化ナト
リりムブラむンの電気透析によ぀お、塩玠および
実質的に塩を含たない苛性物を補造するこずであ
る。倚䟡カチオンおよびナトリりムカチオンは、
陜極ブラむンから、カチオン透過性膜を通過し
お、反応噚宀溶液䞭に電気的に移動する。その堎
においお、反応噚宀䞭の倚䟡カチオンは、負電荷
をも぀かたたは電荷をもたない氎䞍溶性の塩、お
よびキレヌトたたは耇合䜓化合物ずしお、むオン
的に䞍動性化される。ナトリりムむオンは、前蚘
の反応噚宀溶液䞭から、カチオン透過性膜を通過
しお、氎酞化ナトリりムの氎性陰極液䞭に電気的
に移動する。陜極液䞭においお塩玠が生成する。
䟡カチオンず倚䟡カチオンずの塩の混合物は、
前蚘の電気透析法においお、䟡カチオンず倚䟡
カチオンずの分離および倚䟡カチオンの遞択的分
離を䌎぀お、電気分解するこずができる。前蚘の
方法では、倚䟡カチオンの氎䞍溶性塩によるカチ
オン透過性膜のよごれこれは、セル電圧を䞊昇
し、電解効率を䜎䞋させるを䌎わずに、効果的
に操䜜するために、超玔粋なブラむンを必芁ずは
しない。前蚘の方法では、むオン亀換による倚䟡
カチオンの陀去を行なうために、再埪環ブラむン
の脱塩玠たたは亜硫酞凊理を必芁ずはしない。本
発明方法は、カルシりム、マグネシりム、鉄、銅
および他の倚䟡カチオンを含むブラむンならびに
他の金属塩の電解の効果的な方法である。
Another aspect of the electrodialytic conversion of salts of polyvalent cations is that an acid (the acid is soluble salts of polyvalent cations (having a pH below 3 in a normal solution and forming water-soluble salts of polyvalent cations), such as by using sodium chloride and an ionic immobilizer of polyvalent cations. , producing a chlorine and substantially salt free caustic by electrodialysis of a sodium chloride brine containing magnesium, iron and other polyvalent metal cations. Polyvalent cations and sodium cations are
From the anode brine, it is transferred electrically through a cation-permeable membrane and into the reactor chamber solution. In situ, the polyvalent cations in the reactor chamber are ionically immobilized as negatively or uncharged water-insoluble salts and chelates or complex compounds. Sodium ions are electrically transferred from the reactor chamber solution through a cation-permeable membrane into the aqueous sodium hydroxide catholyte. Chlorine is produced in the anolyte.
A mixture of salts of monovalent and polyvalent cations is
In the electrodialysis method described above, electrolysis can be performed with separation of monovalent cations and polyvalent cations and selective separation of polyvalent cations. The method described above requires ultrapure membranes to operate effectively without fouling of the cation-permeable membrane by water-insoluble salts of polyvalent cations, which increases cell voltage and reduces electrolysis efficiency. No additional brine is required. The process described above does not require dechlorination or sulfite treatment of the recycled brine to effect the removal of polyvalent cations by ion exchange. The method of the present invention is an effective method for the electrolysis of brines and other metal salts containing calcium, magnesium, iron, copper and other polyvalent cations.

倚䟡カチオンの氎䞍溶性塩でよごれたカチオン
透過性膜の回埩は、よごれた膜の陰極偎におい
お、酞この酞は、芏定液䞭でPH以䞋をも
ち、しかも、倚䟡カチオンの氎溶性塩を少なくず
も圢成するものずするの可溶性塩䟋えば塩化ナ
トリりムの氎溶液を䜿甚し、そしお、前蚘のよご
れた膜の陜極偎においお、酞性液を䜿甚し、そし
お、よごれた膜から、前蚘の酞の可溶性塩からな
る氎性液䞭ぞ、倚䟡カチオンを電気的に移動する
こずによ぀お、セル内で電気透析的に実斜するこ
ずができる。前蚘の方法は、膜の枅浄化に匷酞を
䜿甚するこずが適圓ではない陰極液系をも぀クロ
ル−アルカリセル䞭の、よごれたカチオン透過性
膜の回埩に特に有甚である。
Recovery of a cation-permeable membrane contaminated with water-insoluble salts of polyvalent cations is achieved by using an acid (this acid has a pH of 3 or less in a 1N solution, and a water-soluble salt of polyvalent cations) on the cathode side of the contaminated membrane. using an aqueous solution of, for example, sodium chloride, and using an acidic solution on the anode side of said soiled membrane, and removing said acid from said soiled membrane. It can be carried out electrodialytically in a cell by electrically transferring multivalent cations into an aqueous liquid consisting of soluble salts. The method described above is particularly useful for the recovery of contaminated cation permeable membranes in chlor-alkali cells with catholyte systems in which it is not appropriate to use strong acids to clean the membranes.

カチオン透過性膜を通過しお電気的に移動させ
るカチオンずしおは、溶液䞭に可溶性むオン的
に可動性であり、溶液ず膜ずの界面においお膜
に入り蟌み、ポリマヌ膜構造を通過しおむオン的
に可動性であり、しかも、膜から氎性液䞭ぞ出る
こずが必芁である。䞊蚘の芁件はすべお、䟡カ
チオンの塩の電気透析には容易に満たされる。
䟡カチオンは、カチオン透過性膜をよごさない氎
溶性塩および氎溶性氎酞化物を生成する。これに
察しお、倚䟡カチオンは、氎酞むオンおよび他の
倚くのアニオンず実質的に氎䞍溶性の塩を生成
し、倚䟡カチオンず実質的に氎䞍溶性の塩を生成
するアニオンからなる氎性液䞭ぞ膜を通過しおむ
オン的に移動しない傟向がある。膜の䞭および䞊
に沈柱物が高い割合で生成した堎合には、むオン
移動が実質的に劚害され、膜の断絶が起こるこず
になりかねない。䞀般に、倚䟡カチオンは、PH範
囲玄およびそれ以䞊においお、氎酞化物沈柱を
生成する。
The cations that are electrically transferred across the cation-permeable membrane are soluble (ionically mobile) in the solution, enter the membrane at the solution-membrane interface, and pass through the polymer membrane structure to form ions. It needs to be physically mobile and able to exit the membrane into the aqueous liquid. All of the above requirements are easily met for electrodialysis of salts of monovalent cations. 1
Valent cations produce water-soluble salts and hydroxides that do not foul cation-permeable membranes. In contrast, polyvalent cations form substantially water-insoluble salts with hydroxide ions and many other anions, and aqueous solutions consisting of polyvalent cations and anions that form substantially water-insoluble salts They tend not to migrate ionically through the membrane into the membrane. If a high rate of precipitate forms in and on the membrane, ion transport may be substantially impeded and membrane discontinuation may occur. Generally, polyvalent cations form hydroxide precipitates in the PH range of about 3 and above.

本発明者は、倚䟡カチオンを䞍溶性化するむオ
ンたたは剀からなる陰極液䞭においお、酞この
酞は、芏定液䞭でPH以䞋であり、しかも、倚
䟡カチオンず氎溶性塩を圢成するものずするの
可溶性塩を䜿甚するこずによ぀お、高セル容量を
達成し維持するこずができ、しかも、倚䟡カチオ
ンの塩を、アニオンの酞たたはハロゲン、ならび
に倚䟡カチオンの氎酞化物たたは他の実質的に氎
䞍溶性の塩に電気透析倉換させるこずができるこ
ずを芋出した。たたはそれ以䞊に分宀された電
気透析セルの反応噚宀䞭においお、酞の可溶性塩
を䜿甚するこずにより、䟡および倚䟡カチオン
の塩の混合物を、倚䟡カチオンのむオン的䞍動性
化を䌎぀お、そしお同時に、前蚘塩のアニオンを
酞たたはハロゲンに、および䟡カチオンを実質
的に玔粋な氎酞化物に倉換しながら、電解する方
法が提䟛される。酞の可溶性塩は、カチオン透過
性膜を通しお氎酞むオン含有氎性液䞭ぞ高濃床の
倚䟡カチオンを電気的に移動させる䞀方で、膜の
よごれおよびセル容量の欠損を防ぐのに驚ろくほ
ど有効である。酞の可溶性塩は、セル容量欠損の
防止に関し、炭酞ナトリりムたたは炭酞氎玠ナト
リりムの氎溶液においお、䜎濃床䟋えば玄
200ppm以䞋で有効である。酞の可溶性塩の有効
性は、酞の匷さず倚䟡カチオンの塩および可溶性
塩の酞の溶解床ずに䌎぀お増加する。䜎濃床にお
ける可溶性塩の有効性は、酞の可溶性塩からなる
氎性液ず膜ずの界面においお、塩のアニオンが濃
瞮されるこずを瀺しおいる。これは、可溶性塩の
アニオンの薄フむルムをもたらし、これは倚䟡カ
チオンに察するむオン的可動性接続ずしお䜜甚
し、膜から氎性液に排出され、そこで䞍溶性化さ
れる。酞の可溶性塩は、氎性液たたは陰極液䞭に
おいお、倚䟡カチオンの䞍溶性化を有意には行な
わない。䞊蚘の説明は、酞の可溶性塩が倚䟡カチ
オンの電気的移動を行なう理由の考えられうる
぀の説明ずしお蚘茉したものであり、䞊蚘の説明
は本発明の限定を意図したものではない。
The present inventor discovered that an acid (this acid has a pH of 3 or less in a 1N solution and forms a water-soluble salt with a polyvalent cation) in a catholyte consisting of an ion or an agent that makes polyvalent cations insoluble. High cell capacity can be achieved and maintained by using soluble salts of polyvalent cations, including salts of polyvalent cations, as well as anionic acids or halogens, as well as hydroxides of polyvalent cations. or other substantially water-insoluble salts. In the reactor chamber of an electrodialysis cell divided into three or more compartments, a mixture of salts of monovalent and polyvalent cations is prepared by using a soluble salt of an acid with ionic immobilization of the polyvalent cations. Concomitantly, and simultaneously, a method is provided for electrolyzing the salt while converting the anion to an acid or halogen and the monovalent cation to a substantially pure hydroxide. Soluble salts of acids are surprisingly effective in electrically transporting high concentrations of polyvalent cations through cation-permeable membranes into hydroxide-containing aqueous fluids while preventing membrane fouling and loss of cell capacity. It is. Soluble salts of acids are useful for preventing cell capacity loss in aqueous solutions of sodium carbonate or sodium bicarbonate at low concentrations, e.g.
Effective at 200ppm or less. The effectiveness of soluble salts of acids increases with the strength of the acid and the acid solubility of the polyvalent cation salt and soluble salt. The availability of soluble salts at low concentrations indicates that the anion of the salt becomes concentrated at the interface between the membrane and the aqueous liquid consisting of the soluble salt of the acid. This results in a thin film of soluble salt anions, which act as ionically mobile connections for the multivalent cations, and are expelled from the membrane into the aqueous fluid, where they become insolubilized. Soluble salts of acids do not significantly render polyvalent cations insoluble in aqueous or catholyte solutions. The above explanation is one possible reason why soluble salts of acids undergo electrotransfer of polyvalent cations.
The above description is not intended to be a limitation of the invention.

酞この酞は、芏定液䞭でPH以䞋をもち、
しかも、倚䟡カチオンの氎溶性塩を圢成するもの
ずするの任意の可溶性塩を、本発明の電気透析
法に䜿甚するこずができる。倚䟡金属カチオンで
圢成される塩は、わずかに氎溶性であるこずだけ
が必芁である。すなわち、膜䞊での䞍溶性倚䟡金
属塩の生成を最少にするこずで充分であり、少な
くずも2000ppmの溶解床が奜たしい。奜たしい酞
の可溶性塩は、むオり、ハロゲン、窒玠、リンお
よび炭玠の酞この酞は、0.1芏定液䞭でPH未
満、より奜たしくはたたはそれ以䞋をもち、倚
䟡カチオン奜たしくは電気透析セルの䟛絊液たた
は陜極液䞭に存圚する倚䟡カチオンず氎溶性塩を
圢成するものずするのアルカリ塩である。倚䟡
カチオンの塩の混合物を凊理する堎合には、異な
るカチオンおよびアニオンの酞の可溶性塩の混合
物を䜿甚しお、セル容量の保持を行なうこずがで
きる。倚䟡カチオンの塩の混合物の凊理には、酞
この酞は、陜極液䞭においお、すべおの倚䟡カ
チオンず氎溶性塩を圢成するものずするの可溶
性塩を䜿甚するこずが奜たしい。前蚘の倉圢およ
び同様の倉圢は圓業者には明らかであるものず考
える。
Acid (this acid has a pH of 3 or less in a 1N solution,
Moreover, any soluble salts of polyvalent cations (which form water-soluble salts of polyvalent cations) can be used in the electrodialysis method of the present invention. Salts formed with polyvalent metal cations need only be slightly water soluble. That is, it is sufficient to minimize the formation of insoluble polyvalent metal salts on the membrane, and a solubility of at least 2000 ppm is preferred. Preferred soluble salts of acids include sulfur, halogen, nitrogen, phosphorous and carbon acids, which have a pH of less than 3, more preferably 2 or less in 0.1 normal solution, and which have a PH of less than 3, more preferably 2 or less, in a polyvalent cation, preferably an electrodialysis cell. (shall form water-soluble salts with polyvalent cations present in the feed solution or anolyte). When treating mixtures of polyvalent cation salts, a mixture of soluble salts of different cationic and anionic acids can be used to provide cell capacity retention. For the treatment of mixtures of salts of polyvalent cations, it is preferred to use soluble salts of acids, which should form water-soluble salts with all polyvalent cations in the anolyte. It is believed that the above and similar variations will be apparent to those skilled in the art.

氎性液たたは陰極液䞭の酞の可溶性塩の濃床
は、飜和溶液から玄200ppmの広い範囲に亘぀お
倉化するこずができる。高濃床の酞の可溶性塩を
䜿甚しお、䜎セル電圧䞋においお高セル容量高
電流密床で操䜜するこずが奜たしい。酞の可溶
性塩のアニオンが氎性液たたは陰極液から逆移動
しお陜極液の品質に悪圱響を䞎える堎合には、䜎
濃床の酞の可溶性塩を䜿甚し、そしお炭酞たたは
炭酞氎玠ナトリりムで導電床を調節するこずが奜
たしい。圓業者には明らかなこずであるず考える
が、酞の可溶性塩の濃床は、氎性液たたは陰極液
においお倚䟡カチオンを䞍溶性化するむオンたた
は剀が膜をよごす傟向を最少限にするのに充分で
あるこずが必芁である。
The concentration of the soluble salt of the acid in the aqueous or catholyte solution can vary over a wide range from a saturated solution to about 200 ppm. It is preferred to use high concentrations of soluble salts of acids and operate at high cell capacities (high current densities) at low cell voltages. If the anion of the soluble salt of the acid migrates back from the aqueous or catholyte solution and adversely affects the quality of the anolyte, use a lower concentration of the soluble salt of the acid and increase the conductivity with carbonate or sodium bicarbonate. It is preferable to adjust. As will be apparent to those skilled in the art, the concentration of the soluble salt of the acid is sufficient to minimize the tendency of ions or agents that render polyvalent cations insoluble in the aqueous or catholyte solution to foul the membrane. It is necessary that

本発明の電気透析セルは宀を以䞊も぀こずが
できる。宀セルは、カチオン透過性膜で分離さ
れた陜極液宀ず陰極液宀ずをも぀。陜極液宀は、
倚䟡カチオンの可溶性塩たたは䟡および倚䟡カ
チオンならびにアニオンの塩の混合物からなる氎
性陜極液ず陜極ずをも぀。陰極液宀は、酞この
酞は、芏定液䞭でPH以䞋をもち、しかも倚䟡
カチオンの氎溶性塩を圢成するものずするの可
溶性塩および倚䟡カチオン䞍溶性化剀からなる氎
性性陰極液ず陰極ずをも぀。宀セルは、カチオ
ン透過性膜で分離された陰極液宀ず反応噚宀ず陰
極液宀ずをも぀。陜極液宀は、倚䟡カチオンの塩
からなる氎性液ず陜極ずを含み、そしお反応噚宀
は、酞の可溶性塩および倚䟡カチオンのむオン的
䞍動性化剀からなる氎性液を含む。陰極液宀は、
酞この酞は、芏定液䞭でPH以䞋をも぀もの
ずするの可溶性塩および倚䟡カチオン䞍溶性化
剀からなる氎性液たたは酞性氎性液たたは可溶性
氎酞化物、炭酞塩もしくは炭酞氎玠酞塩からなる
氎溶液ず陰極ずをも぀。宀セルは、カチオン透
過性膜によ぀お分離された、陜極液宀ず䟛絊液宀
ず陰極液宀ずをも぀こずもできる。陜極液は、可
溶性塩を含むかたたは含たない酞性氎性液である
こずができ、䟛絊液は、倚䟡カチオンの可溶性塩
からなる氎性液であり、そしお陰極液は、酞の可
溶性塩および倚䟡カチオンの䞍溶性化剀の氎性液
である。宀よりも倚い宀をも぀本発明のセル
は、陜極液ず次の宀ずの間の膜がカチオン遞択性
である限り、カチオン−アニオン−䞭性むオン透
過性膜ず倚孔性隔離板ずの組合せによるか、ある
いはすべおカチオン透過性膜によ぀お分離するこ
ずができる。酞この酞は、芏定液䞭でPH以
䞋をも぀ものずするの可溶性塩を䜿甚しお、倚
䟡カチオン䞍溶性化剀からなる氎性液䞭ぞカチオ
ン透過性膜を通しお倚䟡カチオンを電気的に移動
させるこずを促進しおいる点、および前蚘の条件
が存圚する前蚘宀䞭においお酞の可溶性塩を䜿甚
する点は、圓業者に明らかであるものず考える。
倚䟡カチオンの塩からなる䟛絊液たたは陜極液宀
ず陰極液宀ずの間の宀は陰極ず電気的に連絡しお
いるこずが必芁であるこず、および宀がカチオン
透過性の隔離板によ぀お分離されおいるこずが必
芁であるこずも圓業者には明らかであろう。曎
に、前蚘の膜を、反応剀および倉換生成物による
化孊的攻撃に察しお抵抗性のあるものから遞択す
るこずも明らかであろう。埓぀お、䟛絊液が塩化
ナトリりムブラむンを含み、そしお電解によ぀お
陜極液䞭に塩玠が生成する堎合には、それず接觊
する膜は、塩玠による有害な攻撃に察しお抵抗性
のあるものである。
The electrodialysis cell of the present invention can have two or more chambers. A two-chamber cell has an anolyte compartment and a catholyte compartment separated by a cation-permeable membrane. The anolyte chamber is
It has an aqueous anolyte and an anode consisting of a soluble salt of a polyvalent cation or a mixture of salts of monovalent and polyvalent cations and anions. The catholyte chamber is an aqueous solution consisting of a soluble salt of an acid (the acid must have a pH of 3 or less in a 1N solution and form a water-soluble salt of a polyvalent cation) and a polyvalent cation insolubilizing agent. It has a catholyte and a cathode. A three-compartment cell has a catholyte compartment, a reactor compartment, and a catholyte compartment separated by a cation-permeable membrane. The anolyte chamber contains an aqueous liquid consisting of a salt of a polyvalent cation and an anode, and the reactor chamber contains an aqueous liquid consisting of a soluble salt of an acid and an ionic immobilizer of a polyvalent cation. The catholyte chamber is
Aqueous liquids or acidic aqueous liquids or soluble hydroxides, carbonates or bicarbonates consisting of soluble salts of acids (the acids shall have a pH of 3 or less in 1N liquid) and polyvalent cation insolubilizing agents. It has an aqueous solution consisting of and a cathode. A three-compartment cell can also have an anolyte compartment, a feed compartment, and a catholyte compartment separated by a cation-permeable membrane. The anolyte can be an acidic aqueous solution with or without soluble salts, the feed solution is an aqueous solution consisting of soluble salts of polyvalent cations, and the catholyte is an aqueous solution consisting of soluble salts of acids and polyvalent cations. It is an aqueous solution of a cationic insolubilizing agent. Cells of the invention with more than three chambers can be constructed using a cation-anion-neutral ion permeable membrane and a porous separator, as long as the membrane between the anolyte and the next chamber is cation-selective. They can be combined or all separated by cation-permeable membranes. A soluble salt of an acid (the acid shall have a pH of 3 or less in a 1N solution) is used to electrolyze polyvalent cations through a cation-permeable membrane into an aqueous solution consisting of a polyvalent cation insolubilizing agent. The use of soluble salts of acids in the chamber where the conditions described above are present will be apparent to those skilled in the art.
The feed solution consisting of a salt of a polyvalent cation or the chamber between the anolyte and catholyte chambers must be in electrical communication with the cathode and the chamber must be provided with a cation-permeable separator. It will also be clear to those skilled in the art that it is necessary to separate the It will furthermore be obvious that said membranes are chosen to be resistant to chemical attack by reactants and conversion products. Therefore, if the feed solution contains a sodium chloride brine and chlorine is produced in the anolyte by electrolysis, the membrane in contact with it should be resistant to harmful attack by the chlorine. .

本発明の以䞊の宀をも぀電気透析セルの反応
噚宀は、酞この酞は、芏定液䞭でPH以䞋を
もち、しかも、倚䟡カチオンず氎溶性塩を圢成す
るものずするの可溶性塩ず倚䟡カチオンの遞択
的なむオン性䞍動性化剀ずの氎性液を含む。倚䟡
カチオンは、負電荷をも぀かたたは電荷をもたな
い氎䞍溶性の塩、キレヌトおよび耇合䜓化合物ず
しおむオン的に䞍動性化される。酞の可溶性塩お
よび倚䟡カチオンのむオン的䞍動性化剀の濃床は
倉化させるこずができる。䞀般に、倚䟡カチオン
の䞍溶性化剀を䜎濃床で䜿甚しお、前蚘剀が膜を
よごす傟向を最少にするこずが望たしい。酞の可
溶性塩を高濃床で䜿甚しお䜎セル電圧䞋で高セル
容量を埗るこずが望たしい。倚䟡カチオンをむオ
ン的に䞍動性化するために䜿甚するこずのできる
剀は倚数存圚し、䟋えば、可溶性氎酞化物、炭酞
塩、炭酞氎玠塩、シナり酞およびその可溶性塩、
フツ化氎玠酞およびその氎溶性塩、リン酞、硫化
氎玠、硫化アルカリ、チオ硫酞塩、重合䜓酞、な
らびにむオン亀換暹脂である。負電荷アニオ
ンをも぀か、たたは電荷をもたない、倚䟡カチ
オンのキレヌトおよび耇合䜓化合物を圢成するの
に䜿甚するこずのできる化合物は倚数存圚する
P.C.L.ThorneおよびE.R.Robertsによる
Inorganic Chemistry、Fritz Ephraim、15版、
英囜ロンドンのGurney and Jackson.289〜322
頁を参照されたい。倚䟡カチオンをむオン的に
䞍動性化するキレヌトおよび耇合䜓化合物は、䟋
えばアミノ酢酞、゚チレンゞアミノ四酢酞、α−
ヒドロキシ酞、ゞメチルグリオキシム、ニトロ゜
プニルヒドロキシルアミン、アセチルアセト
ン、−ヒドロキシキノリンおよびアルカリシア
ニドのような剀によ぀お圢成するこずができる。
倚䟡カチオンのむオン的䞍動性化は、セル䞭にお
いお、たたはセルの倖偎の装眮䞭においお実斜す
るこずができる。倚䟡カチオンを遞択的に䞍溶性
化、キレヌト化および耇合䜓化しお、電気的移
動、抜出、濟過、電気堆積、むオン亀換、および
他の化孊機械的方法によ぀お分離を行なうこずが
できる。䟋えば、皮たたはそれ以䞊の倚䟡カチ
オンを反応噚宀内で遞択的に䞍動性化し、そしお
他の倚䟡カチオンを電気的に移動させお第のた
たは陰極液宀ぞ入れおそこで䞍溶性化しお、異な
る倚䟡カチオンの分離を行なうこずができる。反
応噚宀は倚䟡カチオンをむオン的に䞍動性化しお
倚䟡カチオンず䟡カチオンずの分離を可胜にす
るために䜿甚するこず、および、よりも倚いセ
ル内反応噚宀たたは倖郚反応噚を䜿甚するこずが
できるこずは圓業者には明らかであろう。
The reactor chamber of the electrodialysis cell of the present invention having three or more chambers is an acid (the acid has a pH of 3 or less in a 1N solution and forms a water-soluble salt with a polyvalent cation). and a selective ionic immobilizing agent for polyvalent cations. Multivalent cations are ionically immobilized as negatively charged or uncharged water-insoluble salts, chelates, and complex compounds. The concentration of soluble salts of acids and ionic immobilizers of polyvalent cations can be varied. It is generally desirable to use low concentrations of polyvalent cation insolubilizing agents to minimize the tendency of the agents to foul the membrane. It is desirable to use soluble salts of acids at high concentrations to obtain high cell capacity at low cell voltages. There are a number of agents that can be used to ionically immobilize polyvalent cations, such as soluble hydroxides, carbonates, bicarbonates, oxalic acid and its soluble salts,
Hydrofluoric acid and its water-soluble salts, phosphoric acid, hydrogen sulfide, alkali sulfides, thiosulfates, polymer acids, and ion exchange resins. There are a number of compounds that can be used to form chelates and complex compounds of polyvalent cations, with or without a negative charge (anion) (see PCLThorne and ER Roberts).
Inorganic Chemistry, Fritz Ephraim, 15th edition,
Gurney and Jackson, London, UK.289-322
(see page). Chelates and complex compounds that ionically immobilize polyvalent cations include, for example, aminoacetic acid, ethylenediaminotetraacetic acid, α-
It can be formed with agents such as hydroxy acids, dimethylglyoxime, nitrosophenylhydroxylamine, acetylacetone, 8-hydroxyquinoline, and alkali cyanides.
Ionic immobilization of polyvalent cations can be carried out in the cell or in a device outside the cell. Multivalent cations can be selectively insolubilized, chelated, and complexed to effect separation by electrotransfer, extraction, filtration, electrodeposition, ion exchange, and other chemical-mechanical methods. For example, one or more polyvalent cations may be selectively immobilized within the reactor chamber, and other polyvalent cations may be electrically transferred into a third or catholyte compartment where they become insoluble. , separation of different polyvalent cations can be performed. The reactor chamber is used to ionically immobilize polyvalent cations to enable separation of polyvalent and monovalent cations, and more than one in-cell reactor chamber or external reactor It will be obvious to those skilled in the art that it is possible to use

本発明の宀電気透析セルの陜極液は、倚䟡カ
チオンの可溶性塩たたは䟡および倚䟡カチオン
の塩の混合物からなる氎性液である。前蚘の液は
酞性、すなわち、PH以䞋をもち、奜たしくはPH
以䞋をも぀。倚䟡カチオンの塩の濃床は、数
ppmから飜和溶液たで倉化するこずができる。陜
極液は、耇合䜓むオンぞの付加物を含み、塩を可
溶性化し、そしお䞍玔物、湿最剀、掗浄剀ならび
に金属およびプラスチツクの仕䞊に䜿う他の添加
剀を沈柱させるこずができる。陜極液が電気透析
セルぞの䟛絊液ではない堎合には、陜極液は、可
溶性塩を含むかたたは含たない酞性液であるこず
ができる。セルぞの䟛絊液は、陜極液に関しお前
蚘した倚䟡カチオンの可溶性塩からなる氎性液で
ある。
The anolyte of the two-compartment electrodialysis cell of the present invention is an aqueous liquid consisting of soluble salts of polyvalent cations or a mixture of salts of monovalent and polyvalent cations. Said liquid is acidic, i.e. has a pH of 7 or less, preferably a pH of 7 or less.
Have 3 or less. The concentration of polyvalent cation salts is
Can vary from ppm to saturated solution. The anolyte can contain adducts to complex ions, solubilize salts, and precipitate impurities, wetting agents, detergents, and other additives used in metal and plastic finishes. If the anolyte is not the feed to the electrodialysis cell, the anolyte can be an acidic liquid with or without soluble salts. The feed liquid to the cell is an aqueous liquid consisting of soluble salts of polyvalent cations as described above with respect to the anolyte.

倚宀系の電気透析セルぞの䟛絊液は、䟛絊液宀
を通しお、通垞、埪環されおおり、陜極溶出液䞭
に発生する酞は回収される。同様に、陰極液は、
陰極液宀を通぀お埪環するこずができ、沈柱した
たたはむオン的に䞍動性化された倚䟡カチオン化
合物は、溶出液から䟋えば沈降、濟過、むオン亀
換たたは倚の通垞の手段によ぀お回収される。同
様に、宀たたはそれ以䞊の宀のセルの反応噚宀
䞭の液䜓は埪環するこずができ、溶出液を凊理し
お倚䟡カチオン材料を回収する。圓業者には明ら
かであるず考えるが、流速を遞択しお、反応生成
物の回収に関しおばら぀きがない電解に充分な時
間を可胜にするようにする。
The feed to a multichamber electrodialysis cell is typically circulated through feed chambers and the acid generated in the anode eluate is recovered. Similarly, the catholyte is
The precipitated or ionically immobilized polycationic compounds may be circulated through the catholyte compartment and recovered from the eluate by, for example, precipitation, filtration, ion exchange, or any other conventional means. Ru. Similarly, the liquid in the reactor chamber of a three or more chamber cell can be circulated and the eluate treated to recover polyvalent cation material. As will be apparent to those skilled in the art, the flow rate is chosen to allow sufficient time for electrolysis without variation with respect to recovery of reaction products.

本発明の電気透析セルの宀の分離には、任意の
カチオン透過性膜を䜿甚するこずができる。前蚘
のカチオン透過性膜は、ポリマヌマトリクス䞭に
分散した負電荷を固定し、正電荷むオンに察しお
透過性である。前蚘の膜ずしおは、酞および酞誘
導䜓を含む炭化氎玠およびハロ炭玠ポリマヌの膜
が奜たしい。特に適圓な酞ポリマヌは、ペンダン
トスルホン酞基、スルホンアミド基およびカルボ
ン酞基を含むペルハロ炭玠ポリマヌである。前蚘
の膜は、異なるポリマヌの倚局構造であるこずが
でき、そしお充填材、匷化材、および化孊的倉性
剀を含んでいるこずができる。奜たしい膜は、工
皋条件に察しお実質的に化孊的に安定であり、電
気透析法の経枈的な操䜜およびデザむンに関し、
機械的に適したものである。匷酞化性媒質に察す
る奜たしい膜は、ペルフルオロ炭玠膜、䟋えば
NafionDopont補であり、これはスルホン酞
基、カルボン酞基たたはスルホンアミド基を含む
ものである。反応噚宀をも぀本発明の電気透析セ
ル䞭の塩化ナトリりムブラむンの電解甚の奜たし
い膜は、反応噚宀からの陜極液ブラむン分離甚
の、倚䟡カチオンの高電気移動性および高導電性
のペルフルオロ炭玠膜、ならびに、陰極液宀から
の反応噚宀分離甚の、高パヌムperm遞択性
高電解効率の炭化氎玠たたはペルフルオロ炭
玠膜である。
Any cation permeable membrane can be used to separate the chambers of the electrodialysis cell of the present invention. The cation permeable membrane fixes the negative charges dispersed in the polymer matrix and is permeable to positively charged ions. Preferred membranes are membranes of hydrocarbon and halocarbon polymers containing acids and acid derivatives. Particularly suitable acid polymers are perhalocarbon polymers containing pendant sulfonic acid groups, sulfonamide groups and carboxylic acid groups. The membrane can be a multilayer structure of different polymers and can contain fillers, reinforcements, and chemical modifiers. Preferred membranes are substantially chemically stable to the process conditions and are conducive to economical operation and design of the electrodialysis process;
Mechanically suitable. Preferred membranes for strongly oxidizing media are perfluorocarbon membranes, e.g.
Nafion (manufactured by Dopont), which contains sulfonic acid, carboxylic acid, or sulfonamide groups. Preferred membranes for the electrolysis of sodium chloride brine in electrodialysis cells of the invention having a reactor chamber are perfluorinated membranes with high electromobility of polyvalent cations and high conductivity for separation of the anolyte brine from the reactor chamber. Carbon membranes as well as high perm selectivity (high electrolytic efficiency) hydrocarbon or perfluorocarbon membranes for separation of the reactor compartment from the catholyte compartment.

本発明は、氎性液䞭の倚䟡カチオン、ならびに
䟡および倚䟡カチオン塩の混合物の電気透析凊
理のためのものであり、酞この酞は、芏定液
䞭でPH以䞋をも぀ものずするの可溶性塩を、
電気透析セルの陰極ず電気的に連絡しおいる陜極
液たたは氎性液䞭で䜿甚するものである。倚䟡カ
チオンの塩、ならびに倚䟡および䟡カチオンの
塩の混合物の氎性液は、化孊業界、゚レクトロニ
クス業界、鉱業界、金属仕䞊業界等の党般に芋ら
れるものである。或る溶液においおは、望たしい
成分が倚䟡カチオンであり、他の䟛絊液においお
は、倚䟡カチオンは䞍玔物であ぀お、粟補された
酞が望たしい成分である。クロル−アルキル法に
おいおは、倚䟡カチオンは、連続的高凊理容量が
望たしい堎合においお、膜をよごす䞍玔物であ
る。他の芳点によれば、倚䟡カチオンの塩の混合
物から倚䟡カチオンを分離し単離するこずは望た
しいこずである。曎に他の芳点は、䟡および倚
䟡カチオンの塩の混合物から、䟡および倚䟡カ
チオンを分離しお玔粋な䟡カチオン氎酞化物を
補造するこずである。倚䟡カチオンの塩でよごれ
た膜を回埩するこずも望たしいこずである。本発
明の前蚘の芳点および他の芳点は圓業者には明ら
かであるものず考える。
The present invention is for the electrodialysis treatment of polyvalent cations and mixtures of monovalent and polyvalent cation salts in aqueous liquids, including acids (the acids having a pH of 3 or less in 1N liquid). soluble salt of)
It is intended for use in an anolyte or aqueous solution that is in electrical communication with the cathode of an electrodialysis cell. Aqueous solutions of salts of polyvalent cations and mixtures of salts of polyvalent and monovalent cations are commonly found in the chemical industry, electronics industry, mining industry, metal finishing industry, etc. In some solutions, the desired component is the polyvalent cation; in other feed solutions, the polyvalent cation is an impurity and the purified acid is the desired component. In the chloro-alkyl process, polyvalent cations are impurities that foul the membrane in cases where continuous high throughput is desired. According to another aspect, it is desirable to separate and isolate polyvalent cations from mixtures of their salts. Yet another aspect is to separate monovalent and polyvalent cations from a mixture of monovalent and polyvalent cation salts to produce pure monovalent cation hydroxides. It is also desirable to restore fouled membranes with polyvalent cation salts. These and other aspects of the invention will be apparent to those skilled in the art.

本発明方法の態様の぀は、倚䟡カチオン含有
ブラむンを電解より䞀般的に蚀えば、䟡およ
び倚䟡カチオン塩の混合物の電気透析倉換によ
぀お、塩玠および実質的に玔粋な氎酞化ナトリり
ムを補造するこずである。この態様は、宀電解
セルの反応噚宀においお、酞の可溶性塩塩化ナ
トリりムず倚䟡カチオンのむオン的䞍動性化剀
ずを䜿甚するこずからなる。可溶性塩は膜のよご
れを最少にし、そしお倚䟡カチオンのむオン性䞍
動性化は、反応噚宀から陰極液宀ぞのナトリりム
のむオンの遞択的な電気的移動を可胜にする。本
発明のこの芳点に関する態様を説明するために、
陜極を含む陜極液宀ず、反応噚宀ず、陰極を含む
陰極液宀ずをも぀電気透析セルを組立おた。宀は
カチオン透過性膜で分離した。前蚘セルは電解領
域玄58cm29in2をもち、陜極液を陜極液宀ぞ、
反応噚液を反応噚宀ぞ、そしお陰極液䟋えば
氎を陰極液宀ぞ連続的に加えるための手段を備
えおいるものであ぀た。陜極は、Electrode
Corporationから埗られるクロル−アルカリセル
甚のルテニりムベヌス陜極であり、陰極はステン
レススチヌルメツシナであ぀た。カチオン透過性
膜は、陜極液宀ず反応噚宀ずを分離するNafion
膜417、および陰極液宀ず反応噚宀ずを分離する
Nafion324膜であ぀た。前蚘の膜はDupont瀟か
ら埗たものであ぀た。陜極−陰極合蚈ギダツプは
箄0.76cm0.3in、セル枩床は80〜85℃、電流密
床は玄0.31アンペアcm2アンペアin2で
あ぀た。セル電圧は、陜極−陰極合蚈電圧であ぀
た。塩玠は陜極に生成する。苛性効率は、盎流電
気単䜍圓りの生成する苛性゜ヌダによ぀お枬定し
た。盎流電源はHewlett Packard補であり、䞀
定電流および可倉電圧で実隓する手段を備えおい
た。察照甚の玔粋ブラむンずしお䜿甚するブラむ
ンは、カルシりムむオン0.5ppm未満を含みそし
おPH以䞋の23重量塩化ナトリりム飜和溶
液であ぀た。カルシりム、マグネシりム、銅、
鉄および他の倚䟡カチオンの詊薬等玚塩化物塩
を、前蚘の玔粋ブラむンに加えお、所望の組成の
陜極液を埗た。反応噚液を濟過し、反応噚宀を通
しお埪環し、そしお、陰極液宀からの氎酞むオン
の逆移動が溶液のPHを䞊昇するこずを陀いお、実
隓を通じお最初の組成を倧むね維持した。所望に
より、可溶性塩の酞を添加するこずによ぀お、PH
を調節し維持した。各実斜䟋は、陰極液組成を本
質的に䞀定に保ち氎の添加によ぀お調節する、
陜極液および反応噚宀液の組成を以䞋のように倉
化させる䞀連の実隓からなる。各実隓は玄日間
に亘぀お実斜した。実隓の際の、セル電圧の増加
は、膜のある皋床のよごれおよびセル容量の欠損
を瀺すものである。
One embodiment of the method of the present invention is to electrolytically transform a brine containing polyvalent cations (more generally, electrodialytic conversion of a mixture of monovalent and polyvalent cation salts) into chlorine and substantially pure chlorine. The purpose is to produce sodium hydroxide. This embodiment consists of using a soluble salt of an acid (sodium chloride) and an ionic immobilizer of polyvalent cations in the reactor chamber of a three-compartment electrolytic cell. The soluble salts minimize fouling of the membrane, and the ionic immobilization of the polyvalent cations allows selective electrotransfer of sodium ions from the reactor chamber to the catholyte chamber. To illustrate aspects related to this aspect of the invention:
An electrodialysis cell was constructed having an anolyte chamber containing the anode, a reactor chamber, and a catholyte chamber containing the cathode. The chambers were separated by a cation-permeable membrane. The cell has an electrolytic area of about 58 cm 2 (9 in 2 ) and transports the anolyte into the anolyte chamber;
Means was provided for continuously adding reactor liquid to the reactor chamber and catholyte (eg water) to the catholyte chamber. Anode is Electrode
The cathode was a stainless steel mesh. The cation-permeable membrane separates the anolyte and reactor chambers from Nafion.
membrane 417 and separating the catholyte and reactor chambers;
It was Nafion324 membrane. The membrane was obtained from Dupont. The total anode-to-cathode gap was approximately 0.76 cm (0.3 in), the cell temperature was 80-85°C, and the current density was approximately 0.31 amps/cm 2 (2 amps/in 2 ). Cell voltage was the anode-cathode total voltage. Chlorine is formed at the anode. Caustic efficiency was measured by the amount of caustic soda produced per unit of DC electricity. The DC power supply was from Hewlett Packard and had the means to experiment with constant current and variable voltage. The brine used as a control pure brine was 23% by weight sodium chloride (saturated solution) containing less than 0.5 ppm calcium ions and having a pH below 3. calcium, magnesium, copper,
Reagent grade chloride salts of iron and other polyvalent cations were added to the pure brine described above to obtain the anolyte of the desired composition. The reactor liquid was filtered and circulated through the reactor chamber, and the initial composition was largely maintained throughout the experiment, except that back migration of hydroxide ions from the catholyte chamber increased the PH of the solution. Optionally, adjust the pH by adding soluble salts of acids.
was adjusted and maintained. Each example maintains catholyte composition essentially constant (adjusted by addition of water);
It consists of a series of experiments in which the compositions of the anolyte and reactor chamber fluids are varied as follows. Each experiment was conducted over approximately 4 days. During the experiment, an increase in cell voltage is indicative of some fouling of the membrane and loss of cell capacity.

〔実斜䟋〕〔Example〕

䟋  宀系においお、玔粋ブラむンを陜極液宀およ
び反応噚宀に加え、陰極液宀䞭の氎酞化ナトリり
ムの濃床を20重量に調節した。初期セル電圧は
4.2ボルトであ぀た。日間の操䜜埌に、セル電
圧は4.4ボルトに䞊昇した。反応噚液はPH10.5で
あり、少量の癜色沈柱物分析の結果、氎酞化カ
ルシりムであ぀たを含有しおいた。電流効果
は、91であ぀た。次に、陰極液を、10重量塩
化ナトリりムおよび重量氎酞化ナトリりムに
倉えた。反応噚液を22重量塩化ナトリりムおよ
び重量シナり酞に倉えた。初期セル電圧は
4.5であり、時間の操䜜埌に、電圧は4.2ボルト
に䜎䞋した。陰極液を20重量氎酞化ナトリりム
に倉え、操䜜を続けた。初期セル電圧は4.1ボル
トであ぀た。日埌、セル電圧は4.0ボルトであ
り、電流効率は92であ぀た。反応噚液䞭に癜色
沈柱が生成し、これは分析の結果、シナり酞カル
シりムず氎酞化カルシりムずの混合物であ぀た。
日間の電解埌の反応噚液のPHは10であ぀た。次
に、ブラむン䞭に塩化カルシりムを加え、カルシ
りムむオン5000ppmのブラむン䟛絊液を埗た。セ
ル操䜜を日間続けた。この際、反応噚液のPHを
玄に維持した。セル電圧を4.0〜4.1ボルトに䞀
定に維持した。電流効率は91であ぀た。
Example 1 In a three-chamber system, pure brine was added to the anolyte compartment and the reactor compartment, and the concentration of sodium hydroxide in the catholyte compartment was adjusted to 20% by weight. The initial cell voltage is
It was 4.2 volts. After 4 days of operation, the cell voltage increased to 4.4 volts. The reactor liquid had a pH of 10.5 and contained a small amount of white precipitate (which upon analysis was calcium hydroxide). The current effect was 91%. The catholyte was then changed to 10% by weight sodium chloride and 2% by weight sodium hydroxide. The reactor liquor was changed to 22% by weight sodium chloride and 2% by weight oxalic acid. The initial cell voltage is
4.5 and after 2 hours of operation the voltage dropped to 4.2 volts. The catholyte was changed to 20% by weight sodium hydroxide and the operation continued. The initial cell voltage was 4.1 volts. After 4 days, the cell voltage was 4.0 volts and the current efficiency was 92%. A white precipitate formed in the reactor liquid, which upon analysis was a mixture of calcium oxalate and calcium hydroxide.
The pH of the reactor liquid after 4 days of electrolysis was 10. Next, calcium chloride was added to the brine to obtain a brine feed solution containing 5000 ppm of calcium ions. Cell operation continued for 3 days. At this time, the pH of the reactor liquid was maintained at about 5. Cell voltage was kept constant at 4.0-4.1 volts. The current efficiency was 91%.

䟋  䟋の組立電解セルを䜿甚した。陜極液は、
塩化カルシりムを含む玔粋ブラむンであり、陰
極液は20重量氎酞化ナトリりムであり、そしお
反応噚液は、22重量塩化ナトリりムを含有しお
いた。初期セル電圧は4.3であ぀た。反応噚液を
むオン亀換暹脂カヌトリツゞに通しお固圢分を陀
去し、続いおAmberlite IRC 718むオン亀換暹
脂カラムに通しおカルシりムを陀去した。反応噚
液のPHは実隓を通じお9.5〜10であ぀た。セル電
圧を4.2ボルトの䞀定に維持し、日間の電流効
率は92であ぀た。フむルタヌカヌトリツゞは癜
色沈柱を含んでいたが、これは分析の結果、酞化
カルシりム氎和物であ぀た。塩酞による再生によ
぀お、Amberlite IRC 718暹脂からカルシりム
を陀去した。操䜜を続け、反応噚液は22重量塩
化ナトリりム、重量フツ化ナトリりム、重
量シナり酞および重量メタケむ酞ナトリり
ムに倉えた。反応噚液のPHを、塩酞でに調節
し、日間維持した。セル電圧を4.2で䞀定に維
持し、電流効率は91であ぀た。操䜜を続け、反
応噚液は、22重量塩化ナトリりム、重量メ
タリン酞ナトリりムおよび重量次亜リン酞に
倉えた。PHを11に調節し、日間玄11に維持し
た。カヌトリツゞフむルタヌにはれラチン状沈柱
物が含たれおおり、これはリン酞カルシりムおよ
び氎酞化カルシりムを含んでいた。初期セル電圧
は4.2であり、日埌のセル電圧は4.3ボルトであ
぀た。操䜜を続け、反応噚液は22重量塩化ナト
リりムに倉化し、反応噚液のPHをに調節し、玄
に維持した。初期セル電圧は4.3であ぀た。
時間の操䜜埌にセル電圧は4.8に䞊昇し、時間
埌に9.5にな぀た。陰極液を垌釈しお重量氎
酞化ナトリりムずし、硫酞ナトリりムを加えお玄
重量氎酞化ナトリりムおよび重量硫酞ナ
トリりムを含有する溶液を埗た。硫酞ナトリりム
の添加埌すぐに、セル電圧が䜎䞋を開始し、30分
埌に、セル電圧は4.5ボルトにな぀た。陰極液は
癜色沈柱物を含んでいた。操䜜を続け、反応噚宀
液を22重量塩化ナトリりム溶液に倉え、この溶
液をフむルタヌおよびAmberlite IRC 718暹脂
に通しお埪環した。この溶液のPHを10に調節し、
その倀を維持した。陰極液を20重量氎酞化ナト
リりムに倉えた。初期セル電圧は4.2であり、
日埌に4.1に䜎䞋した。電流効率は92であ぀た。
実隓を終了した。䞊蚘の実隓は、反応噚宀ず陰極
宀ずを分離する、よごれたNafion324膜の回埩を
瀺すものである。
Example 2 The assembled electrolytic cell of Example 1 was used. The anolyte is 1
% calcium chloride, the catholyte was 20% sodium hydroxide by weight, and the reactor liquid contained 22% sodium chloride by weight. The initial cell voltage was 4.3. The reactor liquor was passed through an ion exchange resin cartridge to remove solids, followed by an Amberlite IRC 718 ion exchange resin column to remove calcium. The pH of the reactor liquid was between 9.5 and 10 throughout the experiment. The cell voltage was kept constant at 4.2 volts and the current efficiency for 4 days was 92%. The filter cartridge contained a white precipitate, which upon analysis was determined to be calcium oxide hydrate. Calcium was removed from Amberlite IRC 718 resin by regeneration with hydrochloric acid. As the operation continued, the reactor liquor was changed to 22% by weight sodium chloride, 1% by weight sodium fluoride, 1% by weight oxalic acid, and 1% by weight sodium metasilicate. The pH of the reactor liquid was adjusted to 4 with hydrochloric acid and maintained for 3 days. The cell voltage was kept constant at 4.2 and the current efficiency was 91%. As operation continued, the reactor liquor was changed to 22% by weight sodium chloride, 2% by weight sodium metaphosphate, and 1% by weight hypophosphorous acid. The PH was adjusted to 11 and maintained at approximately 11 for 3 days. The cartridge filter contained a gelatinous precipitate, which contained calcium phosphate and calcium hydroxide. The initial cell voltage was 4.2 and the cell voltage after 3 days was 4.3 volts. As the operation continued, the reactor liquor changed to 22% sodium chloride by weight and the reactor liquor PH was adjusted to 3 and maintained at about 3. The initial cell voltage was 4.3. 1
After the time operation the cell voltage increased to 4.8 and after 2 hours it was 9.5. The catholyte was diluted to 2% by weight sodium hydroxide and sodium sulfate was added to yield a solution containing approximately 2% by weight sodium hydroxide and 4% by weight sodium sulfate. Immediately after the addition of sodium sulfate, the cell voltage began to drop and after 30 minutes, the cell voltage was 4.5 volts. The catholyte contained a white precipitate. Continuing the operation, the reactor chamber liquid was changed to a 22% by weight sodium chloride solution and this solution was circulated through the filter and Amberlite IRC 718 resin. Adjust the pH of this solution to 10,
That value was maintained. The catholyte was changed to 20% by weight sodium hydroxide. The initial cell voltage is 4.2 and 3
It dropped to 4.1 after a day. The current efficiency was 92%.
The experiment has ended. The above experiment demonstrates the recovery of a soiled Nafion 324 membrane separating the reactor and cathode chambers.

䟋  䟋の組立電解セルを䜿甚した。陜極液は、
重量塩化カルシりムを含む玔粋ブラむンであ
り、陰極液は20重量氎酞化ナトリりムであり、
そしお反応噚液は、22重量塩化ナトリりムであ
぀た。初期セル電圧は4.2であ぀た。前蚘のブラ
むンに塩化第二銅ず塩化第䞀鉄ずを加えお、重
量塩化第二銅ず重量塩化第䞀鉄ず24重量
塩化ナトリりムずの、陜極宀ぞの、ブラむン䟛絊
液を埗た。ブラむンのPHは2.5であ぀た。反応噚
宀液は、これをPH10に調節し、そしおこれは重
量亜硫酞ナトリりムを含んでいた。初期セル電
圧は4.2であり、これを日間䞀定に維持した。
反応噚液は黒耐色沈柱物を含有しおおり、これを
フむルタヌ䞊に集めお分析したずころ、銅、鉄、
むオりおよび酞玠を含んでおり、塩の混合物であ
るこずを瀺した。陰極液は沈柱物を含たず、無色
であ぀た。電流効率は91であ぀た。操䜜を続
け、反応噚液は22重量塩化ナトリりムおよび
0.5重量ニトロ゜プニルヒドロキシルアミン
に倉化した。初期セル電圧は4.2であり、日間
実質的に4.2に維持した。反応噚宀䞭に沈柱物が
生成し、これをカヌトリツゞフむルタヌ䞊に集め
た。陰極液は沈柱物を含たず、無色であ぀た。操
䜜を終了した。
Example 3 The assembled electrolytic cell of Example 1 was used. The anolyte is 1
Pure brine containing % calcium chloride by weight, catholyte 20% sodium hydroxide by weight,
The reactor liquid was then 22% by weight sodium chloride. The initial cell voltage was 4.2. Add cupric chloride and ferrous chloride to the above brine to obtain 1% by weight cupric chloride, 1% by weight ferrous chloride and 24% by weight.
A brine feed to the anode chamber with sodium chloride was obtained. The pH of the brine was 2.5. The reactor chamber liquid was adjusted to a pH of 10 and contained 3% by weight sodium sulfite. The initial cell voltage was 4.2 and was kept constant for 4 days.
The reactor liquid contained a dark brown precipitate, which was collected on a filter and analyzed, and it was found that copper, iron,
It contained sulfur and oxygen, indicating that it was a mixture of salts. The catholyte was free of precipitates and colorless. The current efficiency was 91%. Continuing the operation, the reactor liquid was reduced to 22% by weight sodium chloride and
Converted to 0.5% by weight nitrosophenylhydroxylamine. The initial cell voltage was 4.2 and remained substantially at 4.2 for 3 days. A precipitate formed in the reactor chamber and was collected on a cartridge filter. The catholyte was free of precipitates and colorless. The operation has ended.

䟋  䟋の組立電気化孊セルを䜿甚した。陜極液
は、重量塩化カルシりムを含む25重量玔粋
ブラむンであり、反応噚宀は、10重量氎酞化ナ
トリりムを含有しおおり、そしお陰極宀は20重量
氎酞化ナトリりムを含有しおいた。初期セル電
圧は4.3であ぀た。セル電圧は急速に䞊昇し始め、
20分埌に11.5ボルトにな぀た。反応噚液を22重量
塩化ナトリりムおよび重量シナり酞に倉
え、PHを8.5に調節しお維持した。初期セル電圧
は11.2であり、この電圧は急激に䜎䞋し始めた。
時間埌にはセル電圧は4.2に、そしお日埌に
は4.1にな぀た。電流効率は92であ぀た。本䟋
は、ブラむン䞭のカルシりムのセル電圧および膜
よごれに察する効果を瀺しおいる。これは、陜極
宀ず反応噚宀ずを分離する膜の回埩を瀺すもので
もある。
Example 4 The assembled electrochemical cell of Example 1 was used. The anolyte was 25 wt% pure brine containing 1 wt% calcium chloride, the reactor chamber contained 10 wt% sodium hydroxide, and the catholyte chamber contained 20 wt% sodium hydroxide. Ta. The initial cell voltage was 4.3. The cell voltage begins to rise rapidly,
After 20 minutes it was 11.5 volts. The reactor liquor was changed to 22% by weight sodium chloride and 3% by weight oxalic acid and the pH was adjusted and maintained at 8.5. The initial cell voltage was 11.2 and this voltage began to drop rapidly.
After 1 hour the cell voltage was 4.2 and after 2 days it was 4.1. The current efficiency was 92%. This example shows the effect of calcium in brine on cell voltage and membrane fouling. This also indicates the recovery of the membrane separating the anode and reactor chambers.

前蚘の各実斜䟋は、倚䟡カチオンの含む塩化ナ
トリりムブラむンの電解によ぀お塩玠および塩化
ナトリりムを補造するこずの容易性および効率を
瀺すものである。倚䟡カチオンのむオン性䞍移動
性化は、䟡および倚䟡カチオンの分離を蚱容
し、続いお、䟡カチオンの高玔床氎酞化物の補
造を蚱容する。酞の可溶性塩は、分離膜のよごれ
およびよごれた膜の回埩を防止する。
The foregoing examples demonstrate the ease and efficiency of producing chlorine and sodium chloride by electrolysis of a sodium chloride brine containing polyvalent cations. Ionic immobilization of polyvalent cations allows separation of monovalent and polyvalent cations and subsequent production of high purity hydroxides of monovalent cations. Soluble salts of acids prevent fouling of separation membranes and recovery of fouled membranes.

本発明の他の態様を説明するために、ルテニり
ムベヌスの陜極に代えお英囜IMIから埗られる
Ebonex還元化酞化チタン陜極を採甚するこず以
倖は䟋ず同じ組立セルを䜿甚した。陜極宀は、
硫酞からなる酞性氎性液を含んでいた。反応噚宀
ここでは、䟛絊宀䞭の氎性液の組成は以䞋の
ように倉化した。陰極液䞭の氎性液は酞の可溶塩
から成る。電解効率を枬定するこずは行なわなか
぀た。各電解は日かけお実斜した。陜極液組成
は、氎を加えるこずによ぀お調節した。陰極液組
成は電解によ぀お倉化した。倚䟡カチオンが䞍溶
性化し、䟡カチオンは可溶性氎酞化物を生成し
た。セル電圧の䜎䞋は、陰極液たたは䟛絊液組成
物の導電率の䞊昇を瀺しおいる。氎性液䟛絊
液を、陜極宀に通しながら、䞀定速床でセルに
䟛絊した。セル電圧の䞊昇はカチオン透過性膜の
よごれを瀺しおいる。
To illustrate another aspect of the invention, instead of a ruthenium-based anode, a
The same assembled cell as in Example 1 was used except that an Ebonex reduced titanium oxide anode was employed. The anode chamber is
It contained an acidic aqueous liquid consisting of sulfuric acid. The composition of the aqueous liquid in the reactor chamber (here the feed chamber) was varied as follows. The aqueous liquid in the catholyte consists of soluble salts of acids. No measurement of electrolytic efficiency was performed. Each electrolysis was performed over one day. Anolyte composition was adjusted by adding water. The catholyte composition changed with electrolysis. Multivalent cations became insoluble, and monovalent cations produced soluble hydroxides. A decrease in cell voltage is indicative of an increase in the conductivity of the catholyte or feed fluid composition. An aqueous liquid (feed liquid) was fed to the cell at a constant rate while passing through the anode chamber. An increase in cell voltage indicates fouling of the cation-permeable membrane.

䟋  䞊蚘のずおりに倉えた䟋の組立セルを䜿甚し
た。陜極液は4.7重量硫酞氎溶液であり、陰極
液は重量硫酞ナトリりムおよび陰極で圢成さ
れる氎酞化むオンからなる氎溶液であり、䟛絊液
は重量クロム酞、重量硝酞、重量酢
酞ナトリりムおよび重量解離化カドミりム金
属からなる氎溶液であ぀た。初期セル電圧は、玄
0.03アンペアcm20.2アンペアin2においお
6.2であ぀た。セル電圧は、24時間に亘り、6.2〜
6.0に実質的に䞀定に維持した。陰極液は、癜色
沈柱物を含有しおいたが、これは分析の結果、氎
酞化カドミりムであ぀た。䟛絊液を、重量ク
ロム酞ず重量塩化第二銅ず重量クロム酞
第二銅ず重量ホり酞ずからなる氎溶液に倉え
た。初期セル電圧は、0.3アンペアin2においお
6.8であり、28時間の電解においお6.8ボルトで䞀
定に維持した。陰極液は氎酞化第二銅の沈柱を含
有しおいた。陜極においおは、怜出できる塩玠は
発生しなか぀た。実隓を終了し、膜をセルから陀
去し、堆積物を怜査した。膜は、金属たたは塩の
堆積物を実質的に含んでいなか぀た。陰極は枅浄
であり、堆積物がなか぀た。
Example 5 The assembly cell of Example 1 was used, modified as described above. The anolyte is an aqueous solution of 4.7 wt.% sulfuric acid, the catholyte is an aqueous solution consisting of 5 wt.% sodium sulfate and hydroxide ions formed at the cathode, and the feed solution is 3 wt.% chromic acid, 2 wt.% nitric acid, 2 wt. % sodium acetate and 5% by weight dissociated cadmium metal. The initial cell voltage is approximately
At 0.03 amps/cm 2 (0.2 amps/in 2 )
It was 6.2. Cell voltage ranged from 6.2 to 6.2 over 24 hours.
remained virtually constant at 6.0. The catholyte contained a white precipitate, which upon analysis was cadmium hydroxide. The feed solution was changed to an aqueous solution consisting of 5% by weight chromic acid, 3% by weight cupric chloride, 5% by weight cupric chromate, and 2% by weight boric acid. Initial cell voltage is 0.3 amps/in 2
6.8 and was maintained constant at 6.8 volts during 28 hours of electrolysis. The catholyte contained a precipitate of cupric hydroxide. No detectable chlorine was generated at the anode. The experiment was terminated, the membrane was removed from the cell, and the deposits were inspected. The membrane was substantially free of metal or salt deposits. The cathode was clean and free of deposits.

前蚘の䟋は、倚䟡カチオンおよびアニオンの
塩、䟋えばクロム酞塩、塩化物、ホり酞塩、酢酞
塩および硝酞塩を、連続的な高いセル容量におい
お、倚䟡カチオンの実質的に氎䞍溶性の氎酞化物
およびアニオンの酞に各々倉えるこずの容易性を
瀺すものである。酞の可溶性塩硫酞ナトリり
ムは、倚䟡カチオンの電気移動を促進し、膜の
よごれを防止する。陰極に発生する氎酞むオンに
よる倚䟡カチオンの䞍溶性化は、陰極液の長期に
亘る䜿甚を可胜にし、固䜓ずしお䜿甚する倚䟡カ
チオン氎酞化物の回収を可胜にする。
Example 5 above shows that salts of polyvalent cations and anions, such as chromates, chlorides, borates, acetates and nitrates, are added to the substantially water-insoluble form of the polyvalent cations at continuous high cell volumes. This shows the ease of converting into hydroxide and anionic acids, respectively. Soluble salts of acids (sodium sulfate) promote electromigration of polyvalent cations and prevent membrane fouling. Insolubilization of polyvalent cations by hydroxide ions generated at the cathode enables long-term use of the catholyte and recovery of polyvalent cation hydroxide for use as a solid.

本発明方法の他の態様は、倚䟡カチオンの塩に
よ぀およごれた膜の回埩である。本発明のこの芳
点に぀いお実斜を説明するために、䟋のセルか
ら反応噚宀を取り陀くこずによ぀お、宀電気透
析セルを組立おた。陜極宀ず陰極宀ずを、カチオ
ン透過性膜、すなわち、Nafion過フツ化膜901お
よび203によ぀お分離した。前蚘の901膜はスルホ
ン酞基ずカルボン酞基ずからなり、前蚘の204膜
はスルホン酞基およびスルホンアミド基を含んで
いる。䞡膜ずも、クロル−アルカリ電解に察し、
高苛性効率膜である。陜極液は、PHをもち、
重量塩化カルシりムず20重量塩化ナトリりム
ずからなる氎溶液であ぀た。皮の陰極液を䜿甚
した。陰極液(1)は、電解およびよごれた膜の回埩
甚で、重量氎酞化ナトリりムおよび20重量
塩化ナトリりムからなり、陰極液(2)は、膜のよご
し甚で、20重量苛性物氎溶液からなる。電解条
件は䟋の条件を䜿甚した。セルは、陰極液(1)に
より、初期電圧をずる前は時間、そしお最終電
圧をずる前は玄24時間、操䜜した。陰極液(1)を陰
極液(2)で眮き換え、電圧が玄10ボルトに達するた
でセル電圧を芳察した。次に、陰極液(2)を陰極液
(1)ず眮き換えた。セルを玄24時間操䜜し、電圧を
蚘録した。数回のよごれおよび回埩サむクルの結
果は非垞によく䌌たものであ぀た。結果は以䞋の
ずおりであ぀た。(a)膜901初期電圧4.0、陰極液
(2)で30分間11.5、陰極液(1)で28時間3.9ボルト。
(b)膜204初期電圧3.9、陰極液(2)で60分間12.8ボ
ルト、陰極液(1)で24時間3.9ボルト。䞊蚘の結果
は、酞の可溶性塩䟋えば塩化ナトリりムによ
る、よごれた膜の回埩における有効性、ならび
に、カチオン透過性膜を通過する氎酞むオン含有
氎溶液ぞの倚䟡カチオンの電気移動における有効
性を瀺すものである。同様の実隓を、陜極液、氎
性䟛絊液、䟡および倚䟡カチオン塩、陰極液、
陜極、陰極、膜、䞍溶性化剀、むオン的䞍動性䜜
甚をも぀キレヌトおよび耇合䜓倚䟡カチオンの他
の組合せに぀いお行な぀た。䞊蚘の実隓の結果
は、倚䟡カチオンの䞍溶性化剀を含み、陰極ず電
気的に連絡する氎性液䞭で酞の可溶性塩を䜿甚す
るこずにより、カチオン透過性膜のよごれを防止
し、カチオン透過性膜を通過する倚䟡カチオンの
連続的高容量電気移動を提䟛するこずを瀺す。
Another aspect of the method of the invention is the recovery of membranes contaminated by polyvalent cation salts. To illustrate the practice of this aspect of the invention, a two-chamber electrodialysis cell was constructed by removing the reactor chamber from the cell of Example 1. The anode and cathode compartments were separated by cation permeable membranes, namely Nafion perfluorinated membranes 901 and 203. The 901 membrane described above consists of a sulfonic acid group and a carboxylic acid group, and the 204 membrane described above contains a sulfonic acid group and a sulfonamide group. For both membranes, against chlor-alkali electrolysis,
High caustic efficiency membrane. The anolyte has a pH of 2 and 5
It was an aqueous solution consisting of 20% by weight of calcium chloride and 20% by weight of sodium chloride. Two catholytes were used. The catholyte (1) is for electrolysis and dirty membrane recovery and contains 2% by weight sodium hydroxide and 20% by weight.
The catholyte (2) is for cleaning the membrane and consists of a 20% by weight aqueous caustic solution. The electrolytic conditions used were those of Example 1. The cell was operated with catholyte (1) for 2 hours before taking the initial voltage and for about 24 hours before taking the final voltage. The catholyte (1) was replaced with the catholyte (2) and the cell voltage was observed until the voltage reached approximately 10 volts. Next, add the catholyte (2) to the catholyte.
Replaced with (1). The cell was operated for approximately 24 hours and the voltage was recorded. The results of several soil and recovery cycles were very similar. The results were as follows. (a) Membrane 901: initial voltage 4.0, catholyte
(2) at 11.5 volts for 30 minutes and catholyte (1) at 3.9 volts for 28 hours.
(b) Membrane 204: initial voltage 3.9, 12.8 volts for 60 minutes with catholyte (2), 3.9 volts for 24 hours with catholyte (1). The above results demonstrate the effectiveness of soluble salts of acids (e.g., sodium chloride) in the recovery of fouled membranes, as well as in the electrotransfer of polyvalent cations through cation-permeable membranes into aqueous solutions containing hydroxide ions. This shows that. Similar experiments were performed on the anolyte, aqueous feed, monovalent and polyvalent cation salts, catholyte,
Other combinations of anodes, cathodes, membranes, insolubilizing agents, chelates with ionic immobilizing effects, and complex polyvalent cations were investigated. The results of the above experiments demonstrate that the use of a soluble salt of an acid in an aqueous liquid containing a polyvalent cation insolubilizer and in electrical communication with the cathode prevents fouling of the cation-permeable membrane and allows cation permeation. The present invention is shown to provide continuous high-capacity electrotransfer of multivalent cations across membranes.

Claims (1)

【特蚱請求の範囲】  倚䟡金属カチオンの塩の溶液ず前蚘塩および
䟡カチオンの塩の溶液ずから遞ばれた、第の
氎性の䟛絊液たたは陜極液䞭の倚䟡金属カチオン
の塩を、その塩アニオンの酞に、たたはその塩ア
ニオンがハラむドの堎合にはハロゲンに、電気透
析倉換する方法であ぀お、 前蚘氎性液からのカチオンを、カチオン透過性
膜を通しお、 (a) 酞この酞は、芏定液䞭でPH以䞋であ
り、しかも、前蚘倚䟡カチオンの氎溶性塩を圢
成するものずするの可溶性塩ず (b) 前蚘倚䟡カチオンず遞択的に反応しお、前蚘
倚䟡金属カチオンの沈柱、耇合䜓およびキレヌ
トから遞ばれたむオン的䞍動性物質を生成する
こずのできる䞍動性化剀ず を含む第の氎性液䞭ぞ電気移動するこずを含ん
でなる、前蚘の電気透析倉換法。  前蚘の第氎性液䞭の酞の可溶性塩がむオ
り、ハロゲン、窒玠、リンおよび炭玠の酞この
酞は、0.1N液䞭で、PH以䞋であるものずする
のアルカリ金属塩から遞ばれたものである特蚱請
求の範囲第項蚘茉の方法。  前蚘の第の氎性液が、前蚘倚䟡金属カチオ
ンず反応しお沈柱を生成する、可溶性の氎酞むオ
ン、炭酞むオン、炭酞氎玠むオンたたはそれらの
混合物からなる特蚱請求の範囲第項蚘茉の方
法。  前蚘の可溶性塩が、0.1N液䞭でPH以䞋で
ある酞の塩である特蚱請求の範囲第項蚘茉の方
法。  前蚘の䞍動性化剀が、アルカリシアニドむオ
ン、ゞメチルグロキシムむオン、゚チレンゞアミ
ノ四酢酞むオン、ニトロ゜プニルヒドロキシア
ミンむオン、氎酞むオン、炭酞むオン、炭酞氎玠
むオン、シナり酞むオン、ケむ酞むオン、フルオ
ラむドむオン、リン酞むオン、スルフむドむオ
ン、チオ硫酞むオン、むオン亀換暹脂材料および
それらの混合物から遞ばれた特蚱請求の範囲第
項蚘茉の方法。  前蚘の第の氎性液が、倚䟡カチオンの郚
分のむオン的䞍動性化剀を含んでおり、他の倚䟡
カチオンは䞍動性化されずに前蚘の第の氎性液
から、カチオン透過性膜を通぀お、(a)酞この酞
は、芏定液䞭でPH以䞋であり、しかも、前蚘
倚䟡カチオンず氎溶性塩を圢成するものずする
の可溶性塩ず(b)前蚘倚䟡カチオンず遞択的に反応
しお、前蚘倚䟡金属カチオンの沈柱、耇合䜓およ
びキレヌトから遞ばれたむオン的䞍動性化合物を
生成するこずのできる䞍動性化剀ずの氎性液であ
぀お、電気透析セルの陰極ず電気的に連絡しおい
る氎性液を含む第の宀ぞ電気移動される特蚱請
求の範囲第項蚘茉の方法。  前蚘の第の氎性液が、倚䟡金属カチオンの
塩の他に䟡金属カチオンの塩を含んでおり、第
の宀䞭の前蚘䟡金属カチオンがカチオン透過
性膜を通過しお、より倧きいPHをも぀氎性液ず
電気透析セル甚陰極ずを含む第の宀ぞ移動され
る特蚱請求の範囲第項蚘茉の方法。  陜極液ずしおの第の氎性液䞭の倚䟡カチオ
ンおよび䟡カチオンの塩の混合物に電気透析倉
換を適甚する方法であ぀お、前蚘の䟡および倚
䟡カチオンを、前蚘の第の氎性液から、カチオ
ン透過性膜を通しお、(a)酞この酞は芏定液䞭
でPH以䞋であり、しかも、前蚘倚䟡カチオンず
可溶性塩を圢成するものずするの可溶性塩ず(b)
前蚘倚䟡カチオンず遞択的に反応し、カチオン透
過性膜を通しお前蚘倚䟡金属カチオンのむオン的
䞍動性化を行なうこずのできる䞍動性化剀ずを含
む第の氎性液䞭ぞ電気移動し、そしお前蚘䟡
金属カチオンを、前蚘の第の氎性液から、他の
カチオン透過性膜を通しお、陰極ず電気的に連絡
し氎酞むオンを含む第の氎性液䞭ぞ電気移動
し、これによ぀お、氎性液䞭の䟡および倚䟡カ
チオンの電気透析分離を、高セル容量䞋で効果的
に実斜可胜ずした、特蚱請求の範囲第項蚘茉の
方法。  前蚘の第の氎性液䞭の䞍動性化剀が、前蚘
倚䟡金属カチオンず遞択的に反応しお、電荷をも
たないかもしくは負電荷をも぀キレヌトたたは耇
合䜓化合物を生成するこずのできる物質から遞ば
れた特蚱請求の範囲第項蚘茉の方法。  前蚘の第の氎性液䞭の前蚘䞍動性化剀
が、前蚘倚䟡カチオンず反応しお沈柱たたは氎䞍
溶性塩を生成するこずのできる物質から遞ばれた
特蚱請求の範囲第項蚘茉の方法。  存圚する倚䟡金属カチオンずキレヌトたた
は耇合䜓化合物を生成するこずのできる前蚘䞍動
性化剀が、アルカリシアヌド、ゞメチルグロキシ
ム、゚チレンゞアミノ四酢酞たたはニトロ゜プ
ニルヒドロキシアミンである特蚱請求の範囲第
項蚘茉の方法。  前蚘倚䟡カチオンをむオン的に䞍動性化
し、前蚘倚䟡カチオンず沈柱たたは氎䞍溶性化合
物を生成するこずのできる前蚘の䞍動性化剀が、
可溶性の氎酞むオン、炭酞むオン、炭酞氎玠むオ
ン、シナり酞むオン、フルオラむドむオン、ケむ
酞むオン、リン酞むオン、スルフむドむオン、チ
オ硫酞むオン、重合䜓酞、むオン亀換材料、およ
びそれらの混合物から遞ばれた特蚱請求の範囲第
項蚘茉の方法。  前蚘の䟡カチオンの塩がアルカリ金属ハ
ロゲン化物であり、䟡および倚䟡金属カチオン
を反応噚宀䞭の第の氎性液䞭ぞ電気移動する特
蚱請求の範囲第項蚘茉の方法。  前蚘のアルカリ金属ハロゲン化物が塩化ナ
トリりムである特蚱請求の範囲第項蚘茉の方
法。  陰極液が氎酞化ナトリりム氎溶液である特
蚱請求の範囲第項蚘茉の方法。  前蚘倚䟡金属カチオンを䞍溶性化し、濟過
たたはむオン亀換によ぀お反応噚宀䞭の氎性液か
ら陀去する特蚱請求の範囲第項蚘茉の方法。  (a)よごれた膜の陰極偎ず接觊する、酞こ
の酞は、芏定液䞭でPH以䞋であり、しかも、
倚䟡カチオンの氎溶性塩を圢成するものずする
の可溶性塩の氎性液ず、(b)前蚘のよごれた膜の陜
極偎ず接觊する酞性氎性液ずをも぀電気透析セル
に電流を通し、これによ぀お倚䟡カチオンを前蚘
のよごれた膜から、酞の可溶性塩からなる氎性液
䞭ぞ電気移動するこずにより、膜をよごしおいる
倚䟡金属カチオンを倉換し膜から陀去する特蚱請
求の範囲第項蚘茉の方法。  前蚘の酞の可溶性塩が、むオり、ハロゲ
ン、窒玠、リンおよび炭玠の酞この酞は、
0.1N液䞭でPH以䞋であり、前蚘倚䟡カチオン
ず氎溶性塩を圢成するものずするのアルカリ金
属塩から遞ばれたものである特蚱請求の範囲第
項蚘茉の方法。  前蚘の酞性氎性液䞭の酞が、むオり、ハロ
ゲン、窒玠、リンおよび炭玠の酞この酞は、
0.1N液䞭でPH以䞋であるものずするたたは
その混合物から遞ばれたものである特蚱請求の範
囲第項蚘茉の方法。  少なくずも陰極宀ず陜極宀ずを含み、倚䟡
金属カチオンの可溶性塩を含んでなる酞性氎性液
を含み、陜極宀であるこずはできるが陰極宀であ
るこずはできない宀ず、氎酞むオン、炭酞むオ
ン、炭酞氎玠むオンたたはそれらの混合物を含
み、陰極宀であるこずはできるが陜極宀であるこ
ずはできない他の宀ず、前蚘宀を分離するカチオ
ン透過性膜ずを含む電気透析セルに、電流を通す
こずからなる特蚱請求の範囲第項蚘茉の方法。
Claims: 1. A salt of a polyvalent metal cation in a first aqueous feed solution or anolyte, selected from a solution of a salt of a polyvalent metal cation and a solution of said salt and a salt of a monovalent cation. to its salt anion acid, or to a halogen if the salt anion is a halide, the method comprising: passing a cation from said aqueous liquid through a cation-permeable membrane; (b) selectively reacts with the polyvalent cation; and electrotransferring the multivalent metal cation into a second aqueous liquid comprising an immobilizing agent capable of producing an ionically immobile material selected from precipitates, complexes, and chelates of the multivalent metal cation. Electrodialysis conversion method as described above. 2 The soluble salt of the acid in the second aqueous liquid is a sulfur, halogen, nitrogen, phosphorus, and carbon acid (this acid shall have a pH of 2 or less in the 0.1N liquid)
The method according to claim 1, wherein the alkali metal salt is selected from the group consisting of alkali metal salts of 3. The second aqueous liquid comprises soluble hydroxide ions, carbonate ions, bicarbonate ions, or a mixture thereof, which reacts with the polyvalent metal cation to form a precipitate. the method of. 4. The method according to claim 1, wherein the soluble salt is a salt of an acid having a pH of 2 or less in a 0.1N solution. 5 The immobilizing agent is an alkali cyanide ion, dimethyl gloxime ion, ethylene diamino tetraacetic acid ion, nitrosophenylhydroxyamine ion, hydroxide ion, carbonate ion, bicarbonate ion, oxalate ion, silicate ion , fluoride ions, phosphate ions, sulfide ions, thiosulfate ions, ion exchange resin materials, and mixtures thereof.
The method described in section. 6. Said second aqueous liquid contains an ionic immobilizer for a portion of the polyvalent cations, and the cations are removed from said second aqueous liquid without immobilization of the other polyvalent cations. Through a permeable membrane, (a) an acid (the acid must have a pH of 3 or less in a 1N solution and form a water-soluble salt with the polyvalent cation);
(b) an immobilizing agent capable of selectively reacting with said polyvalent cation to produce an ionically immobile compound selected from precipitates, complexes and chelates of said polyvalent metal cation; 2. The method of claim 1, wherein the aqueous liquid is electrotransferred to a third chamber containing the aqueous liquid, the aqueous liquid being in electrical communication with the cathode of the electrodialysis cell. 7. The first aqueous liquid contains a salt of a monovalent metal cation in addition to a salt of a polyvalent metal cation, and the monovalent metal cation in the second chamber passes through a cation-permeable membrane. . The method of claim 1, wherein the third chamber contains an aqueous liquid having a pH greater than 7 and a cathode for an electrodialysis cell. 8. A method of applying electrodialytic conversion to a mixture of salts of polyvalent and monovalent cations in a first aqueous liquid as an anolyte, the method comprising: An aqueous solution is passed through a cation-permeable membrane to form a soluble salt of (a) an acid (the acid must have a pH of 3 or less in a 1N solution and form a soluble salt with the polyvalent cation) and (b) )
and an immobilizing agent capable of selectively reacting with the polyvalent cations and effecting ionic immobilization of the polyvalent metal cations through a cation-permeable membrane; and electrotransferring the monovalent metal cations from the second aqueous liquid through another cation-permeable membrane into a third aqueous liquid in electrical communication with the cathode and containing hydroxyl ions; The method according to claim 1, wherein the electrodialytic separation of monovalent and polyvalent cations in an aqueous liquid can be carried out effectively under high cell capacity. 9. The immobilizing agent in the second aqueous liquid selectively reacts with the polyvalent metal cation to form an uncharged or negatively charged chelate or complex compound. 9. The method according to claim 8, wherein the method is selected from materials that can be used. 10. The method of claim 8, wherein the immobilizing agent in the second aqueous liquid is selected from substances capable of reacting with the polyvalent cation to form a precipitate or a water-insoluble salt. Method. 11. The immobilizing agent capable of forming a chelate or complex compound with the polyvalent metal cation present is an alkali shead, dimethyl gloxime, ethylene diamino tetraacetic acid or nitrosophenyl hydroxyamine. 9
The method described in section. 12. The immobilizing agent capable of ionically immobilizing the polyvalent cation and forming a precipitate or a water-insoluble compound with the polyvalent cation,
selected from soluble hydroxide ions, carbonate ions, bicarbonate ions, oxalate ions, fluoride ions, silicate ions, phosphate ions, sulfide ions, thiosulfate ions, polymeric acids, ion exchange materials, and mixtures thereof. The method according to claim 10. 13. The method of claim 8, wherein the monovalent cation salt is an alkali metal halide and the monovalent and polyvalent metal cations are electrotransferred into the second aqueous liquid in the reactor chamber. 14. The method according to claim 13, wherein the alkali metal halide is sodium chloride. 15. The method according to claim 13, wherein the catholyte is an aqueous sodium hydroxide solution. 16. The method of claim 13, wherein the polyvalent metal cation is made insoluble and removed from the aqueous liquid in the reactor chamber by filtration or ion exchange. 17 (a) An acid in contact with the cathode side of the dirty membrane (this acid has a pH of 3 or less in a 1N solution, and
shall form water-soluble salts of polyvalent cations)
(b) an acidic aqueous solution in contact with the anode side of the contaminated membrane, thereby removing polyvalent cations from the contaminated membrane. 2. The method of claim 1, wherein polyvalent metal cations contaminating the membrane are converted and removed from the membrane by electrotransfer into an aqueous solution comprising a soluble salt of an acid. 18 Soluble salts of the above acids include sulfur, halogen, nitrogen, phosphorus and carbon acids (this acid is
Claim 1, which is selected from alkali metal salts having a pH of 2 or less in a 0.1N solution and forming a water-soluble salt with the polyvalent cation.
The method described in Section 7. 19 The acid in the acidic aqueous liquid is a sulfur, halogen, nitrogen, phosphorus and carbon acid (this acid is
18. The method according to claim 17, wherein the method is selected from PH of 2 or less in a 0.1N solution or a mixture thereof. 20 A chamber comprising at least a cathode chamber and an anode chamber, containing an acidic aqueous liquid comprising a soluble salt of a polyvalent metal cation, and capable of being an anode chamber but not a cathode chamber, hydroxide ions, an electrodialysis cell comprising a cation permeable membrane separating said chamber from another chamber containing carbonate ions, bicarbonate ions or mixtures thereof and which can be a cathode chamber but not an anolyte chamber; 2. A method according to claim 1, comprising passing an electric current.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57167706A (en) * 1981-03-09 1982-10-15 Jiei Bauhan Danieru Electrodialytic refining method

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JPS57167706A (en) * 1981-03-09 1982-10-15 Jiei Bauhan Danieru Electrodialytic refining method

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