RU2064978C1 - Filtering diaphragm for chlorine electrolyzer - Google Patents

Filtering diaphragm for chlorine electrolyzer Download PDF

Info

Publication number
RU2064978C1
RU2064978C1 RU93044023A RU93044023A RU2064978C1 RU 2064978 C1 RU2064978 C1 RU 2064978C1 RU 93044023 A RU93044023 A RU 93044023A RU 93044023 A RU93044023 A RU 93044023A RU 2064978 C1 RU2064978 C1 RU 2064978C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
diaphragm
asbestos
fibers
layer
polymer
Prior art date
Application number
RU93044023A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU93044023A (en
Inventor
Ю.И. Якушев
Ф.И. Львович
В.В. Банников
Original Assignee
Московский химический завод "Синтез"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Московский химический завод "Синтез" filed Critical Московский химический завод "Синтез"
Priority to RU93044023A priority Critical patent/RU2064978C1/en
Publication of RU93044023A publication Critical patent/RU93044023A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2064978C1 publication Critical patent/RU2064978C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

FIELD: chemical industry. SUBSTANCE: filtering diaphragm is made of two layers one of which turned to cathode has, wt.-%: fibers prepared of inorganic dielectric substance 10-40; ; polymer 4-10, and asbestos fiber - the rest. Diaphragm can contain an intermediate layer. Invention can be used for chlorine and alkali production by electrochemical method. EFFECT: increased effectiveness of diaphragm. 5 tbl

Description

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано в производстве хлора и щелочи электрохимическим способом в электролизерах с твердым катодом и диафрагмой. The invention relates to the chemical industry and can be used in the production of chlorine and alkali by the electrochemical method in electrolytic cells with a solid cathode and a diaphragm.

Известна диафрагма (1), состоящая из асбестовых волокон (до 90%) и волокон из неорганических веществ, которые неэлектропроводны и коррозионно устойчивы, в том числе стекловолокна. Слой диафрагмы закрепляется с двух или с одной стороны мелкоячеистыми сетками для фиксации заданной толщины фильтрующей перегородки (диафрагмы), поскольку при изготовлении без сеток толщина диафрагмы будет изменяться в пределах от 2 до 6 мм. Диафрагма также может содержать полимерное вещество, в том числе волокна политетрафторэтилена. Known diaphragm (1), consisting of asbestos fibers (up to 90%) and fibers from inorganic substances that are non-conductive and corrosion resistant, including fiberglass. The diaphragm layer is fixed on two or one side with fine-mesh nets to fix the specified thickness of the filtering partition (diaphragm), since in the manufacture without nets the diaphragm thickness will vary from 2 to 6 mm. The diaphragm may also contain a polymeric substance, including polytetrafluoroethylene fibers.

Эта диафрагма позволяет получать хлор и щелочь с высоким содержанием целевого продукта при минимальном межэлектродном расстоянии и с повышенной плотностью тока, достигающей 20-60 А/дм2. Однако при электролизе с известной диафрагмой имеет место повышенный расход электроэнергии, а содержание хлората в щелочи достигает при концентрации гидрооксида натрия 140 г/л 0,1-0,2 г/л. Кроме того, содержание хлора в хлоргазе не превышает величины 98,5 об.This diaphragm allows you to get chlorine and alkali with a high content of the target product with a minimum interelectrode distance and with a high current density reaching 20-60 A / DM 2 . However, during electrolysis with a known diaphragm, an increased energy consumption occurs, and the chlorate content in alkali reaches a concentration of sodium hydroxide of 140 g / l of 0.1-0.2 g / l. In addition, the chlorine content in chlorine gas does not exceed 98.5 vol.

Задача изобретения повышение чистоты получаемых продуктов хлора и щелочи и снижение расхода электроэнергии на проведение электролиза. The objective of the invention is to increase the purity of the resulting chlorine and alkali products and reduce the energy consumption for electrolysis.

Поставленная задача решается тем, что фильтрующая диафрагма, содержащая асбестовые волокна, волокна из неорганического неэлектропроводного вещества и фторсодержащего полимера, выполнена по крайней мере из двух слоев, из которых слой, обращенный к катоду (катодный), содержит (мас.): неорганических неэлектропроводных волокон 10-40% фторсодержащего полимера 4-10% остальное асбест. Слой, обращенный к аноду (анодный), содержит (мас.): полимер 6-12% и асбест остальное. Предлагаемая диафрагма может включать промежуточный слой, который содержит (мас.): волокна из неэлектропроводного неорганического вещества 1-5% фторсодержащий полимер 4-10% асбест остальное. Соотношение масс для слоев, обращенного к аноду, промежуточного слоя и слоя, обращенного к катоду, составляет 1:(≅ 3):(6-10) соответственно. Такая слоистая структура позволяет получать диафрагму с заданными свойствами. Так, например, при значительной интенсификации процесса электролиза необходима такая фильтрующая диафрагма, которая обеспечивала бы более высокую протекаемость слоев в сочетании с повышенной разделяющей способностью диафрагмы и снижение напряжения на нем. Прямым снижением толщины асбестовой диафрагмы достигнуть этого не удается, так как резко возрастает неоднородность фронта фильтрации электролита через пористую перегородку. Добавление неасбестовых волокон в один или несколько слоев позволяет регулировать протекаемость пористого слоя и повысить разделяющую способность фильтрующей диафрагмы с одновременным снижением напряжения на электролизере или достижением такого же напряжения, как на известной диафрагме, но с межэлектродным расстоянием 12 мм вместо 6 мм. Примеры испытаний диафрагм по предлагаемому решению представлены в таблицах 1-5, где наряду со значениями напряжения на электролизерах представлены данные по качеству электролитической щелочи и составу хлоргаза. The problem is solved in that the filtering diaphragm containing asbestos fibers, fibers of an inorganic non-conductive substance and a fluorine-containing polymer, is made of at least two layers, of which the layer facing the cathode (cathode) contains (wt.): Inorganic non-conductive fibers 10-40% fluorine-containing polymer 4-10% the rest is asbestos. The layer facing the anode (anode) contains (wt.): Polymer 6-12% and the rest is asbestos. The proposed diaphragm may include an intermediate layer, which contains (wt.): Fibers from non-conductive inorganic substances 1-5% fluorine-containing polymer 4-10% asbestos the rest. The mass ratio for the layers facing the anode, the intermediate layer and the layer facing the cathode is 1: (≅ 3) :( 6-10), respectively. Such a layered structure allows to obtain a diaphragm with desired properties. So, for example, with a significant intensification of the electrolysis process, such a filtering diaphragm is needed that would provide a higher permeability of the layers in combination with an increased separation ability of the diaphragm and a decrease in voltage on it. It is not possible to achieve this by directly reducing the thickness of the asbestos diaphragm, since the heterogeneity of the electrolyte filtration front through the porous septum sharply increases. The addition of non-asbestos fibers in one or several layers makes it possible to control the permeability of the porous layer and increase the separation ability of the filtering diaphragm while reducing the voltage on the electrolyzer or achieving the same voltage as on the known diaphragm, but with an interelectrode distance of 12 mm instead of 6 mm. Examples of diaphragm tests for the proposed solution are presented in tables 1-5, where, along with the voltage values on the electrolytic cells, data are presented on the quality of the electrolytic alkali and the composition of chlorine gas.

Пример 1. Example 1

На сетчатый катод лабораторного вертикального электролизера осаждают двухслойную диафрагму из асбестосодержащих суспензий. Суспензия для приготовления первого слоя с катодной стороны содержит (мас.): 8% фторсодержащего полимера Ф-4МБ(а) (сополимер гексафторпропилена с тетрафторэтиленом), гидрофилизированного смачивателем, 8% стекловолокна, остальное волокна асбеста. Суспензия для осаждения второго, обращенного к аноду слоя содержит (мас.): 10% полимера Ф-МБ(а) и 90% волокон асбеста. Суспензию готовят на основе электролитической щелочи состава: гидрооксид натрия 140 г/л, хлорид натрия 170 г/л, остальное вода. Осаждение первого слоя осуществляется при увеличении вакуума от 0 до 400 мм рт.ст. при осаждении второго слоя вакуум 400-450 мм рт. ст. Осаждение проводят до соотношения слоев (анодного и катодного) 1:8. Затем проводят термообработку до температуры не выше 300oC. Диафрагму, установленную в электролизер, испытывают в растворе NaCl концентрацией 300 г/л. Состав приготовленной диафрагмы и результаты испытаний представлены в таблице 1. Испытания проводились в лабораторном электролизере при межэлектродном расстоянии 12 мм плотности тока 20 А/дм2, площади анода, катода и диафрагмы 50 см2.A two-layer diaphragm from asbestos-containing suspensions is deposited on the mesh cathode of a laboratory vertical electrolyzer. The suspension for the preparation of the first layer on the cathode side contains (wt.): 8% fluorine-containing polymer F-4MB (a) (copolymer of hexafluoropropylene with tetrafluoroethylene), hydrophilized with a wetting agent, 8% fiberglass, the rest is asbestos fiber. The suspension for the deposition of the second layer facing the anode contains (wt.): 10% polymer F-MB (a) and 90% asbestos fibers. The suspension is prepared on the basis of electrolytic alkali composition: sodium hydroxide 140 g / l, sodium chloride 170 g / l, the rest is water. The deposition of the first layer is carried out with an increase in vacuum from 0 to 400 mm Hg. during the deposition of the second layer, a vacuum of 400-450 mm RT. Art. Precipitation is carried out to a ratio of layers (anodic and cathodic) 1: 8. Then heat treatment is carried out to a temperature of no higher than 300 o C. The diaphragm installed in the electrolyzer is tested in a 300 g / L NaCl solution. The composition of the prepared diaphragm and the test results are presented in table 1. The tests were carried out in a laboratory electrolyzer with an interelectrode distance of 12 mm current density of 20 A / dm 2 , the area of the anode, cathode and diaphragm 50 cm 2 .

Пример 2. Example 2

Проводят изготовление и испытание диафрагмы в соответствии с примером 1, но в опытах 2-5 (п.п. 2-5) изменяют содержание стекловолокна в интервалах 10-50% (мас.), а в опытах 6-10 концентрацию стекловолокна в катодном слое в интервалах 8-45% (мас.) при концентрации полимера 10% (мас.), в опытах 11-15 при концентрации полимера 4% (мас.). Состав катодного слоя диафрагмы и результаты испытаний приведены в таблице 1. The diaphragm is manufactured and tested in accordance with Example 1, but in experiments 2-5 (items 2-5) the fiberglass content is changed in the ranges of 10-50% (wt.), And in experiments 6-10 the fiberglass concentration in the cathode layer in the intervals of 8-45% (wt.) at a polymer concentration of 10% (wt.), in experiments 11-15 at a polymer concentration of 4% (wt.). The composition of the cathode layer of the diaphragm and the test results are shown in table 1.

Пример 3. Example 3

Проводят изготовление диафрагмы, как описано в примере 1, но при содержании стекловолокна в катодном слое 10 и 30% (мас.), а содержание полимера изменяют в интервале 2-12% (мас.) (таблица 2). The diaphragm is fabricated as described in Example 1, but when the glass fiber content in the cathode layer is 10 and 30% (wt.), And the polymer content is changed in the range of 2-12% (wt.) (Table 2).

Пример 4. Example 4

Проводят изготовление и испытание диафрагм по примеру 1, но при этом (п. п. 26-30) изменяют содержание полимера в анодном слое в интервале 5-12,5% (мас.). Соотношение масс анодного и катодного слоев 1:9. Катодный слой содержал 5-6% (мас.) полимера и 25-30% (мас.) стекловолокна (таблица 3). The diaphragms are manufactured and tested according to Example 1, but at the same time (pp. 26-30), the polymer content in the anode layer is changed in the range of 5-12.5% (wt.). The mass ratio of the anode and cathode layers is 1: 9. The cathode layer contained 5-6% (wt.) Polymer and 25-30% (wt.) Fiberglass (table 3).

Пример 5. Example 5

Проводят изготовление и испытание (по примеру 1) трехслойной диафрагмы, причем промежуточный слой осаждают при вакууме 400-420 мм рт.ст. а анодный - при 420-450 мм рт.ст. Раствор электролитической щелочи для приготовления пульпы промежуточного слоя такой же, как и в примере 1. Соотношение масс слоев от анода к катоду составляет 1:2:8. Катодный слой содержит 9-10% (мас.) полимера и 20% (мас.) стекловолокна, анодный слой содержит 10% (мас.) полимера. A three-layer diaphragm is fabricated and tested (as in Example 1), the intermediate layer being precipitated under a vacuum of 400-420 mm Hg. and the anode at 420-450 mm Hg The solution of electrolytic alkali for the preparation of the pulp of the intermediate layer is the same as in example 1. The ratio of the masses of the layers from the anode to the cathode is 1: 2: 8. The cathode layer contains 9-10% (wt.) Polymer and 20% (wt.) Fiberglass, the anode layer contains 10% (wt.) Polymer.

В п.п. 31-35 промежуточный слой содержит 6% полимера, а содержание стекловолокна в нем изменяют от 0,5 до 6% (мас.). В п.п. 36-40 промежуточный слой содержит 4% (мас.) кварцевого волокна, а содержание полимера изменяют в интервале 3-12 мас. (таблица 4). In p.p. 31-35 the intermediate layer contains 6% of the polymer, and the content of glass fiber in it is changed from 0.5 to 6% (wt.). In p.p. 36-40 the intermediate layer contains 4% (wt.) Silica fiber, and the polymer content is changed in the range of 3-12 wt. (table 4).

Пример 6. Example 6

Проводят изготовление трехслойной диафрагмы, как в примере 5, но изменяя соотношения масс слоев согласно таблице 5, причем катодный слой содержит (мас. ): 6-8% полимера, 20% стекловолокна, остальное асбест. Промежуточный слой содержит (мас.): 6% полимера, 4% стекловолокна, остальное асбест. Анодный слой содержит (мас.): 10% полимера в смеси с асбестом (остальное). A three-layer diaphragm is manufactured, as in example 5, but by changing the mass ratios of the layers according to table 5, the cathode layer containing (wt.): 6-8% polymer, 20% glass fiber, the rest is asbestos. The intermediate layer contains (wt.): 6% polymer, 4% fiberglass, the rest is asbestos. The anode layer contains (wt.): 10% of the polymer mixed with asbestos (the rest).

Пример 7. Example 7

Проводят изготовление диафрагмы по известному способу и испытывают ее одновременно в сравнительных условиях с диафрагмой по примеру 1 на лабораторных вертикальных электролизерах. При межэлектродном расстоянии на электролизерах 6 мм и плотности тока 40 А/дм2 напряжение на электролизерах составило соответственно 3,75 и 3,40 В для известной и предлагаемой диафрагм; соответственно содержание хлората натрия в католите - 0,15 и 0,05 г/л (при концентрации гидрооксида натрия в католите 140 г/л).The diaphragm is manufactured according to a known method and tested simultaneously under comparative conditions with the diaphragm of Example 1 in laboratory vertical electrolyzers. When the interelectrode distance on the electrolytic cells was 6 mm and the current density was 40 A / dm 2, the voltage on the electrolytic cells was 3.75 and 3.40 V, respectively, for the known and proposed diaphragms; accordingly, the sodium chlorate content in catholyte is 0.15 and 0.05 g / l (at a concentration of sodium hydroxide in catholyte 140 g / l).

Пример 8. Example 8

Проводят изготовление диафрагмы по известному способу и испытывают ее одновременно в сравнительных условиях с диафрагмой по примеру 1 на лабораторных вертикальных электролизерах. Диафрагма состоит из фибриллизованного волокнистого фторполимера Ф-4 взамен асбестовых волокон, в остальном состав тот же, как в примере 7. The diaphragm is manufactured according to a known method and tested simultaneously under comparative conditions with the diaphragm of Example 1 in laboratory vertical electrolyzers. The diaphragm consists of a fibrilized fibrous fluoropolymer F-4 instead of asbestos fibers, the rest of the composition is the same as in example 7.

Результаты испытаний в электролизе для известной и предлагаемой диафрагм соответственно: содержание хлората натрия в католите 0,15 и 0,05 г/л (при концентрации гидрооксида натрия в католите 140 г/л). Напряжение на электролизерах составило соответственно 3,75 и 3,35 В для известной и предлагаемой диафрагм. The test results in electrolysis for the known and proposed diaphragms, respectively: the sodium chlorate content in catholyte is 0.15 and 0.05 g / l (at a concentration of sodium hydroxide in catholyte 140 g / l). The voltage across the electrolysers was 3.75 and 3.35 V, respectively, for the known and proposed diaphragms.

Результаты, представленные в таблицах 1-5 и в примерах 7 и 8, подтверждают правомерность выбранных по предлагаемому решению интервалов концентраций компонентов и соотношений слоев, поскольку для ограниченных интервалами областей получены оптимальные структуры слоистых диафрагм, позволяющих осуществлять процесс электролиза с меньшими напряжениями и при повышенной чистоте целевых продуктов. Поскольку предлагаемая диафрагма в сопоставительных примерах 7 и 8 при межэлектродном расстоянии вдвое меньше, чем в примерах 1-6, и вдвое большей плотности тока показывает положительные результаты, то следует сделать вывод о ее преимуществе перед известной диафрагмой. The results presented in tables 1-5 and in examples 7 and 8 confirm the validity of the ranges of component concentrations and layer ratios selected for the proposed solution, since for the limited regions the optimal structures of layered diaphragms were obtained, which allow the electrolysis process to be performed with lower voltages and with higher purity target products. Since the proposed diaphragm in comparative examples 7 and 8 at an interelectrode distance is half that of examples 1-6, and twice as large as the current density shows positive results, it should be concluded about its advantage over the known diaphragm.

Claims (2)

1. Фильтрующая диафрагма для хлорного электролизера, включающая асбестовые волокна, волокна из неэлектропроводных веществ и фторполимеров, отличающаяся тем, что выполнена из слоев, из которых слой, обращенный к катоду, содержит асбестовые волокна, волокна из неэлектропроводных веществ и фторполимер при следующем соотношении компонентов, мас. 1. The filtering diaphragm for a chlorine electrolyzer, including asbestos fibers, fibers from non-conductive substances and fluoropolymers, characterized in that it is made of layers, of which the layer facing the cathode contains asbestos fibers, fibers from non-conductive substances and fluoropolymer in the following ratio of components, wt. Волокно из неэлектропроводного вещества 10 40
Фторполимер 4 10
Асбестовое волокно Остальное
а слой, обращенный к аноду, содержит фторполимер и асбестовое волокно при следующем соотношении компонентов:
Фторполимер 6 12
Асбестовое волокно Остальное
2. Диафрагма по п. 1, отличающаяся тем, что соотношение масс слоев от анода составляет 1 (6 10).
Non-conductive fiber 10 40
Fluoropolymer 4 10
Asbestos fiber
and the layer facing the anode contains a fluoropolymer and asbestos fiber in the following ratio of components:
Fluoropolymer 6 12
Asbestos fiber
2. The diaphragm according to claim 1, characterized in that the ratio of the masses of the layers from the anode is 1 (6 10).
3. Диафрагма по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным промежуточным слоем, который содержит волокна из неэлектропроводных веществ, асбестовые волокна и фторполимер при следующем соотношении компонентов, мас. 3. The diaphragm according to claim 1, characterized in that it is equipped with an additional intermediate layer, which contains fibers of non-conductive substances, asbestos fibers and a fluoropolymer in the following ratio of components, wt. Волокно из неэлектропроводного вещества 1 5
Фторполимер 4 10
Асбестовое волокно Остальное
4. Диафрагма по п. 3, отличающаяся тем, что соотношение масс слоев от анода составляет 1 (≅ 3) (6 10).
Non-conductive fiber 1 5
Fluoropolymer 4 10
Asbestos fiber
4. The diaphragm according to claim 3, characterized in that the ratio of the masses of the layers from the anode is 1 (≅ 3) (6 10).
RU93044023A 1993-09-05 1993-09-05 Filtering diaphragm for chlorine electrolyzer RU2064978C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93044023A RU2064978C1 (en) 1993-09-05 1993-09-05 Filtering diaphragm for chlorine electrolyzer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93044023A RU2064978C1 (en) 1993-09-05 1993-09-05 Filtering diaphragm for chlorine electrolyzer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU93044023A RU93044023A (en) 1996-02-10
RU2064978C1 true RU2064978C1 (en) 1996-08-10

Family

ID=20147262

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU93044023A RU2064978C1 (en) 1993-09-05 1993-09-05 Filtering diaphragm for chlorine electrolyzer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2064978C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Патент ФРГ N 2134126, кл. C 01D 1/06, оп.75. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA1056768A (en) Coating metal anodes to decrease consumption rates
SU904529A3 (en) Method of producing cation-penetrable separator
US4743349A (en) Electrically conductive fibrous web substrate and cathodic element comprised thereof
CA1113421A (en) Electrolysis in a cell employing uniform membrane spacing actuated by pressure
US5168005A (en) Multiaxially reinforced membrane
KR830002163B1 (en) Chlorine-Alkaline Electrolyzer
US4036728A (en) Converting a diaphragm electrolytic cell to a membrane electrolytic cell
EP0545068A2 (en) Wetting of diaphragms
US4666573A (en) Synthetic diaphragm and process of use thereof
US4547411A (en) Process for preparing ion-exchange membranes
US4140615A (en) Cell and process for electrolyzing aqueous solutions using a porous anode separator
US4752369A (en) Electrochemical cell with improved energy efficiency
US4584071A (en) Process for electrolysis of brine with iodide impurities
RU2064978C1 (en) Filtering diaphragm for chlorine electrolyzer
EP0096991B1 (en) Porous diaphragm for electrolytic cell
US8460536B2 (en) Diaphragm for electrolytic cell
US4020235A (en) Novel composite diaphragm material
US4181592A (en) Converting a diaphragm electrolytic cell to a membrane electrolytic cell
NO771351L (en) DIAGRAGMA FOR ELECTROLYSIS CELLS AND PROCEDURES FOR THE MANUFACTURE OF THESE.
FI64816B (en) PERMEABELT MEMBRAN FOER ELEKTROKEMISK CELL
JPH0660250B2 (en) Enhanced cation exchange membrane and method
USRE34233E (en) Electrically conductive fibrous web substrate and cathodic element comprised thereof
FI68671C (en) PERMEABEL DIAPHRAGM AV ETT HYDROFOBT ORGANIC POLYMER MATERIAL FOER ELECTROLYSIS AV EQUIPMENT ALKALINE METAL HALOGEN
US4056447A (en) Electrolyzing alkali metal chlorides using resin bonded asbestos diaphragm
MXPA97003602A (en) Process for the removal of metallic impurities through electroquim route