RU2763133C1 - Способ получения биполярной мембраны - Google Patents
Способ получения биполярной мембраны Download PDFInfo
- Publication number
- RU2763133C1 RU2763133C1 RU2021110581A RU2021110581A RU2763133C1 RU 2763133 C1 RU2763133 C1 RU 2763133C1 RU 2021110581 A RU2021110581 A RU 2021110581A RU 2021110581 A RU2021110581 A RU 2021110581A RU 2763133 C1 RU2763133 C1 RU 2763133C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- membranes
- exchange membranes
- cation
- bag
- steel sheets
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/20—Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
- C08J5/22—Films, membranes or diaphragms
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу получения биполярных гетерогенных ионообменных мембран, которые могут быть использованы для конверсии солей в кислоты и щелочи, при получении высокочистой воды, подготовки воды для теплоэнергетики, переработки сточных вод с выделением ценных элементов. Способ получения биполярных мембран включает сборку сэндвич-пакета, состоящего из двух полированных листов из нержавеющей стали и гетерогенных катионо- и анионообменных мембран, отделенных от стальных листов термобумагой, помещение сэндвич-пакета в гермо-термомешок из силиконовой резины, вакуумирования гермо-термомешка с одновременным конвекционным нагреванием до температуры 130-145°С в течение 0,5-1 часа и остыванием под вакуумом. Технический результат - улучшение электромеханических свойств мембран. 3 з.п. ф-лы, 4 пр., 1 табл.
Description
Изобретение относится к технологии изготовления мембран и может быть использовано в производстве биполярных гетерогенных ионообменных мембран, которые могут применяться для конверсии солей в кислоты и щелочи, при получении высокочистой воды, подготовки воды для теплоэнергетики, переработки сточных вод с выделением ценных элементов и т.п.
Известны способы получения гетерогенных ионообменных мембран вальцеванием на горячих вальцах с их последующим армированием на гидравлическом прессе [А.с. №№148906 (1962), 191783 (1967), МПК C08J 5/22], на барабанном вулканизационном прессе [А.с. №462848 (1974), МПК C08J 1/34], на каландре [Патент RU 2314322 (2008), C1, МПК C08J 5/22, C08J 5/20, B01D 67/00, B01D 71/26, B32B 27/32,]. Недостатком такого способа получения мембран является их однополярность, т.е. мембраны либо катионообменные, либо анионообменные.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ горячего прессования и одновременного армирования гетерогенных катионо- и анионообменных мембран [Ионитовые мембраны. Грануляты. Порошки: каталог НИИТЭХИМ. - М.: 1977, 15 с]. По данному способу на ООО «Инновационное Предприятие «Щекиноазот» производят коммерчески доступные биполярные мембраны МБ-2. Недостатком данного способа является высокая себестоимость мембран и высокий расход электроэнергии, а также сложность обеспечить равномерность давления при получении мембран большой площади.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение электрохимических свойств мембран, что приводит к снижению энергозатрат и повышению рентабельности процесса получения кислот и щелочей из солей, а также расширение ассортимента биполярных мембран. По предлагаемому способу можно получать биполярные мембраны любого размера из разнообразных гетерогенных катионо- и анионообменных мембран, имеющих термопластичные полимеры в качестве инертного связующего – полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид.
Технический результат достигается за счет применения вакуумирования с одновременным нагреванием при получении биполярных мембран. При нагревании гетерогенных катионо- и анионообменных мембран происходит переход инертного связующего (полиэтилена) в вязко-текучее состояние. Вакуумирование обеспечивает необходимое давление на мембраны и исключает негативное влияние внешних факторов (пыль и инородные частицы). Таким образом листы гетерогенных катионо- и анионообменной мембран совмещаются в один лист биполярной мембраны с хорошей адгезией слоев. Применение вакуумирования при производстве мембран позволяет обеспечить равномерность свойств мембраны по всей площади даже для мембран большого размера. В отличие от методов горячего прессования и вальцевания, в предлагаемом способе предусмотрен конвекционный нагрев, который обеспечит равномерное и быстрое достижение заданной температуры, а также высокую точность её поддержания с одновременным снижением энергозатрат. Для получения мембран по данному способу необходимо произвести сборку сэндвич-пакета, состоящего из двух полированных листов из нержавеющей стали и гетерогенных катионо- и анионообменных мембран, отделенных от стальных листов термобумагой. Затем сэндвич-пакет помещается в гермо-термомешок из силиконовой резины и происходит его вакуумирование. Режимы прессования – температура и время прогрева сэндвич-пакета, время прессования и охлаждения были подобраны таким образом, чтобы достичь заданной температуры между слоями биполярной мембраны. Оптимальные параметры прессования составляют - температура 130-145°С, выдержка в течение 0,5-1 часа и остыванием под вакуумом.
Для получения биполярных мембран по предлагаемому способу можно использовать относительно недорогие гетерогенные катионо- и анионообменные мембраны отечественного производства (ООО «Инновационное Предприятие «Щекиноазот»), а также гетерогенные катионо- и анионообменные мембраны зарубежного производства (например: ионообменные мембраны RALEX производства a.s. Mega, Чешская Республика).
Пример выполнения 1. Для получения биполярной мембраны были использованы ионообменные мембраны Ralex CМH и АМH, производства Чехия. Листы мембран марок Ralex CМH и АМH размером 10х40 см2 собираются в сэндвич-пакет следующим образом: на полированный лист из нержавеющей стали укладываются последовательно термобумага, две заготовки мембран мембраны марок Ralex АМH и CМH снова термобумага, сверху кладется стальной лист. Собранный таким образом сэндвич-пакет загружается в гермо-термомешок с одновременным прокладыванием защитной тефлоновой сетки между внутренними поверхностями мешка и сэндвич-пакета сверху и снизу. С помощью вакуумного блока создается давление в термо-гермомешке в диапазоне не менее минус 0.9 кг/см2 с одновременным нагревом до достижения температуры 140°С с экспозицией 70 минут. При этом вакуум в термо-гермомешке поддерживается постоянно. По окончании выдержки нагревательный блок отключается, давление поддерживается до достижения температуры менее 40°С. Далее сэндвич-пакет разбирается и БПМ извлекается.
Пример выполнения 2. При изготовлении БПМ использовали те же приемы, что и в примере 1. Отличие заключалось в том, что в качестве исходных материалов были использованы мембраны российского производства МК-40 и МА-41 ООО «Инновационное Предприятие «Щекиноазот». При этом температура вакуумного прессования составляла 135°С с экспозицией 60 минут.
Пример выполнения 3. При изготовлении БПМ использовали те же приемы, что и в примере 1. Отличие заключалось в том, что перед сборкой сэндвич-пакета между листами мембран Ralex АМH и CМH помещали порошкообразный катализатор реакции диссоциации воды. В качестве катализатора диссоциации воды использовали размолотый фосфорнокислотный катионит КФ-1.
Пример выполнения 4. При изготовлении БПМ использовали те же приемы, что и в примере 3. Отличие заключалось в том, что в качестве исходных мембран использовали МК-40 и МА-41.
Изготовленные биполярные мембраны использовали для конверсии сульфата натрия в серную кислоту и натриевую щелочь. Электродиализ осуществляли на трехкамерной элементарной ячейке при плотности тока 1 А/дм2. Для сравнения в этих же условиях испытывали мембрану МБ-2.
Таблица. Физико-химические и электрохимические свойства БПМ.
Пример | Матрица (наименование базового материала) | Толщина, мм | Прочность на разрыв, МПа | поверхностное электрическое сопротивление, Ом·см2 | Выход по току, % | Падение напряжения на трехкамерной элементарной ячейке, В | |
кислоты | щелочи | ||||||
прототип | МБ-2 | 0,9 (не более) |
5,5 (не менее) |
18 (не более) |
55 | 65 | 16,8 |
1 | Ralex CMH/ AMH |
1,05 | 15,0 | 12 | 62 | 73 | 14,9 |
2 | МК-40/МА-41 | 0,83 | 13,1 | 13 | 57 | 68 | 16,3 |
3 | Ralex CMH/ КФ-1/AMH |
1,10 | 14,2 | 12 | 65 | 75 | 2,9 |
4 | МК-40/ КФ-1/МА-41 |
0,87 | 12,5 | 13 | 59 | 69 | 3,2 |
Из приведенной таблицы следует, что заявленный способ получения биполярных мембран на основе гетерогенных катионо- и анионообменных мембран позволяет получить мембраны с разнообразными эксплуатационными свойствами, различной номенклатурной принадлежности, в том числе с прочностными характеристиками, требуемыми в применяемых в различных областях техники. Проведенные испытания показали промышленную применимость полученных биполярных мембран для применения в процессе конверсии солей в кислоты и щелочи. Полученные по предлагаемому способу мембраны обеспечивают более высокие выходы по току и низкое падение напряжение, по сравнению с прототипом. Введение катализатора реакции диссоциации воды позволяет дополнительно снизить падение напряжения на ячейке в 5 раз, что пропорционально уменьшает энергозатраты.
Таким образом, предлагаемый способ получения биполярных мембран новый, позволяет получать промышленно применимые в электродиализе мембраны, обладающие улучшенными характеристиками, такими как меньшее сопротивление и падение напряжения, а также высокие выходы по току, следовательно, соответствует критериям охраноспособности, предъявляемым к изобретениям.
Claims (4)
1. Способ получения биполярных мембран, включающий сборку сэндвич-пакета, состоящего из двух полированных листов из нержавеющей стали и гетерогенных катионо- и анионообменных мембран, отделенных от стальных листов термобумагой, помещение сэндвич-пакета в гермо-термомешок из силиконовой резины, вакуумирование гермо-термомешка с одновременным конвекционным нагреванием до температуры 130-145°С в течение 0,5-1 часа и остыванием под вакуумом.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используемые гетерогенные катионо- и анионообменные мембраны имеют в своем составе термопластичный полимер - полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид - в качестве инертного связующего.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при сборке сэндвич-пакета между листами катионо- и анионообменной мембран помещается катализатор для ускорения реакции диссоциации воды.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве катализатора диссоциации воды используется фосфорнокислотный катионит.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021110581A RU2763133C1 (ru) | 2021-04-15 | 2021-04-15 | Способ получения биполярной мембраны |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021110581A RU2763133C1 (ru) | 2021-04-15 | 2021-04-15 | Способ получения биполярной мембраны |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2763133C1 true RU2763133C1 (ru) | 2021-12-27 |
Family
ID=80039157
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021110581A RU2763133C1 (ru) | 2021-04-15 | 2021-04-15 | Способ получения биполярной мембраны |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2763133C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2791405C1 (ru) * | 2022-04-26 | 2023-03-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ") | Способ изготовления гетерогенной ионообменной биполярной мембраны |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU148906A1 (ru) * | 1960-05-03 | 1961-11-30 | Н.Е. Ганулевич | Способ получени ионообменных мембран |
SU462848A1 (ru) * | 1974-01-07 | 1975-03-05 | Предприятие П/Я А-1997 | Способ получени гетерогенных ионообменных мембран |
US5849167A (en) * | 1994-09-20 | 1998-12-15 | Solvay (Societe Anonyme | Method for making a bipolar membrane |
RU2290985C1 (ru) * | 2005-10-06 | 2007-01-10 | ФГУП "Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии" (ФГУП "ВНИИХТ") | Биполярная мембрана |
RU2314322C1 (ru) * | 2006-06-21 | 2008-01-10 | ФГУП "Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии" | Способ получения гетерогенных ионообменных мембран |
CN102336917A (zh) * | 2011-09-13 | 2012-02-01 | 福建师范大学 | 改性聚四乙烯基吡啶为中间界面层的双极膜制备方法 |
RU179768U1 (ru) * | 2017-10-05 | 2018-05-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Биполярная мембрана |
-
2021
- 2021-04-15 RU RU2021110581A patent/RU2763133C1/ru active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU148906A1 (ru) * | 1960-05-03 | 1961-11-30 | Н.Е. Ганулевич | Способ получени ионообменных мембран |
SU462848A1 (ru) * | 1974-01-07 | 1975-03-05 | Предприятие П/Я А-1997 | Способ получени гетерогенных ионообменных мембран |
US5849167A (en) * | 1994-09-20 | 1998-12-15 | Solvay (Societe Anonyme | Method for making a bipolar membrane |
RU2290985C1 (ru) * | 2005-10-06 | 2007-01-10 | ФГУП "Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии" (ФГУП "ВНИИХТ") | Биполярная мембрана |
RU2314322C1 (ru) * | 2006-06-21 | 2008-01-10 | ФГУП "Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии" | Способ получения гетерогенных ионообменных мембран |
CN102336917A (zh) * | 2011-09-13 | 2012-02-01 | 福建师范大学 | 改性聚四乙烯基吡啶为中间界面层的双极膜制备方法 |
RU179768U1 (ru) * | 2017-10-05 | 2018-05-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Биполярная мембрана |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Ионитовые мембраны. Грануляты. Порошки, НИИТЭХИМ, Москва, 1977, 32 с. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2791405C1 (ru) * | 2022-04-26 | 2023-03-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ") | Способ изготовления гетерогенной ионообменной биполярной мембраны |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102061004B (zh) | 一种单片型双极性膜的制造方法 | |
CA1082132A (en) | Anode-structure for electrolysis | |
Hinatsu et al. | Water uptake of perfluorosulfonic acid membranes from liquid water and water vapor | |
EP2857441B1 (en) | Ion exchange membrane used in reverse electrodialysis device and reverse electrodialysis device including this membrane | |
JP3942758B2 (ja) | 陰イオン交換膜 | |
CN114556640B (zh) | 生产膜电极组件的方法以及用于生产膜电极组件的机器 | |
EP2840098B1 (en) | Electrolyte material, liquid composition, and membrane electrode assembly for polymer electrolyte fuel cell | |
KR102061633B1 (ko) | 폴리페닐렌옥사이드 기반의 복합막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 연료전지용 음이온 교환막 | |
US3356607A (en) | Reinforced ion-exchange membranes | |
KR101655510B1 (ko) | 다공성 지지체 상에 중합체 코팅을 형성시키기 위한 진공 챔버 방법 | |
CN104861194B (zh) | 一种单片型双极性膜的制造方法 | |
CN103804707B (zh) | 一种制备用于制备离子交换膜的基膜的方法 | |
Enomoto et al. | Degradation manner of polymer grafts chemically attached on thermally stable polymer films: swelling-induced detachment of hydrophilic grafts from hydrophobic polymer substrates in aqueous media | |
CN108350585A (zh) | 碱金属氯化物电解用离子交换膜的制造方法以及碱金属氯化物电解装置的制造方法 | |
CN104311857A (zh) | 一种双季铵侧长链型阴离子交换膜的制备方法 | |
RU2763133C1 (ru) | Способ получения биполярной мембраны | |
CA2058172A1 (en) | A proton exchange membrane particularly suitable for use in a fuel cell | |
US4089759A (en) | Method for improving selectivity of membranes used in chlor-alkali cells | |
EP3222349B1 (en) | Bipolar ion exchange sheet and manufacturing method therefor | |
JPS5833249B2 (ja) | 含フツ素陽イオン交換樹脂膜 | |
CN109994763A (zh) | 一种全钒液流电池隔膜的制备方法 | |
CN105406008B (zh) | 一种固态聚合物锂离子电池电芯及其制备方法 | |
RU179768U1 (ru) | Биполярная мембрана | |
CN114335585A (zh) | 一种咪唑鎓共价修饰含氟树脂的阴离子交换膜及制备方法 | |
KR101568861B1 (ko) | 음이온 교환막의 제조방법 |