SU1717676A1 - Способ регенерации катионообменных перфторированных мембран - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электрохимическим производствам и позвол ет снизить электросопротивление мембраны и увеличить срок службы. Согласно способу регенерации катионообменных перфторирован- ных мембран дл  электролиза растворов хлоридов щелочных металлов, включающему электрохимическую обработку, регенерируемую мембрану устанавливают в электролизере катодной стороной к аноду, а анодной - к катоду и электрохимическую обработку ведут при подаче в анодное пространство раствора хлорида щелочного металла концентрацией 100-150 г/л и рН 2-3 и при подаче в катодное пространство щелочи концентрацией 10-50 г/л в течение 12-24ч. 1 табл.

Description

Изобретение относитс  к электрохимическим производствам, в частности к технологии получени  хлора и гидроокисей щелочных металлов электролизом раствора хлорида соответствующего щелочного металла в электролизере с ионообменной мембраной .

Целью изобретени   вл етс  снижение электросопротивлени  мембраны и увеличение срока службы.

Пример (по известному способу). Дл  регенерации используют перфорированную катионообменную мембрану Асиплекс. проработавшую в процессе электролиза хлорида натри  1.5 мес при следующих услови х: концентраци  питающего рассола 300 г/л. рН питающего рассола 10,2, содержание в рассоле S042 10 г/л, Са 0,05 мг/л, концентраци  щелочи в като-  ите 480 г/л, плотность тока 0,25 А/см2, температура 80°С.

Напр жение на электролизере 3,6 В (с новой мембраной Асиплекс 3,5 В, т.е. Д V 0,1 В). Мембрана Асиплекс двухслойна , содержит в основном слое ионообменные сульфогруппы (слой обращен к аноду), е барьерном слое - карбоксильные группы (слой обращен к катоду). Прочность на разрыв новой мембраны Асиплекс 260 кг/см . после эксплуатации в течение 1.5 прочность ее не измен етс .

Дл  регенерации описанную мембрану устанавливают в лабораторный электролизер на нагрузку 10 А, подают в анодную камеру раствор хлорида натри  концентрацией 300 г/л, подкисленный сол ной кислотой до рН 0,5, в катодную камеру - щелочь концентрацией 480 г/л и пропускают обратный ток 0.25 А/см2 при 80°С в течение 12 ч.

Напр жение на электролизере с мембраной после регенерации при описанных услови х электролиза 3.56 В. Прочность мембраны после регенерации 240 кг/см2.

VS

о

ON

За 12 мес работы электролизера восемь раз провод т регенерацию, при этом напр жение возросло до 3,85 В, а прочность на разрыв снижаетс  до 180 кг/см2. Таким образом, периодическое снижение кислотности рассола и пропускание обратного тока приводит лишь к незначительному снижению напр жени  на электролизере, но к существенному снижению прочностных свойств мембраны.

Л р и м е р 2 (по предлагаемому способу). Дл  регенерации берут мембрану Асиплекс, что и в примере 1. Напр жение на электролизере с ней 3,6 В (А V 0,1 В). Дл  регенерации мембрану устанавливают катодной стороной к аноду, в анодное пространство подают раствор хлорида натри  концентрацией 150 г/л, рН 2,2, в катодное пространство подают щелочь концентрацией 30 г/л и провод д электролиз при плотности тока 0,25 А/см2, температура 80°С, при поддержании концентрации щелочи в катодной камере 30 г/л в течение 12 ч.

Регенерированную мембрану устанавливают дл  контрол  напр жени  в электролизер катодной стороной к катоду и провод т электролиз при услови х, указанных в примере 1, Напр жение на электролизере 3,5 В. Прочность мембраны на разрыв 260 кг/см2, За 12 мес непрерывной работы электролизера восемь раз провод т электролиз при пониженных концентраци х электролитов, устанавлива  мембрану катодной стороной к аноду, в результате чего напр жение на электролизере после 12 мес работы установилось 3,7 В, что на 0,15 В ниже, чем при непрерывной работе электролизера в течение 12 мес при регенерации по прототипу.

Прочность на разрыв мембран, проработавших 12 мес, подвергшихс  периодически электрохимической обработке, снижаетс  до 230 кг/см2, как у мембран, не подвергавшихс  регенерации. Это показывает , что снижение прочности происходит не за счет регенерации. На электролизере, работавшем с мембраной Асиплекс непрерывно 24 мес в режиме получени  щелочи 480 г/л без периодической регенерации, установилось напр жение 4,2 В (т.е.Д V 0,7 В): Дальнейшее использование мембраны считаетс  нецелесообразным, а регенераци  в этом случае не обеспечивает снижени  ее сопротивлени .

Периодическое проведение регенерации мембраны по предлагаемому способу приводит к тому, что напр жение на электролизере через 24 мес непрерывной работы 3,9 В. а через 36 мес 4.2 В, т.е. срок службы

мембраны увеличиваетс  в 1,5 раза. Регенераци  не снижает прочностных свойств мембран.

Пример 3. Дл  регенерации берут

мембрану Асиплекс, как в примере 1. Регенерацию провод т, как ив примере 2, но различное врем : 6, 12, 24 и 36 ч.

Врем  и количество проведенных регенераций и изменение при этом напр жени 

0 на электролизере и прочности мембран даны в таблице.

Как показывает таблица, проведение регенерации в течение 6 ч (опыт 4) недостаточно дл  получени  максимального эффек5 та снижени  напр жени  на электролизере. В начальный период использовани  мембраны регенераци  протекает довольно легко и достаточно 12 ч дл  снижени  напр жени  до исходного показани . По ме0 ре эксплуатации мембраны процесс регенерации затрудн етс  и врем  регенерации целесообразно увеличить до 24 ч (опыты 6 и 7), но дальнейшее увеличение времени регенерации не приводит к дальнейшему сниже5 нию напр жени  (опыты 8 и 9). Снижение концентрации раствора хлорида щелочного металла, подаваемого в анодное пространство , (менее 100 г/л) и повышение (более 150 г/л)ухудшает результаты (опыты 10и 11)

0 по снижению напр жени  по сравнению с концентрацией 100-150 г/л. Интервал концентраций раствора щелочи 10-50 г/л опре- дел етс  тем, что при концентраци х щелочи менее и более этого интервала (5 и

5 60 г/л) регенераци  протекает менее эффективно (опыты 15 и 16).

Выбор интервала рН 2-3 дл  раствора хлорида натри  объ сн етс  тем, что эффективность регенерации мембран повышает0 с  с увеличением кислотности среды, но понижать рН менее 2 не рекомендуетс , так как это отрицательно сказываетс  на свойствах мембран, уменьша  ее прочность на разрыв.

5 Пример 4. Дл  регенерации берут мембрану Нафион-214, проработавшую в электролизере 1 мес при указанных в примере 1 услови х. Напр жение на электролизере 4,0 В, с новой мембраной Нафион-214

0 3,9 В, т.е. А V 0,1 В.

Мембрана Нафион-214 двухслойна , основной слой содержит сульфогруппы, тонкий селективный слой со стороны катода содержит сульфамидные группы. Прочность

5 на разрыв мембраны Нафион-214 280 кг/см2.

Дл  регенерации мембрану устанавливают в электролизер катодной стороной к аноду, в анодное пространство подают раствор хлорида натри  концентрацией 150

г/л, рН 2,2 и провод т электролиз при плотности тока 0,25 A/tw2, температуре 80°С при поддержании концентрации щелочи 30 г/л в течение 12 ч.

После регенерации мембраны напр жение на электролизере 3,9 В, прочность на разрыв не уменьшаетс .

П р и м е р 5. Дл  регенерации берут мембрану Флемион, проработавшую в электролизере 2 мес при указанных в примере 1 услови х. Напр жение на электролизере 3.7 В (с новой мембраной 3,6 В, т.е. AV 0,1 В).

Мембрана Флемион состоит из двух слоев полимеров с карбоксильными группами с разными эквивалентными массами. К катоду обращен барьерный слой с высокой молекул рной массой. Прочность мембраны на разрыв 260 кг/см2.

Регенерацию провод т в электролизере , устанавлива  мембрану катоднвй стороной к аноду, подава  в анодное пространство раствор хлорида натри  концентрацией 150 г/л. рН 2,2 и провод т электролиз при плотности тока 0,25 А/см2, температуре 80°С с получением щелочи 30

г/л в течение 12 ч. После регенерации мембраны напр жение на электролизере 3,6 В, прочность на разрыв не уменьшаетс .

Таким образом, предлагаемый способ

обеспечивает снижение напр жени  на электролизере и увеличение срока службы катионообменной мембраны с различными ионообменными группами.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ регенерации катионообменных перфорированных мембран дл  электролиза растворов хлоридов щелочных металлов, включающий электрохимическую обработку , отличающийс  тем, что, с целью

   снижени  электросопротивлени  мембраны и увеличени  срока службы, регенерируемую мембрану устанавливают в электролизере катодной стороной к аноду, а анодной - к катоду и электрохимическую обработку ведут при подаче в анодное пространство раствора хлорида щелочного металла с концентрацией 100-150 г/л и рН 2-3 и подаче в катодное пространство щелочи с концентрацией 10-50 г/л в течение

   12-24ч.

   Продолжение таблицы

   Продолжение таблицы