Биполярная ионообменная мембрана

.А 91 (111 В 13/04 ТЕНИ СССР 1971. ш 60. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ П 1 НТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБ(71) Институт химии Дальневосточногнаучного центра АН СССР(54) (57)МЕМБРАНА,ный и ани 1. БИПОЛЯРНАЯ ИОНООБМЕННАЯсодержащая катионообмен"онообменный слои, о т л иИзобретение относится к электро- химическому производству, в частности к биполярным ионообменным мембранам, которые используют в процессах электродиализа при получении кислот и щелочей из растворов солей и проведении химических превращений, протекающих с участием водородных"и гидроксильных ино.Известна биполярная ионообменная мембрана, состоящая из чередующихся слоев катионо- и анионообменника,Наиболее близким техническим решением является мембрана, состоящая из слоя катионообменника и слояанио- нообменника.В известных биполярных мембранах катионообменный и анионообменный 2 ч а ю щ а я с я тем, что, с целью уменьшения ее электрического сопротивления и увеличения вйхрда по току водородных и гидроксильных ионов, катионообменный и/или анионообменный слои выполнены. двухслойными, причем внешние, слои содержат сильнодиссотиирующие ионогенные группы, а внутренние - слабодиссоциирующие или одновременно слабодиссоциирующие и сильнодиссоцйирующие ионогенные группы.2. Мембрана по п. 1, о т л и ч а - ю щ а я с я тем, что внешние анионообменные и катионообменные слои содержат соответс"твенно четвертичные аминогруппы-и"сульфокислотные группы, а внутренние - алкилпиридино-вые и фосфорнокислотные группы.слои представляют- собой однотипную ф ионообменную мембрану, содержащую фЬ по"всему объему одни и те же ионо- , Д генйыегруппы,Ведостаткои известных биполяр"ных мембран являются неудовлетворительные электрохимические свойства (высокое электрическое сопротивление илн низкий выход по току водородных и гйдроксйльных йорков). На пример, падение напряжения на биполярной мембране, изготовЛенной смещением сульфокатионитового (на основе ионита КУ) и высокоосноввого анионитового (на основе ионита АВ)слоев при плотности тока 200 А/мфсоставляет от 10 до 20 В, Напротив, падение напряжения на биполярной мем55 бране, изготовленной совмещением фосфорнокислотного (на основе ионитаКФ) и высокоосновного анионитного(на основе ионита АВили АВМ)5слоев в тех же условиях измерениясоставляет 0,9-1,9 В, но такая мембрана имеет низкую величину выходапо току водородных и гидроксильныхионов (70-80%). 10Целью изобретения является улучшение электрохимических свойств биполярных мембран - уменьшение ихэлектрического сопротивления и увеличение выхода по току водородных игидроксильных ионов.,Укаэанная цель достигается тем,что в биполярной мембране катионообменный или анионообменный слой илиоба одновременно выполняют в видедвух слоев, различающихся природойфункциональных групп, причем внешние катионообменный и анионообменныйслои в биполярной мембране изготавливают на "основе сильнодиссоциирую,ь ф.щих ионитов, содержащих, в частности, сульфогруйпы Йчетвертичные ами.нбгруппы, соответственно. Эти слоиобладают высокой селективностью (препятствуют проникновению ионов внешнего электролита во внутрь мембраны),поэтому мембрана имеет высокий выходпо току водородных и гидроксильныхионовМежду внешйими слоями располагаюткатионообменный и анионообменный слои,ускоряющие процесс диссоциации водына водородные и "гидроксильные ионы,протекающий при прохождении электрического тока через биполярную мембрану, что приводит к снижению перена. пряжения реакции диссоциации воды иуменьшению падения напряжения на биполярной мембранев целом. Анализэлектрохимических свойств известных" биполярных мембран и опыты показали,что наиболее быстро процесс ДиССоциации воды протекает если катионообмен". ный и анионообменный слои, образующие биполярную границу, содержатслабодиссоциирующие или слабодиссоциирующие и сильнодиссоцийруйщие йоно"генные группы одновременно, в частности, фосфорнокислотные и алкилпиридиновые группы.При изготовлении мембран ионитыКУ(стиролдивинилбензольный катионит, содержащий ионогеннйе группы - ЯОН), КФ(стиройдивийййбензольный катионит, содержаЩий ионогенные группы - РОН ), АВ(стиролдивинилбензольный анионит, содержащий ионогенные группы - И(СН)ОН), АВм (винилпиридиндивинилбензольный анионит, содержащий ионогенные группы -С Н(СН)ОН и -СНИ), переводят, в соленую форму по сильнодиссоциирующим группам, высушивают до содержания влаги 2-5% и измельчают до размера частиц 5-30 мкм. Смесь измельченного ионита с порошкообразным полиэтиленом в соотношении от 55:45 до 65:35 вес,частей вальцуют при 135 -о140 С. Биполярные мембраны получают спрессованием катионообменных и анионообменных вальцованных мембран толщиной 0,25-0,30 мм при 140-145.С и давлении 35-70 кгс/см. Для увеличения прочности мембран на стадии прессования их совмещают с лавсановой тканью.П р и м е р 1. Ионообменные слои при прессовании мембраны располагают в,следующей последовательности; сульфокислотный слой на основе катионита КУ(фиг.б, слой 1); фосфорнокислотный слой на основе катионита КФ(фиг.б, слой 1 ); анионообменный слой на основе анионита АВ(фиг.б, слой 2). Мембрана имеет следующие .электрохимические свойства: выход по току водородных и гидроксильных ионов прй контакте мембраны с 0,5 н. растворами соляной кислоты и едкого натра и плотности тока 400 А/м 93%, падение напряжения на мембране при плотности тола 200 А/м - 1,3 В.П р и м е р 2. Ионообменные слои при прессовании мембраны располагают в следующей последовательнбсти: сульфокислотный слой на основе катионита КУ(фиг.в, слой 1); анионообменный слой на Основе анионита АВм (фиг.в, слой 2 )," анионообменный слой на основе анионита АВ(фиг,в, слой 2)Мембрана имеет следующие электрохимические характеристики: выход по току водородных и гидроксильных ионов при контакте. мембраны с 0,5 н. раствором соляной кислоты и едкого натра и плотности"тока 400 А/м 2 - 96%, падение напряжения на мембране при плотности тока 200.А/м 2 - 3,6 В.П р и м ер 3. Ионообменные слои при прессовании мембраны располагают в следующей последовательнОсти: суль- фокислотный слой на основе катионита3 6л ттлтзяеримо с падением напряжения на мембранах МБ"3, МБ, МБ. г Корректор С.Шекмар Редактор ЛЛисьман, Техред Л,Олийнык). :Заказ 1691 Тираж 546 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 5 74519КУ(фиг.г, слой 1), фосфарнокислотный слой на, основе катионита КФ(фиг.г, слой 1 )-, анионообменныйслой на основе анионита АВм(фиг.г, слой 2 ); анионообменныйы /5слой на основе анионита АВ(фиг.г, слой 2). Мембрана имеет следующие электрохимические свойства:выход по току водородных и гидроксиль Оных ионов при контакте мембраны сО;5 нрастворами соляной кислоты иедкого натра и плотности тока400 А/м - 96 Ж, падение напряженияна мембране приплотности тока 15200 А/м г 1,3 В,Биполярные мембраны, изготовленные согласно данному изобретений,имеет значительно лучшие электрохимические свойства по сравнению с из- Ювестными биполярными мембранами. Так,падение напряжения на них в 5 -1 О раз меньше, чем на мембране МБВместе с тем, выход по току водородных и гидроксильных ионов из мембран, составляющих предмет данного изобретения, на 7-253 выше, чем из известных. Увеличение выхода по току водородных и гидроксильных ионов приводит как к снижению энергетических затрат на процесс электродиализа, так и к одновременному уменьшению загрязнения конечного продукта,.например, загрязнения сблью растворов кислоты и щелочи. Существенным является также, что производство биполярных мембран гетерогенного типа по данному изобретению не требует изменения технологии и применения дополнительных устройств но сравнению с производством известных биполярных мембран гетерогенного типа.