Способ разделения ионов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК ЯО 1228876 А 1ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКО ИДН ЕЛЬСТ7 )Ион иты. Издатинльство 0 13/О СР7.05. ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(54) (57) 1. СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ИОНОВ в электролизере кольцеобразной формы с равномерно размещенными парами электродов под действием постоянного то. ка, отличающийся тем, что, с целью обеспечения одновременного разделения катио. нов и анионов, напряжение на каждой последующей паре электродов поддерживают выше, чем на предыдущей.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости разделения, напряжение на первой паре электродов поддерживают 00 В, а на последней - 300 В.30 40 Изобретение относится к химии и можетбыть использовано для разделения смесейионов с близкими свойствами, для промышленного и лабораторного обогащения и разделения изотопов, для отделения цеш(ыхионов от малоценных с цельк) регенерации,для качественного и количественного анализа смесей ионов, может быть применено Бприборостроении, химической, радио- и радиоэлектронной промышленности для полученияособо чистых веществ.Цель изобретения - обеспечение одновременного разделения катионов и знионов,а также повышение скорости разделения.На чертеже представлено устройство дляреализации предлагаемого способа,Устройство содержит электролизер 1 вформе кольца, в котором размещены като.". - 7 и Зцод 8 - 13, 3 тзк)ксторы 14 - 20 напряжения, выключатели 21 23, источник 24 постоянного тока, стзртовуокамеру 25, содержащую датчик 26 и шток 2для введения разделяемой смеси, диафрагмы 28 и 29, датчики 30 - 36, с помощьюкоторых включаются необходимые парыэлектродов, анодные камеры 37, камеры-приемники 38 - 40 разделенных фракций ионов.Разделение ионов осуществляк)т следующим образом.Помещак)т в электролизер 1, во все поцитовые чехлы (ИЧ) и камеры 38 - .40 дистиллироваццую воду, диафрагму 28 вдвигзОт Б,13(цу до полного перекрытия ею поцереч 1(ого сечеция электролизерз 1, диафрагму 29Б(лцодят из Банны. В Выдвену"у 0 из Ванныстартовую камеру 25 помещают исходныйрз(,твор разделяемой смеси ионов, приготовлсцць)й на дистиллированной воде. Вклю 1(от сначала только первую пару электродов 2 и 9 и вводят из стартовой камерыраствор с разделяемой смесью ионов. 11 риэтом происходит движение катионов по часовой стрелке, а аниоцов - в обратномнаправлении, благодаря чему происходитбыстрое и четкое отделение фракции аионов от фракции катионов. Затем включаютвсе электроды 3 - 13 с непрерывно и последовательно возрастающим напряжениемием от 100 до 280 В, благодаря чему начинается движение катионов и аниоцов самостоятельными фракциями в одном направлении - по часовой стрелке.Регулирование нацряжения производятс помощью регуляторов 14 - 19 напряжения,повыцая его в среднем при движенпи почасовой стрелке от катода 2 к следующемукатоду и далее каждый раз цз 25- - 30 В.Таким образом, непрерывное движение катионов и зниопов по окружности обеспечивается непрерывно возрастающим напряжением ца эле;(тродах от 100 В на катоде 2 до280 В на катоде 7), аналогично цз анодахвозрастает напряжениерегуляторы напряжения ца анодах не показаны).Вследствие име)ощихся у раздсляемь(х иоцоц различий в скоростях их движения о,Ги начинают постепенно, по мере движения по окружности ваннь, разделяться на фракции.После завершения первого полного цикла движения разделяемых ионов по окружности ванны от катода 2 до катода 7 и соответствующих анодов по команде датчика 35 диафс)згма 28 Огкрывзетс 51, давая дальнейций свободный проход ионов по часовой стрелке. а диафрагма 29 перекрывает г(оперечное сечение ванны, исключая тем самь)м движение ионов одновременно в двух противоположных Направлениях, при этом с ПОмоц 1 ьк) реГуля Г 01)з 20 13(3 ряА(енегя и Выкл 1 очателей тОка 1:3 электрд 2 и с 00 тве".ству 1 ощий соседний анод подается напряжение 300 В. После перевода хвост(1 фракции разделяемых 10 ОБ за датчик 36 дизфрзмз 28 3(3(кь 33(зет с НОВ В Бе(1331 у, 3 диз ф )3-МЗ 29 БЫд 11 ГЗЕГСЯ ИЗ НСЕ И На Зцод 2 и: Осед( пй 33 Од с(ц)зз подие-,ся цзпряж ние 1(Н) В, начинается Второй(;се(кл разде- ЛЕЦИЯ ИОНОВ Б ЭЛЕКТГ)ИЦЕСКОМ ПОЛ(Е ( НЕПРЕ- рывцо ГГОБГппзюцихся пап.:35 )кеием О 100 до 280 В с посссд)юшим пс,")еподом ионов на третии 3(икл р ззс(" е Ия НГ)и 33 ряжснии 300 В и т. д.:О и(ОПОГ) 33 згс(ле 31 ия схсси КЕ(ТИОЦОВ И ЗЦОНОВ 33 01,1(, 11 Ь 1 Е КОМ ПОПС Ц- тыРазде.(еп 1,:е п)3 (3)33:.31 Ип иогы затем, 1 Осле БГ;:кл 0103(ия;( цовцы) рзбсчих элект- РООБ ПСР( )Д 11( Я11;3 10(ЦЬ:О Б(ОХ 013. тельн(ГХ э,:Гек) родов Б НЗ,(рь:-пг)и(.м(3 ки 38 и 39, из к 03 с рь х асср(1 к 33 ц ы г их дце (ЕБЗ(03 С(1 Б СМК)С(13 3 Р 3(. 15 КИ.В ЗЗВсимос 3 е с)т скор(Бй (исдв 1(ж 30 сТ(.1 Р (33;10,ЯСГ ЬГХ КЗ НОНО(1 (1 11 НИОЦОВ ДЛ 51 П)ИСМЗ 1(ЛС.Б 1,Х 3)О 1,К 3Б 5 3(11 М(",)Ы.ПР 11 - емццки цримец 531 от либо с(13 и ., )е же камерьг-при( мцик:1 для прис МЗ кзтиоцоц зциоцоц (ТОГ 13,1 л 51 г(рием. БНП 03(ОБ произ. ВОД 51 Т ТО.)ЬКО 31(.РСПОЛ ОСОБ(Ъ ВС ПОМ ОГЗТЕЛ Ь- ны х электрОДОБ ), либо ООО ГБетсгБ(ц 0 ", Вели 1 ивзнэт (исло до 3(3;пи 1(с Бпых кз,3 ср.при- ЕМЦИКОБ (1 а ЧЕРТ(.Ж(. 31 ОК 1 ЗЗПЫ ТО.3 ЬКО ДБЕ К 131 ЕРГ- П)РЕМ Ца КЗ )Дода)( Г И(хс) д 33 Я ) 3 1:е и яе) 35( сяС( ь ио)(ОБ Г: 1 итии О, )О; Натри 3 . 11333 хлОр О, 1 00 фтор 0,10.,лИз пик,(и иского электролизерз 93 см, дна мстрс,;. с)б(цей объем 1 А;Гм(. В БЗ(Пу и И(1 33,31(1)зот дцсти,- лиров(1 цную Воду. Исходпу 10 3(азделяему 10 смесь ПОПОВ Б Видс БО,1 И3 го 31 ас:твс)Рз ГОМЕШЗН)Т Е( БЫ 11331 Ж(ГУЛ С 3 РОБН) КЗХЕРЪ ГРИ ВКЛЮЧЕЦЦОИ ПЕРВОИ П(3;)Е ЭЛЕКТ 1)1 ОБ,Обьех; воды Б И НО см )иаметр грефитовых электродц О,.);",1.,:1 ля приема ц(лецых;(сп(ОБ сгу)кит чс)3.33( камеры-приемпика. 1 г(цр 5333(е 3(и( НЗ э,(е(Трдзх В течс- ЦИ(3 К(1 ЖГ(ОГ(3 И КС 3 РЕ(ЗДС, ЕЦ И 5 ГГ) БЫГБ(1 ЕТ- ся Б пос.(едовзтьиос;и 100. 35, 165, 195, 225 280 300 В.3 Л 1 3 ОЛЦОГС( .аЗДСЛЕЦ 5 3.03(ОБ ТО(.ОСЕГ.ся 4 ч. В целсвых кзмсс)зх БьДслецы чистые ракии и( 3(с,Б б(1,31(1)1(с(1 испо,у. ) 031;(ИРОДЫ (, ( 1 ЕДМОП,ИХ К 3 цсства1228876 Составитель В. Банников Техред И. Верее Корректор О. Л 1 говая 1 нраж 663 Годннснос Вг 1 ИИГ 1 И Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ПГ 1 П Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4литий 0,096; на 1 рцй 0,096; хлор 0,096; фтор 0,097.Раствор каждой фракции спущен через донный кран камеры в отдельные приемники. Величина тока меняется в пределах 0,2 - -0,5 А.Разделение аналогичной смеси ионов согласно известному способу в электролизере длиной 93 см позволяет разделить ионы на отдельные фракции лищь за 16 ч с таким же выходом ионов по веществу, как и в предлагаемом спосоое. Г 1 ри этОм Одновременно катионы и аниоцы разделить согласно известному способу невозможно. поэтому разделение катионов и анионов проводится по отдельности на двух разных порциях одинакового качественного и количественного состава.Пример 2. Исходная разделясмая смесь ионов, г; калий 0,100; цезий 0,100; рубидий 0,100; фтор 0,100; хлор 0,100; бром 0,100. Условия опыта аналогичны примеру 1. На полное разделение ионов требуется 5 ч работы электролизера. Все фракции ионов це содержат ионов другои природы и выделены в количестве, г: калий 0,095; цезий 0,097; рубидий 0,094; фгор 0.095; хлор 0,097; бром 0,096.Разделение аналогичной смеси ионов (как в примере 1) на двух пленочных цогц 1 иях иоцов согласно известному способу в условиях, аналогичных примеру 1, позволяет разделить ионы ца отдельные фракции лишь за 25 ч с такими же выходамц по ве 1 цеству, как и в предлагаемом сцосоое. Прц этом одновременно разделецие катионов и ациоцов ца компоненты согласно известном способу осуществить нельзя.Прсснер 3. Исходная разделяемая смесь, г: литий 0,100; калий 0,100; натрий 0,100; рубидий 0,100; фтор 0,100; хлор 0,100; бром 0,100; иод 0,100.Условия проведения опытов аналогичны примеру 1. Для полного разделения требуется 5 ч работы электролизера.Все фракции це содержат ионов другой природы и выделены в количествах, г: литий 0,096; калий 0,097; натрий 0,098; рубидий 0,098; фтор 0,097; хлор 0,098; бром 0,097; йод 0,097.На разделение аналогичной смеси ионовсогласно известному способу в условиях, аналогичных примеру 1, требуется 25 ч.Интервал рабочих напряжений 100 - ЗООВявляется оптимальным, так как ниже 100 В через ванну идут слишком малые по величине токи, что снижает производительность способа, а выше 300 В начинает идти ин тенсивное электролитическое разложениеводы с выделением газообразных кислорода ц водорода, что снижает выход целевого продукта по току.Для катодов применены ИЧ из анионообменной мембраны МА, а на анодах - 15 ИЧ из катионообменной мембраны МК.Вместе с ИЧ могут быть применены чехлы из полимерных мембран МГЛ, пропускающих через себя только водородные и гидроксильцые ионы.Расстояние между соседними электродами составляет О -см в зависимости от7сложности исходной смеси ионов. Оптимальная длина электролцзера 93 см, диаметр 4 см (промышлецные циклические электролизеры предлагаемой конструкции могут 25быть крупногабаритными - для разделения больших количеств ионов или изотопов).Оптимальное, последовательно повышающееся напряжецие 100 - 300 В, величина тока 0,1 - 0,5 Л (у промышленных электролизеров величина тока может быть значительно больше). Такил образом, предлагаемый способпозволяет увеличить скорость разделения ионов по сравнению с известным в 4 - 5 раз, достичь полного разделения ионов с очень 35 близкими свойствами, в том числе и изотопов, находящихся в водных растворах в ионной форме, с обеспечением одновременного разделения смесей катионов с анцонами ца отдельные компоненты, что согласно известному способу одновременно сде лать невозможно вследствие более низкихи одинаковых на всех электродах напряже- Е 1 И Й.