RU2566415C1 - Method to change characteristics of electrodialyser with alternating cation- and anion-exchange membranes - Google Patents
Method to change characteristics of electrodialyser with alternating cation- and anion-exchange membranes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2566415C1 RU2566415C1 RU2014129703/05A RU2014129703A RU2566415C1 RU 2566415 C1 RU2566415 C1 RU 2566415C1 RU 2014129703/05 A RU2014129703/05 A RU 2014129703/05A RU 2014129703 A RU2014129703 A RU 2014129703A RU 2566415 C1 RU2566415 C1 RU 2566415C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodialyzer
- concentration
- solution
- chambers
- electrodialyser
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к мембранной технике и технологии, а именно к технике электродиализа.The invention relates to membrane technology and technology, namely the technique of electrodialysis.
Свойства электродиализаторов определяются особенностями ионообменных мембран, которые используются при его изготовлении. В настоящее время для электродиализного обессоливания и концентрирования растворов электролитов чаще всего применяют гетерогенные ионообменные мембраны, которые являются относительно дешевыми и при этом обладают необходимым набором физико-химических и электротранспортных свойств. Однако в зависимости от технологической задачи, которую выполняет электродиализатор, могут потребоваться ионообменные мембраны со специфическим набором свойств. Так для повышения эффективности электродиализного концентрирования растворов электролитов необходимы ионообменные мембраны с пониженной электроосмотической проницаемостью [патент РФ №2411070, B01D 071/60 (2006.01) Композиционная ионообменная мембрана / Шкирская С.А., Сычева А.А.-Р., Березина Н.П., Тимофеев С.В., Криштопа М.В.; ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный университет». - №20091314/05.].The properties of electrodialyzers are determined by the features of ion-exchange membranes, which are used in its manufacture. At present, for electrodialysis desalination and concentration of electrolyte solutions, heterogeneous ion-exchange membranes are most often used, which are relatively cheap and at the same time possess the necessary set of physicochemical and electric transport properties. However, depending on the technological task performed by the electrodialyzer, ion-exchange membranes with a specific set of properties may be required. So, to increase the efficiency of electrodialysis concentration of electrolyte solutions, ion-exchange membranes with reduced electroosmotic permeability are required [RF patent No. 2411070, B01D 071/60 (2006.01) Composite ion-exchange membrane / Shkirskaya SA, Sycheva A.A.-R., Berezina N. P., Timofeev S.V., Krishtopa M.V .; FSBEI HPE “Kuban State University”. - No. 20091314/05.].
Однако выбор ионообменных мембран ограничен промышленно выпускаемыми мембранами. Поэтому возникает необходимость разрабатывать методы модифицирования имеющихся промышленных ионообменных мембран с целью придания им необходимых свойств. Процесс модифицирования ионообменных мембран становится при этом отдельным технологическим этапом производства электродиализатора, предшествующим его сборке, и требует дополнительного оборудования, например, ванн с растворами модифицирующих агентов. Таким образом, к этапам сборки электродиализатора добавляется отдельный предварительный этап, связанный с получением модифицированных мембран с необходимыми свойствами, что приводит к увеличению времени изготовления и стоимости электродиализатора.However, the choice of ion-exchange membranes is limited to commercially available membranes. Therefore, there is a need to develop methods for modifying existing industrial ion-exchange membranes in order to give them the necessary properties. The process of modifying ion-exchange membranes becomes in this case a separate technological stage in the production of the electrodialyzer, prior to its assembly, and requires additional equipment, for example, baths with solutions of modifying agents. Thus, a separate preliminary stage is added to the assembly stages of the electrodialyzer, associated with the production of modified membranes with the necessary properties, which leads to an increase in the manufacturing time and cost of the electrodialyzer.
Известны способы, которые позволяют изменять характеристики одной мембраны. Так известен способ получения катионообменной композиционной мембраны при одновременном воздействии на мембрану градиентных концентрационного и электрического полей в две стадии [патент РФ №2487145, МПК C08J 5/22 (2006.01), B01D 69/12 (2006.01), B01D 71/32 (2006.01), Н01М 4/94 (2006.01), C08J 5/20 (2006.01), B01D 67/00 (2006.01)]. При этом катионообменная мембрана разделяет камеры ячейки с растворами различных составов и концентраций. В камеру со стороны отрицательно заряженного электрода на обеих стадиях подают раствор 0.005 М раствор серной кислоты. В камеру ячейки со стороны положительно заряженного электрода на первой стадии подают 0.01-0.001 М раствор анилина на фоне 0.005 М раствора серной кислоты. При этом происходит насыщение мембраны ионами фениламмония в течение 15-180 минут. На второй стадии - 0.01 М раствор хлорида железа(III) на фоне 0.005 М раствора серной кислоты. Полимеризация анилина в мембране в присутствии окислителя (хлорида железа(III)) происходит в течение 60-180 минут. Процесс проводят при пропускании постоянного электрического тока плотностью 40-100 А/м2. Недостатками данного метода является то, что полученные композитные материалы являются объемно-модифицированными, то есть имеют равномерное распределение модифицирующего компонента полианилина по объему полимерной матрицы. Применение в качестве окислителя хлорида железа(III) может вызвать образование осадка гидроксида железа(III) на поверхности катионообменной мембраны, что приведет к необходимости полной разборки электродиализатора для очистки мембран. Кроме того, объемномодифицированные композиты не обладают необходимым набором свойств для существенного изменения характеристик электродиализатора, а именно их диффузионная и электроосмотическая проницаемости незначительно отличаются от характеристик исходных катионообменных мембран.Known methods that allow you to change the characteristics of a single membrane. So there is a known method of producing a cation exchange composite membrane with simultaneous exposure to the membrane of gradient concentration and electric fields in two stages [RF patent No. 2487145, IPC C08J 5/22 (2006.01), B01D 69/12 (2006.01), B01D 71/32 (2006.01) , H01M 4/94 (2006.01), C08J 5/20 (2006.01), B01D 67/00 (2006.01)]. In this case, the cation exchange membrane separates the cell chambers with solutions of various compositions and concentrations. At both stages, a solution of a 0.005 M solution of sulfuric acid is fed into the chamber from the side of a negatively charged electrode. At the first stage, a 0.01-0.001 M aniline solution is fed into the cell chamber from the side of the positively charged electrode against a background of a 0.005 M sulfuric acid solution. In this case, the membrane is saturated with phenylammonium ions for 15-180 minutes. At the second stage, a 0.01 M solution of iron (III) chloride against a background of a 0.005 M solution of sulfuric acid. Polymerization of aniline in the membrane in the presence of an oxidizing agent (iron (III) chloride) occurs within 60-180 minutes. The process is carried out by passing a constant electric current with a density of 40-100 A / m 2 . The disadvantages of this method is that the obtained composite materials are volume-modified, that is, they have a uniform distribution of the modifying component of polyaniline over the volume of the polymer matrix. The use of iron (III) chloride as an oxidizing agent can cause the formation of an iron (III) hydroxide precipitate on the surface of the cation exchange membrane, which will lead to the need for complete disassembly of the electrodialyzer to clean the membranes. In addition, volume-modified composites do not possess the necessary set of properties for a significant change in the characteristics of the electrodialyzer, namely, their diffusion and electroosmotic permeabilities slightly differ from the characteristics of the initial cation-exchange membranes.
Способ изменения характеристик готового (собранного) электродиализатора с чередующимися катионообменными и анионообменными мембранами неизвестен из уровня техники.A method for changing the characteristics of a finished (assembled) electrodialyzer with alternating cation exchange and anion exchange membranes is not known from the prior art.
Технической задачей заявляемого изобретения является разработка способа изменения характеристик готового (собранного) электродиализатора в зависимости от целевого назначения, например, в качестве деионизатора или концентратора.The technical task of the invention is the development of a method for changing the characteristics of the finished (assembled) electrodialyzer depending on the intended purpose, for example, as a deionizer or concentrator.
Технический результат - снижение энергозатрат у электродиализатора с чередующимися катионообменными и анионообменными мембранами при его использовании.EFFECT: reduced energy consumption of an electrodialyzer with alternating cation exchange and anion exchange membranes when using it.
Для достижения заявленного результата в электродиализатор с исходными чередующимися катионообменными и анионообменными мембранами в камеры обессоливания (КО) подают 0.005-0.01 М раствор анилина в минеральной кислоте с концентрацией ионов водорода 0.05 М, а в камеры концентрирования (КК) - бихромат калия, перманганат калия, персульфат аммония или другой раствор соли, в котором анион кислотного остатка выступает в качестве окислителя, с концентрацией 0.0005-0.015 М в серной, соляной или другой минеральной кислоте с концентрацией ионов водорода 0.05 М, и пропускают постоянный электрический ток плотностью 80-500 А/м2 в течение 10-120 минут. В электродные камеры подают 0.025 М раствор серной или любой другой минеральной кислоты. Затем электродиализатор промывают дистиллированной водой для удаления из камер анилина и окислителя. Далее все камеры электродиализатора запитывают раствором минеральной кислоты с концентрацией не менее 0.05 М и выдерживают под током плотностью 80-150 А/м2 в течение 1-го часа для полного удаления анилина и окислителя из мембран.To achieve the stated result, a 0.005-0.01 M solution of aniline in mineral acid with a concentration of hydrogen ions of 0.05 M is fed to the electrodialyzer with the initial alternating cation-exchange and anion-exchange membranes in the desalination (KO) chambers, and potassium dichromate, potassium permanganate, to the concentration chambers (CC), ammonium persulfate or another salt solution in which the anion of the acid residue acts as an oxidizing agent, with a concentration of 0.0005-0.015 M in sulfuric, hydrochloric or other mineral acid with a concentration of hydrogen ions of 0.05 M, and pass a constant electric current with a density of 80-500 A / m 2 for 10-120 minutes. A 0.025 M solution of sulfuric or any other mineral acid is fed into the electrode chambers. Then, the electrodialyzer is washed with distilled water to remove aniline and an oxidizing agent from the chambers. Next, all the electrodialyzer chambers are fed with a solution of mineral acid with a concentration of at least 0.05 M and kept at a current density of 80-150 A / m 2 for 1 hour to completely remove aniline and oxidizing agent from the membranes.
Способ пригоден для электродиализаторов, состоящих из чередующихся анионо- и катионообменных мембран, имеющих проточные камеры концентрирования и обессоливания, а также для электродиализаторов с непроточными камерами, в которых можно организовать проточность на время процесса синтеза полианилина на одной из поверхностей катионообменных мембран. Способ позволяет уменьшить энергозатраты и увеличить выход по току электродиализатора в процессах электродиализного концентрирования или деминерализации растворов кислот.The method is suitable for electrodialyzers, consisting of alternating anionic and cation-exchange membranes having flowing concentration and desalination chambers, as well as for electrodialyzers with non-flowing chambers, in which flow through the process of polyaniline synthesis on one of the surfaces of cation-exchange membranes can be arranged. The method allows to reduce energy consumption and increase the current efficiency of the electrodialyzer in the processes of electrodialysis concentration or demineralization of acid solutions.
При растворении анилина в растворе, содержащем катионы водорода, например, в растворе кислоты, происходит его протонирование с образованием катионов фениламмония. Катионы фениламмония в соответствии с направлением электрического тока переносятся в камеру концентрирования через катионообменную мембрану. Одновременно с этим анионы окислителя под действием постоянного поля переносятся к поверхности катионообменной мембраны в КК где встречаются с катионами фениламмония. В результате на поверхности катионообменной мембраны, обращенной в камеру концентрирования, происходит синтез полианилина.Upon dissolution of aniline in a solution containing hydrogen cations, for example, in an acid solution, it protonates to form phenylammonium cations. Phenylammonium cations in accordance with the direction of the electric current are transferred to the concentration chamber through a cation exchange membrane. At the same time, the oxidizing anions under the influence of a constant field are transferred to the surface of the cation exchange membrane in CC where they are found with phenylammonium cations. As a result, the synthesis of polyaniline occurs on the surface of the cation exchange membrane facing the concentration chamber.
На фигуре 1 приведена схема подключения электродиализатора с чередующимися анионообменными и катионообменными мембранами. На фигуре 2 представлена зависимость выхода по току от плотности тока на электродиализаторе в процессе деминерализации раствора серной кислоты: а - при падении напряжения на парную камеру, образованную камерой обессоливания и концентрирования, 1В, б - при падении напряжения на парную камеру 10В, при этом I обозначены кривые, соответствующие исходному электродиализатору, II - кривые, соответствующие электродиализатору с композитными анизотропными мембранами МК-40/ПАн при ориентации слоем полианилина в КО, III - кривые, соответствующие электродиализатору с композитными анизотропными мембранами МК-40/ПАн при ориентации слоем полианилина в КК.The figure 1 shows the connection diagram of the electrodialyzer with alternating anion-exchange and cation-exchange membranes. The figure 2 shows the dependence of the current efficiency on the current density on the electrodialyzer in the process of demineralization of a solution of sulfuric acid: a - when the voltage drops on the pair chamber formed by the desalination and concentration chamber, 1V, b - when the voltage drops on the pair chamber 10V, while I the curves corresponding to the initial electrodialyzer are indicated, II - the curves corresponding to the electrodialyzer with MK-40 / PAn composite anisotropic membranes when oriented with a polyaniline layer in KO, III - the curves corresponding to the electrodes an analyzer with composite anisotropic membranes MK-40 / PAn with the orientation of a polyaniline layer in CC.
Предлагаемый способ изменения характеристик электродиализатора был применен к рамочному электродиализатору с внутренними коллекторами (фиг. 1), содержащему поляризующие электроды из платинированного титана - 1. Электродиализатор включал пять катионообменных мембран - 2, шесть анионообменных мембран МА-41 (ОАО «Щекиноазот», Россия) - 3. Между электродами и мембранами, а также между каждой парой мембран помещали сетку-сепаратор - 4. Электродные камеры 5 отделяли анионообменными мембранами 3. Катионообменные 2 и анионообменные 3 мембраны образовывали пять парных камер, каждая из которых состояла из камеры концентрирования 6 и камеры обессоливания 7. Каждый тип камер питали раствором электролита из отдельной емкости: 8 - емкость с раствором для электродных камер 5; 9 - емкость с раствором для КО 7; 10 - емкость с раствором для КК 6. В электродные камеры 5 из емкости 8 подавали раствор серной кислоты с концентрацией 0.025 М. Рабочая площадь одной мембраны составляла 1 дм2, межмембранное расстояние - 0.9 мм, раствор электролита циркулировал с линейной скоростью 0.02 м/с, которая обеспечивалась многоканальным перистальтическим насосом (на схеме не изображен). Постоянный электрический ток на поляризующие электроды 1 подавали импульсным источником питания постоянного тока Б5-50 - 11. Для контроля за силой постоянного тока в электрическую цепь был последовательно подключен амперметр, для контроля за значением падения напряжения на электродиализаторе в цепь был параллельно подключен вольтаметр.The proposed method for changing the characteristics of the electrodialyzer was applied to a frame electrodialyzer with internal collectors (Fig. 1) containing polarizing electrodes made of platinum titanium - 1. The electrodialyzer included five cation exchange membranes - 2, six anion exchange membranes MA-41 (JSC Shchekinoazot, Russia) - 3. A grid-separator was placed between the electrodes and membranes, as well as between each pair of membranes. 4. The
Способ изменения характеристик электродиализатора с чередующимися катионообменными и анионообменными мембранами реализовывали в гальваностатическом режиме при плотности поляризующего тока в диапазоне от 100 до 400 А/м2, которую поддерживали источником питания постоянного тока 11 в течение заданного времени от 60 до 120 минут. Емкость 8 заполняли раствором 0.025 М серной кислоты, откуда раствор подавали в электродные камеры 5. Емкость 10 заполняли 0.002 М раствором бихромата калия в 0.025 М серной кислоты, откуда раствор подавали в КК 6. Емкость 9 заполняли 0.01 М раствором анилина в 0.025 М серной кислоты, откуда раствор подавали в КО 7. По окончании заданного времени воздействия постоянным током все емкости и электродиализатор промывали дистиллированной водой. Затем емкости 8, 9 и 10 заполняли 0.025 М раствором серной кислоты, который циркулировал через все камеры электродиализатора в течении 1 часа при плотности поляризующего тока 100 А/м2 для полного удаления анилина и бихромата калия из мембран и камер электродиализатора.A method for changing the characteristics of an electrodialyzer with alternating cation exchange and anion exchange membranes was carried out in the galvanostatic mode at a polarizing current density in the range from 100 to 400 A / m 2 , which was supported by a
Испытания электродиализатора до и после изменения его характеристик в режиме деминерализации раствора серной кислоты выполняли в потенциостатическом режиме при падении напряжения на парную камеру (Uп.к.) 1, 2, 5 и 10В. Каждые 30 минут кондуктометрическим методом определяли концентрацию растворов серной кислоты на входе и выходе камер концентрирования и обессоливания. Начальная концентрация раствора серной кислоты составляла 0.01 моль/л.Tests of the electrodialyzer before and after changing its characteristics in the mode of demineralization of a solution of sulfuric acid were performed in a potentiostatic mode with a voltage drop on the pair chamber (U c.p. ) 1, 2, 5, and 10 V. Every 30 minutes, the concentration of sulfuric acid solutions at the inlet and outlet of the concentration and desalination chambers was determined by the conductometric method. The initial concentration of the sulfuric acid solution was 0.01 mol / L.
Испытания электродиализатора в режиме концентрирования серной кислоты выполняли при отсутствии проточности через камеры концентрирования 6. Заполнение КК 6 происходило в результате электромассопереноса катионов водорода и сульфат-ионов через катионо- и анионообменные мембраны соответственно под действием постоянного электрического тока. Испытания выполняли в гальваностатическом режиме при плотностях поляризующего тока 0.2, 0.4, 0.7, 1.0, 1.5, 2.0 А/дм2. В процессе испытаний электродиализатора контролировали объем образующегося концентрата серной кислоты в КК 6 и его концентрацию. Концентрацию серной кислоты в камере концентрирования 6 определяли методом кислотно-основного титрования раствором гидроксида натрия с использованием фенолфталеина в качестве индикатора. В проточных камерах обессоливания поддерживали постоянную концентрацию раствора серной кислоты 0.02 моль/л.Tests of the electrodialyzer in the mode of concentration of sulfuric acid were carried out in the absence of flow through the
Испытания электродиализаторов с улучшенными характеристиками проводились при установке композитных анизотропных катионообменных мембран 2 слоем полианилина в камеру обессоливания 7 (ПАн в КО) и концентрирования 6 (ПАн в КК).Tests of improved electrodialyzers were carried out when composite anisotropic cation-
Пример конкретного выполнения 1
Берем электродиализатор, содержащий в качестве катионообменных 2 гетерогенные сульфокатионитовые мембраны МК-40 (ОАО «Щекиноазот», Россия). Для изменения характеристик электродиализатора с чередующимися катионообменными 2 и анионообменными 3 мембранами поддерживаем на поляризующих электродах постоянную плотность поляризующего тока 400 А/м2 в течение первых 10 минут и 100 А/м2 в последующие 110 минут. Общее время воздействия на электродиализатор постоянного тока с целью изменения его характеристик составило 120 минут для получения слоя полианилина на поверхности катионообменных мембран МК-40 2 со стороны камеры концентрирования 6, а затем в течение 60 минут для удаления катионов фениламмония и калия, и бихромат-анионов из ионообменных мембран 2, 3 и камер 6, 7 электродиализатора.We take an electrodialyzer containing 2 heterogeneous sulfocationite membranes MK-40 as cation exchange (Shchekinoazot OJSC, Russia). To change the characteristics of an electrodialyzer with alternating cation-
Испытания исходного электродиализатора осуществляли в режиме деминерализации и концентрирования растворов серной кислоты до изменения его характеристик. В таких же режимах были проведены испытания электродиализатора с измененными характеристиками.Tests of the initial electrodialyzer were carried out in the mode of demineralization and concentration of sulfuric acid solutions until its characteristics changed. In the same modes, tests of the electrodialyzer with changed characteristics were carried out.
Оценка энергозатрат на электродиализную деминерализацию серной кислоты от 0.01 до 0.001 моль/л показала, что эта величина зависит от рабочего напряжения на электродиализаторе (табл. 1). При низких значениях падения напряжения на парную камеру (Uп.к.=1 и 2В) энергозатраты практически одинаковы для исходного электродиализатора и электродиализатора с измененными характеристиками при установке катионообменных мембран МК-40/ПАн 2 слоем полианилина в КК 6. При установке катионообменных мембран МК-40/ПАн 2 слоем полианилина в КО 7 энергозатраты выше в 1.27 раз по сравнению с исходным электродиализатором. Дальнейшее увеличение Uп.к. приводит к уменьшению энергозатрат для электродиализатора с измененными характеристиками по сравнению с исходным электродиализатором независимо от установки катионнообменных мембран 2. Так при Uп.к.=10В энергозатраты уменьшаются после изменения характеристик электродиализатора по сравнению с исходным в 1.4-1.6 раза.Evaluation of energy costs for electrodialysis demineralization of sulfuric acid from 0.01 to 0.001 mol / l showed that this value depends on the operating voltage on the electrodialyzer (Table 1). At low values of the voltage drop across the pair chamber (U cc = 1 and 2V), the energy consumption is almost the same for the initial electrodialyzer and electrodialyzer with altered characteristics when installing MK-40 /
Выход по току (ŋ) в процессе деминерализации серной кислоты отличается для исходного электродиализатора и электродиализатора с измененными характеристиками. Так при низких значениях падения напряжения на парную камеру (Uп.к.=1В и Uп.к.=2В) выход по току для обоих электродиализаторов практически одинаков (фиг.2, а). При увеличении Uп.к. до 5В выход по току для электродиализатора с измененными характеристиками незначительно превосходит выход по току исходного электродиализатора. При увеличении напряжения на парную камеру до 10В выход по току для электродиализатора с измененными характеристиками увеличивается приблизительно в 2 раза по сравнению с исходным электродиализатором (фиг.2, б).The current efficiency (ŋ) in the process of demineralization of sulfuric acid is different for the initial electrodialyzer and electrodialyzer with changed characteristics. So at low values of the voltage drop across the pair chamber (U pk = 1V and U pk = 2V), the current efficiency for both electrodialyzers is almost the same (Fig. 2, a). With an increase in U sc up to 5V current output for an electrodialyzer with changed characteristics slightly exceeds the current output of the original electrodialyzer. When the voltage to the pair chamber is increased to 10 V, the current output for the electrodialyzer with changed characteristics increases approximately 2 times compared to the original electrodialyzer (Fig. 2, b).
Испытания электродиализаторов в режиме концентрирования серной кислоты показали, что энергозатраты уменьшаются после применения предложенного метода изменения характеристик электродиализатора. Так при плотности тока 2 А/дм2 энергозатраты на выделение 1 моль серной кислоты из 0.025 М раствора составляют для исходного электродиализатора 0.73 кВт·ч/моль, для электродиализатора с измененными характеристиками при установке катионообменных мембран МК-40/ПАн 2 слоем полианилина в КО 7 и КК 6 - 0.68 и 0.56 кВт·ч/моль соответственно. Содержание серной кислоты в концентрате при высоких плотностях тока примерно одинаковое до и после изменения характеристик электродиализатора и достигает около 1 моля/л при плотности тока 2 А/дм2.Tests of electrodialyzers in the mode of concentration of sulfuric acid showed that energy consumption decreases after applying the proposed method of changing the characteristics of the electrodialyzer. So at a current density of 2 A / dm 2, the energy consumption for the release of 1 mol of sulfuric acid from a 0.025 M solution is 0.73 kWh / mol for the initial electrodialyzer, for the electrodialyzer with altered characteristics when MK-40 /
Пример конкретного выполнения 2
В качестве исходного электродиализатора использовали электродиализатор, содержащий в качестве катионообменных мембран 2 сульфокатионитовые гомогенные перфторированные мембраны МФ-4СК (ОАО «Пластполимер», Россия), которые являются аналогом мембран Nafion (DuPont, США). Эти мембраны обладают более высокой химической стойкостью по сравнению с гетерогенными электродиализными мембранами МК-40 (ОАО «Щекиноазот», Россия), поэтому они являются более пригодными для использования в процессах электродиализной переработки растворов кислот. Способ изменения характеристик электродиализатора с чередующимися катионообменными и анионообменными мембранами реализовывали при поддержании на поляризующих электродах 1 постоянной плотности поляризующего тока 400 А/м2 в течение первых 10 минут и 100 А/м2 в последующие 50 минут. Общее время воздействия на электродиализатор постоянного тока с целью изменения его характеристик составило 60 минут для получения слоя полианилина на поверхности катионообменных мембран 2 МФ-4СК со стороны камеры концентрирования 6, а затем 60 минут для удаления катионов фениламмония и калия, и бихромат-анионов из ионообменных мембран 2, 3 и камер 6, 7 электродиализатора.An electrodialyzer was used as the initial electrodialyzer, containing 2 sulfocationiconite homogeneous perfluorinated MF-4SK membranes (Plastpolymer OJSC, Russia) as cation exchange membranes, which are similar to Nafion membranes (DuPont, USA). These membranes possess higher chemical resistance in comparison with MK-40 heterogeneous electrodialysis membranes (JSC Shchekinoazot, Russia), therefore they are more suitable for use in electrodialysis processing of acid solutions. A method for changing the characteristics of an electrodialyzer with alternating cation-exchange and anion-exchange membranes was implemented while maintaining a constant polarizing current density of 400 A / m 2 on the
Испытания исходного электродиализатора осуществляли в режиме деминерализации и концентрирования растворов серной кислоты до изменения его характеристик. В таких же режимах были проведены испытания электродиализатора с измененными характеристиками.Tests of the initial electrodialyzer were carried out in the mode of demineralization and concentration of sulfuric acid solutions until its characteristics changed. In the same modes, tests of the electrodialyzer with changed characteristics were carried out.
Испытания электродиализатора с измененными характеристиками в режиме деминерализации раствора серной кислоты показали, что при установке катионообменных мембран МФ-4СК/ПАн 2 слоем полианилина в КК 6 при значениях Uп.к.=5B и Uп.к.=10B происходит снижение энергозатрат примерно в 1.2 раза по сравнению с исходным электродиализатором. Однако при установке катионообменных мембран МФ-4СК/ПАн 2 слоем полианилина в КО 7 эффективность деминерализации очень низкая и проведение процесса в таком режиме нецелесообразно.Tests of the electrodialyzer with changed characteristics in the mode of demineralization of a solution of sulfuric acid showed that when installing cation-exchange membranes MF-4SK /
В результате исследования массообменных и энергетических характеристик электродиализатора при работе в режиме концентрирования раствора серной кислоты установлено, что применение предложенного способа изменения характеристик электродиализатора привело к увеличению содержания H2SO4 в концентрате в среднем на 35% по сравнению с концентратом, полученном с применением исходного электродиализатора при одновременном снижении энергозатрат на 10%.As a result of studying the mass transfer and energy characteristics of the electrodialyzer when operating in the mode of concentration of a solution of sulfuric acid, it was found that the application of the proposed method for changing the characteristics of the electrodialyzer led to an increase in the content of H 2 SO 4 in the concentrate by an average of 35% compared with the concentrate obtained using the original electrodialyzer while reducing energy costs by 10%.
На основании изложенного можно утверждать, что заявляемое техническое решение промышленно применимо, является новым, обладает изобретательским уровнем, т.е. является изобретением.Based on the foregoing, it can be argued that the claimed technical solution is industrially applicable, is new, has an inventive step, i.e. is an invention.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014129703/05A RU2566415C1 (en) | 2014-07-18 | 2014-07-18 | Method to change characteristics of electrodialyser with alternating cation- and anion-exchange membranes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014129703/05A RU2566415C1 (en) | 2014-07-18 | 2014-07-18 | Method to change characteristics of electrodialyser with alternating cation- and anion-exchange membranes |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2566415C1 true RU2566415C1 (en) | 2015-10-27 |
Family
ID=54362232
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014129703/05A RU2566415C1 (en) | 2014-07-18 | 2014-07-18 | Method to change characteristics of electrodialyser with alternating cation- and anion-exchange membranes |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2566415C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1685481A1 (en) * | 1989-07-11 | 1991-10-23 | Кубанский государственный университет | Method of cleaning aminoacids |
US6465120B1 (en) * | 1999-09-20 | 2002-10-15 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Composite polymer membrane, method for producing the same and solid polymer electrolyte membrane |
RU2411070C1 (en) * | 2009-08-18 | 2011-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ГОУ ВПО КубГУ) | Composite ion-exchange membrane |
RU2487145C1 (en) * | 2011-12-05 | 2013-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "КубГУ") | Method of producing composite cation-exchange membrane |
-
2014
- 2014-07-18 RU RU2014129703/05A patent/RU2566415C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1685481A1 (en) * | 1989-07-11 | 1991-10-23 | Кубанский государственный университет | Method of cleaning aminoacids |
US6465120B1 (en) * | 1999-09-20 | 2002-10-15 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Composite polymer membrane, method for producing the same and solid polymer electrolyte membrane |
RU2411070C1 (en) * | 2009-08-18 | 2011-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ГОУ ВПО КубГУ) | Composite ion-exchange membrane |
RU2487145C1 (en) * | 2011-12-05 | 2013-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "КубГУ") | Method of producing composite cation-exchange membrane |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Jiang et al. | Production of lithium hydroxide from lake brines through electro–electrodialysis with bipolar membranes (EEDBM) | |
Strathmann et al. | Ion-exchange membranes in the chemical process industry | |
Qiu et al. | Sustainable recovery of high-saline papermaking wastewater: Optimized separation for salts and organics via membrane-hybrid process | |
Chen et al. | Transforming salty whey into cleaning chemicals using electrodialysis with bipolar membranes | |
EP4029594A1 (en) | Electrochemical device with efficient ion exchange membranes | |
US10604426B2 (en) | High efficiency electrochemical desalination system that incorporates participating electrodes | |
Tanaka | Mass transport in a boundary layer and in an ion exchange membrane: Mechanism of concentration polarization and water dissociation | |
Lee et al. | Comparison of the property of homogeneous and heterogeneous ion exchange membranes during electrodialysis process | |
WO2019178049A1 (en) | Multi-stage bipolar electrodialysis system for high concentration acid or base production | |
CN106430463B (en) | Electroosmosis water treatment device and method with middle polar plate | |
Shen et al. | Synthesis of quaternary ammonium hydroxide from its halide salt by bipolar membrane electrodialysis (BMED): effect of molecular structure of ammonium compounds on the process performance | |
Wu et al. | Effects of multivalent ions on hydrogen production from the salinity gradient between desalination concentrated brine and river by reverse electrodialysis | |
Chen et al. | Integration of concentration and electro-driven membrane system for effective water-saved acid recycling performance | |
Loza et al. | Ion Transport in sulfuric acid solution through anisotropic composites based on heterogeneous membranes and polyaniline | |
RU2566415C1 (en) | Method to change characteristics of electrodialyser with alternating cation- and anion-exchange membranes | |
Jaroszek et al. | Comparison of the applicability of selected anion-exchange membranes for production of sulfuric acid by electro-electrodialysis | |
Xia et al. | An innovative beneficial reclamation of flue gas desulfurization brine using bipolar membrane electrodialysis technique | |
Strathmann et al. | Electromembrane processes, efficient and versatile tools in a sustainable industrial development | |
JP4146649B2 (en) | Process for producing dealkalized water glass and apparatus for producing the same | |
Zabolotskii et al. | Ion and water transport during lithium chloride concentration from aqueous organic solutions by electrodialysis | |
JP4480903B2 (en) | Method for producing dealkalized water glass solution | |
Zouhri et al. | Generation of sulfuric acid and sodium hydroxide from the sodium sulphate salt by electro-electrodialysis (EED) | |
JPH05285347A (en) | Production of acid and alkali | |
KR20150007070A (en) | Capacitive deionization unit cell and preparation method thereof | |
JP4016663B2 (en) | Operation method of electrodeionization equipment |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200719 |