Комбинированная мембрана

Союз Советскик Социалнстичесиик Республик) 21.06.7 4 тми иет исус рствеииыи СССР лам итобр и иткрнти.01.80.Бюллетень Рй 2 та опубликования описания 1501(72) Автор изобретени Иностранецтер Ньютон Волмсли (Великобритания) Заявите Иностранная фирмаДюпон де Немур энд Компани (США) 4) КОМБИНИРОВАННАЯ МЕМБРАНА са полимера второг алентног ембрана, в которой мер составляет не толщины и имеет по крайней мереа остальной части еннаябменжит раз- пленквив алентного веса опротивление поо значительной вет к потреблению энергии. Слеьно и предпоч ать мембрану с эквивалентным данной м йкость к рации аниоессе произ- а токовая миг рачет тонолочки, й эквива- нного ческом ра еельИзобретение относится к мембранамна основе фторированных полимеров иможет быть использовано при производстве галогенов и гидроокиси щелочныхметаллов из галогенидов щелочных металлов, где мембрана, служит разделителем анодного и катодного пространства в электролизере,Известна составная ионообммембрана с неоднородной ионооной структурой, которая содерличные ионообменные группы наке 1).Недостатком ембраны является низкая сто агрессивным,средам.Цель изобретения заключается впридании мембране улучшенного барьерного эффекта по отношению к анионам и улучшенной эффективности по току.Поставленная цель достигается тем,что в комбинированной мембране, состоящей из двух сЛоев Фторированногокатионообменного полимера с боковыми цепями, содержащими сульфонильныегруппы в ионообменной Форме, первыйслой составляет от 1/10 до 1/3 толщины мембраны и содержит фторированный катионообменный полимер с эквивалентным весом на 250-700 большим Предлагается м фторированный поли более одной трети эквивалентный вес на 250 больше вес пленки. С увеличением э полимера удельное с лимера возрастает д личины, что приводи большого количества довательно, желател тительнее использов относительно низким весом. Однако, вследствие миг нов через мембрану в проц водства гидроокиси металл эффективность уменьшается. В мембране по изобретению ция анионов уменьшается за с кого барьерного слоя, или об состоящей из имеющего высоки пентный вес полимера, нанесе на находящуюся в электролити элементе поверхность пленки; щенную в сторону катода этог мента. Этот слой с высоким уным электрическим сопротивлением составляет малую часть толщины мембраны и, следовательно, вызванное этим слоем увеличение полного удельного сопротивления относительно мало, Преимущества при использовании барьер ного слоя превосходят недостаток, связанный с высоким эквивалентным весом полимера, имеющего высокое электрическое удельное сопротивление.Хотя полимер с высоким эквивалент- о ным несом может составлять не более одной трети толщины мембраны, наиболее желательно, чтобы этот полимер составлял не более одной пятой или одной десятой толщины ее. Поскольку полимер с высоким эквивалентным весом обладает барьерными свойствами для анионов, проходящих от катода электролитического элемента к аноду, то полимер должен образовывать непрерывный слой. Тре буемая толщина составляет 0,5 мм. Толщина слоя может изменяться в зависимости от эквивалентного веса используемого полимера, чем выше эквивалентный вес, тем :ильнее проявляются барьерные свойства для проходящих авионов. Например, приемлемы эквивалентные веса 2000 или больше, Поскольку электрическое удельное . сопротивление возрастает с ростом ЗО эквивалентного веса, то с целью обеспечения минимума потребляемой мощности наиболее желательно использонать возможно более тонкий барьерный слой.35Различие эк вин алентных в есов полимзров, образующих две части составной мембраны, должна быть не менее 250.Основная часть составной мембраны имеет низкий эквивалентный вес напри- ф мер 1000 или более, Хотя желателен низкий эквивалентный вес, полимеры со слишком низкими эквивалентными весамн абсорбируют слишком большое количество воды, что снижает их механические свойства, С точки зрения изготовления желательно, чтобы эквивалентный вес составлял 1000-1500.. Полная толщина мембраны изменяется в зависимости от используемых 5 О ионообменных групп, экниналентных весов полимера, необходимой прочности мембраны типа и условий работы электролитических элементов и т.д. Обычно нижний предел толщины состанной мембраны 3 мм, а предпочтительнее 4 мм. Верхнего предела для толщины пленки не существует(за исключением практических соображений), Напри-мер, увеличение электрического сопротивления приводит к чрезмерной 60 толщине пленки. Кроме того, повышенный нес полимера приводит к повышенной стоимости.Как уже указывалось составная мембрана особенно полезна при произ водстве галогенов и гидроокисей металлов из,щелочных или щелочноземельных металлов.П р и м е р 1, В этом и последую, щих примерах мембраны с определенными удельными эквивалентными весами получают.из исходного сополимера, полученного из четырехфтористого этилена иСР,- сРобг, СРобг,СР,оУзСополимер превращают в ионную формус сульфидной группой вида 5 Оз на+ впроцессе работы хлорно-щелочного элемента.Составную мембрану, состоящую изпленки толщиной 1/2 мм с эквивалентным весом 1700 и пленки толщиной 4 ммс эквивалентным весом 1100, наносимых слоями на пленку ткани Т, помещают в лабораторный хлорно-щелочнойэлемент между двумя плоскими металлическими электродами, Используемыеэлектроды представляют собой сетчатыйкатод из нержавеющей. стали и устойчивый титановый сетчатый анод, покрытыйокислом благородного металла. Расстояние между пленкой и каждым изэлектродов составляет приблизительно1/8 дюйма,Со стороны анода в элементе цирку-.лирует горячий (80 РС) водный раствор хлористого натрия, весовая концентрация которого поддерживается науровне 12 в 1. Концентрация каустикагорячего (80 РС) каталита поддерживается на уровне 5-7 н., что достигается непрерывным добавлением водыв католит,После того, как температура элемента достигнет 80 С, через элеРмент пропускают ток, величина которого составляет 2 А на 1 кв . дюйммембраны. После трех дней непрерывной работы найдена эффективностьгальванического элемента путем определения количества полученного каустика как функции количества электричества, прошедшего через элемент.Найденная эффективность составляла85,бЬ, Напряжение на гальваническом элементе 4,43 В, а концентрация каустика католита 7,1 нПотребление энергии 1,775 кВт ч на 1 фунт(454 г) хлора.П р и м е р 2 (сравнительный) .Составную мембрану, состоящую изпленки толщиной 5 мм с эквивалентным весом 1200, наносимой послойнона слой ткани Т, устанавливаютв лабораторном хлорно-щелочном гальваническом элементе, описанном ипримере 1. После двух дней непрерывной работы определяют эФфективностьгальванического элемента, котораясоставила 47,2, Напряжение 3,34 В,концентрация каустика б н.Заказ 8795/54 Тираж 549 ПодписноеЦНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4 После дополнительных пятй дней непрерывной работы эффективность элемента оказалась 46,43. Напряжение 3,32 В, а концентрация каустика 6,8 н. Этот последний пример показывает,5 что потребление энергии составило 2,427 кВт.ч на 1 фунт хлора.П р и м е р 3 (сравнительный) . Составную мембрану, состоящую из пленки толщиной 5 мм с эквивалентным весом 1100, наносимой послойно на слой ткани Т, устанавливают в лабораторном хлорно-щелочном гальваническом элементе, описанном в примере 1 . После трех дней непрерывной работы определяют эффективность гальванического элемента, которая составила 38,6. Напряжение на гальваническом элементе 3,32 В, а концентрация каустика в католите 5,4 н. 20 Потребление энергии 2,950 кВтч на1 фунт хлора.Формула изобретенияКомбинированная мембрана, состоящая из двух слоев фторированного катионообменного полимера с боковымицепями, содержащими сульфонильныегруппы в ионообменной форме, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с цельюпридания мембране улучшенногобарьерного эффекта по отношению канионам и улучшенной эффектий ностипотоку, первый слой составляет от1/10 до 1/3 толщины мембраны и содержит фторированный :;атионообменныйполимер с эквивалентным весом на250-700 большим эквивалентного весаполимера второго слоя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1 . Патент США Р 3784399,кл. С 25 В 13/08, опублик. 1 973.