SE453832B - Fast polymer elektrolyt omfattande ett inert fibersubstrat, jonbytarharts och ett bindemedel - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 40' 453 832- in och geom elektrodkammaren så att främmande_produkter och värme bortsopas från kammaren och en relativt konstant förut- bestämd elektrolysammansättning vidmakthålles.

Den jon-genomtrângliga väggen i elektrodsammansättningen i dessa tidigare strukturer omfattar ett kemiskt och elektriskt neutralt filtermedia eller permeabelt poröst membran, som, om det är filmlikt till naturen eller på annat sätt behöver stöd, kan understödjas av ett kemiskt och elektriskt neutralt gal- ler, så att en plan elektrodfilteryta framträder at uppslam- ningen, som skall behandlas. Emedan kakan kommer att bildas på denna elektrod under elektrofiltrering och måste borttagas ge- nom kontakt med schaberklingor, kan en friktionsbur eller spârrningshjälpmedel tillhandahållas för att skydda filterma- diet från direkt kontakt med schaberklingorna.

Friktionsburen omfattar ett tunt öppet galler eller nätverk av § relatfvt hårt material, som skyddar filtermediet mot kontakt _ med schaberklingorna, under det att spärrningshjälpmedel kan omfatta plastmaterialremsor, såsom “Delrin“-acetalharts, arrangerade i en ramlik konfiguration och av en tgocklek, tillräcklig för att förhindra kontakt mellan schabern och fil- termediet. För kakutvinningsändamål kan elektrodsammansätt- ningen höjas till en ställning för utträde från suspensionen, med skiktet av samlade fasta ämnen eller kakskiktet fäst därpå. Emedan elektrolyten förblir inom elektrodsammansättningen i den höjda positionen, anbringas ett vakuum i det inte i elektroden för att minska trycket på filtermediet och pà sa sätt förhindra bristning av filtermediet. När elektrodsammansättningen nedsänkes i drift, tjänar det inre anbringade vakuumet att borttaga gasformiga É som utvecklas vid I produkter, såsom klor eller koldioxid, elektrodelementet.

De jon-genomträngliga elektrodstrukturerna enligt teknikens ståndpunkt, uppvisar vissa driftproblem. Emedan lerpartiklarna i det till- vilka användes inom området för leravvattning, m' förda materialet är av kolloidal partikelstorlek, passerar en betydande mängd av sådana lerpartiklar genom filtermediet.

Denna lera hopsamlas i kammaren i elektrodsammansättningen, 10 15 20 25 30 453 832 förorenar elektrolyten, som cirkulerar genom leran, och be- gränsar och bloekerar flödet av elektrolyt genom elektrodkam- maten. Till sist maste elektrodsammansättningen tas ur drift, tas isär, rengöras och åter sättas ihop, ett tidskonsumerande och dyrt förfarande. Dessutom har det visat sig, att elektro- lyt pumpas från kammaren i elektrodsammaneättningen in i ba- det. Denna inledning av material i badet påverkar materiellt och negativt den avvattnade produktens egenskaper.

I den anhängiga amerikanska patentansökningen 222 D57 beskri- ves ett sätt att övervinna ovanstående svårigheter, vilket om- fattar användningen av ett jonbytarhartsmembran-såsom den jon- genomträngliga väggen i elektrodsammansättningen. Särskilt pa- pekar den anhängiga ansökningen att kommersiellt tillgängliga katjonbytar- (perfluorosulfonsyra) membran, sålda under varu- märket "NAFION" av E.I. duPont de Nemours Company, fungerar tillfredsställande såsom den jon-genomträngliga väggen hos elektrbden och eliminerar väsentligen massflödet av fasta ler- partiklar in i elektrodsammansättningen och av anolyt in i ba- det, under det att det tillåter passage av katjoner.

Under det att dessa kommersiellt tillgängliga jonbytarmaterial representerar en väsentlig förbättring över jon-genomträngliga väggmaterial enligt teknikens ståndpunkt, har de betydande nackdelar för praktisk kommersialisering. De är extremt dyra, kostar kanee S 30 eller mera per 92,9~l0"3 m2. Deras dimensio- ner kan ändras 10-20 X mellan torrt och vatt tillstànd. De kan inte adbesivt bindas eller limmas, vilket gör fabrikation till täta former med goda mekaniska egenskaper svår, om inte omöj- lig.

Följaktligen existerar det ett verkligt behov av en förbättrad fast alektrolyt sásom en jon-genomtränglig elektrodstruktur för elektrofilterapparater.

Föreliggande uppfinning är riktad på en ny fast polymer elektrolyt, som tillverkats genom att belägga en stark, relativt inert, vävnad med en suspension av fina partiklar av .vista . . 10 15 20 25 30 35 453 832 -4 ett jonbytarharts{ f) Föreliggande uppfinning avser således en fast polymer elektrolyt, som innefattar en tre-fas-struktur omfattande ett poröst, vâvt eller icke vëvt, väsentligen inert fibersubstrat, jonbytarharts * och bindemedel, karakteriserad därav, att på substratet är bildat en film, som består av fina partiklar av jonbytarhartset och en vattenolöslig grundmassa av ett organiskt bindemedel, som väsent- ligen permanent binder partiklarna till fibersubstratet och till varandra, varvid bindemedlet har utfällts på substratet från en blandning av bindemedel, ett organiskt lösningsmedel härför och suspenderade hartspartiklar genom kontakt med ett spädningsme- del, som har en hög grad av blandbarhet med det organiska lös- ningsmedlet och en relativt låg grad av förenlíghet med binde- medlet, bytarhartset och bindemedlet på fibersubstratet och i dess mel- för att bilda en väsentligen kontinuerlig film av jon- lanrum samt i stånd att mottaga en fällning i form av en kaka av partikelformiga fasta ämnen, varvid den fasta polymera elektro- lyten är väsentligen ogenomtränglig för vatten.

Vävnadssubstratet kan antingen vara vävt eller ovävt. “Dyne1"-I iett varumärke av Union Carbide Company för en sampolymer av vinylklorid och akrylonitril) fibrer, polypropylenfibrer eller glasfibrer, som är inerta i de avsedda systemen, kan användas för att tillhandahålla erforderlig stark, inert vävnad.

En tvârbunden sulfonerad polystyren (sald av Rohm and Haas under varumärkesbeteckningen “Amberlite") har visat sig vara ett tillfredsställande jonbytarharts för föreligggande tillämpning, men andra jonbytarharts, såsom sulfonerade pfllyfenylensulfider, kan även användas. Dessa hartser är tillgängliga i partikelform. Partiklarna av jonbytarhartser skall vara fina, lämpligen 0,048 mm (325 mesh; Tyler mesh serierä; dvs partiklarna är av ett storleksomrade, som passerar en D,D48 mm sikt.

Efifi organiskt bindemdel såsom "Kynar" Cen varumärkesbeteckning rí av Pennwalt Chemical Company för polyvinylidenfluorid) användes för att binda jonbytarhartspartiklarna till vävnaden , 453 832 -- och till varandra. ~~ Lösningsmedlet är lämpligen DMAC (dimetylacetamidâ, men DNF (N,N'-dimetyliormamid) ooh N-2-pyrrolídinon kan även användas.

Spädningsmedlet år lämpligen vatten, men i några fall kan en 5 ?blandníngav vatten oeh ett organiskt lösningsmedel och/eller ytaktiva ämnen användas.

Blandningen av hartspartiklar, bindemedel ooh lösningsmedel C _ kan anbringas på vävnadssubstratet genom målning (borste, vals, besprutning eto ), beläggning, gjutning eller doppning.

C, 10 Spädningsmedlet bringas lämpligen i kontakt med lösningsmedlet 'La genom doppning. Efter fâllning av det organiska bindemedlet kan den belagda vâvnaden lufttorkas, men detta är inte alltid j7°_ nödvändigt och i själva verket är det i några fall lämpligt ' att vidmakthålla den belagda vävnaden i ett fuktigt tillstànd 15 emedan materialet år mera flexibelt da det är fuktigt.

Exempel pa uppfinningen Tva blandningar framställdes, den första, ett 20 % "Kynar"- (> bindemedel - 20 % tvärbunden sulfonerad polystyren ("Amberlite CG“12Û“) i DMAC, och den andra 30 % "Kynar" - 40 X fivärbunden 20 Sulionerad polystyren ("Amberlite CG-120") i DMAC. Prooenten ÖP givna i viktprocent. Tvärbunden sulíonerad polystyren var i (l form av partiklar av 0,048 mm.

Ovanstaende blandningar gjöts pa "bynelt och polypropylenfil- terdukar ooh doppades därefter i vatten för att utiälla 25 "Kynar“-bindemedlet för att bilda en ytfilm av jonbytarharts.

Denna ytíilm bands tätt till iiltermediet.

Det visade sig att tunna filmer var mera flexibla än tjocka filmer och att filmerna var mera flexibla när de var våta än när de var torra. 10 15 20 25 , - -ó "Kynar"-bindemedlet inträngde i filterdukstrukturen med svag attack pa “Dynel“-fibrerna, vilket resulterade i nagot bättre vidhäftning än med polypropylenfilterduken.

Sammansâttningen eller förstärkt fast elektrolytstruktur var nästan tät. En skiva av den fasta elektrolyten med en ytarea av cirka 0,65*1fi% ngpasserades endast av 3 cms/min vatten vid en vakummtrycksdifferential av_U,1U1 MPa. När den utsattes för en leruppslamning vid sammaA P oberverades att inte nagon lera eller vatten passerade.

En blandning sammansatt av (1 vikt-X) 1B,É X “Kynar 961", 24,6 % "Amberlíte IRP69M“-partiklar, 43,1 % DNAC, återstoden vatten framställdes. Blandningen hade en viskositet 1.200 Ns/mmz. "Dyne1“-påsar, som monterats pa anoderna och med en nominell ytarea av 1,115 m2, malades med borste med denna blandning.Vatten sprutades sedan svagt pa pàsens utsida och pasarna sänktes sedan ned i ler-vattenuppslamningen (badet till ett elektrofilter) och lämnades över natten för utfällning av "Kynar"-bindemedlet. Nästa dag sattes anoderna i drift í elektrofiltreríng av en leruppslamning och kraftig lerkaka avsattes därpå. Kakorna var fasta och arkliknande och togs bort fullständigt med schaber. Våsentligen inte någon lera upptäcktes som hade passerat genom påsen in i det inre av anoden. Kraftförlust (jämfört med obelagda "Dynel"-påsar) vid elektrofiltreringen var försumbar; dvs mindre än 2 %.

Fastän föreliggande uppfinning'har beskrivits i anslutnign till lämpliga utföringsformer, ma det färstas att modifiering och variation kan tillgripas utan att man avviker från ide'n och ramen av föreliggande uppfinning vilket fackmannen lätt kommer förstå.

Cl f»

Claims (5)

453 832 Patentkrav

1. Fast polymer elektrolyt, som innefattar en tre-fas- struktur omfattande ett poröst, vävt eller icke vävt, väsent- ligen inert fibersubstrat, jonbytarharts och bindemedel, k ä n n e t e c k n a d därav, att på substratet är bildat en film, som består av fina partiklar av jonbytarharteet och en vattenolöslig grundmassa av ett organiskt bindemedel, som väsentligen permanent binder partiklarna till fibersubstratet och till varandra, varvid bindemedlet har utfällta på sub- stratet från en blandning av bindemedel, ett organiskt lös- ningsmedel härför och suspenderade hartspartiklar genom kon- takt'med ett spädningsmedel, som har en hög grad av bland- barhet med det organiska lösningsmedlet och en relativt lag grad av förenlighet med bindemedlet, för att bilda en väsent- ligen kontinuerlig film av jonbytarhartset och bindemedlet på fibersubstratet och i dess mellanrum samt i stand att mottaga en fällning i form av en kaka av partikelformiga fasta ämnen, varvid den fasta polymera elektrolyten är väsentligen ogenom- tränglig för vatten.

2. Fast polymer elektrolyt enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a d därav, att jonbytarhartset är ett katjonbytar- harts.

3. Fast polymer elektrolyt enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a d därav, att jonbytarhartset är en förnätad sulfonerad polystyren.

4. Fast polymer elektrolyt enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a d därav, att jonbytarhartset är en förnätad sulfonerad polyfenylensulfid.

5. Fast polymer elektrolyt enligt krav 1, 2, 3 eller 4, k ä n n e t e c k n a d därav, att jonbytarhartspartiklarna är -0,048 mm i storlek och fibersubstratet är sammansatt av en sampolymer av vinylklorid och akrylonitril, av polypropen eller av glasfibrer.