Способ разделения ионов

(54) СПОСОБ (57) Изобрете деления ионов водительность скорости разд ет обработку ионов электри при одноврем ного светового пендикулярном кого поля. 1 и ние относится и позволяет процесса заеления ионов. одного раство еским полем пенном воздей излучения в н силовым лин42Т. Н. Благосклонова.1 39/24, 31.0.80. СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(46) 15.11.88. Бюл, (72) В. В, Крохв (53) 661.183.12 (088. (56) Авторское свид929215, кл. В 01 ИЯ ИОНОВк области разповысить произ- счет увеличения Способ включара разделяемых остоянного тока ствии когерентаправлении, периям электричесИзобретение относится к способу разделения ионов и может быть использовано для разделения смеси катионов или анионов н чистые фракции с целью регенерации сенных ионов из отходов производства или природных смесей ионогенных химических соединений, для качественного и количествецного анализа смесей ионов в цриборострое нии, радиоэлектронике и химической промышленностии.Цель изобретения - повышение скорости разделения ионов с сильно раз:чакшимися ионными весами.На чертеже схематически изображен электролизер линейной фон:.ы, в котором реализуется способ ра;деления ионов.Предлагаемьсй способ. разделения ионсв с сильно различающимися ионными ве ами осуществляется следующим образ м. Исходный раствор ионогенных химических соединений А" Х, В У и т.д., смесь каГ Гтионов которых А, В и т.д. необходимо разделить на отдельные компоненты, помесцают в стартовую камеру 1 линейного электролизера 2, а в сообщающиеся секции 3 и 4, частично разделенные экранирующей диэлектрической стенкой 5, в камеру для од ного из целевых ионов 6, в анодную камеру 7, катодную камеру 8 и в ионитовые чехлы 9 и 10 с цилиндрическими графитовыми катодом 11 и анодом 12 - дистиллированную воду. Вкспочают постоянный электрический ток, подавая на электроды напряжение 90- - 120 В. Под действием электриче"ого поля разделяемые катионы из стартовой камеры проходят через катионитов ю мембрану 13 марки МКв секцию 3, а анионы исодных соединений Х; У , проходя через:;сионитовую мембрану 14 марки МАв анодную камеру, блокируются в ней. Двигаясь к катоду 1 в секции 3, разделяемые катионы Ал, ВГ попадают в сферу воздействия мощного пучка когерентного силового излучения (КСИ) испускаемого источником КСЛ (ИКСИ), работающим в исцульсцом рс.жимеи соединенным с лампой 6 накачки. 1 учок КСИ проходит через опти-ески прозрачное окошко 17 в боковой стенке электролизеоа ц падает под прямым углом к силовым линиям электрического поля электродов. В резуль. тате светового давления, оказываемого пучком КСИ на движущиеся з электрическом поле катионы А+, В+; последние отклоняются от своего прямолинейного пути вправо. Величина этого отклонения обратно црспор.циональна величине ионного веса разделяемых катионов, поэтому катионы с наибольшим ионным весом (массой) испытывают наименьшее отклонение вправо, а катионь: с относительно небольшим ионным весом отклоняются вправо на максимальное расстояние. В результате происходит быстрое разделение катионов с большим и малым ион 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 ными весами на отдельные фракции компонентов. После разделения, о завершении которого подают сигналы датчики (не показаны), секции 3 и 4 изолируют друг от друга вдвиганием диэлектрической ионнонепроницаемой заслонки 18 или диэлектрической шторки, движущейся по направляющей и заменяющей заслонку. В результате вдвигания заслонки 18 катионы В оказываются изолированными от катионов Ал в секции 4, из которой они в виде водного раствора сливаются через донное отверстие с краном в емкость-приемник целевых катионов В+; Катионы АГ аналогичным образом в виде водного раствора сливаются из секции 3 через д нное отверстие в емкость-приемник либо электрохимически переводятся в камеруцриемник 6. Последний в:;риацт изоляци. катионов А применяют при последовательном поточном разделении многих загрузок смесей ионов. В этом случае можно, не выключая электрического тока, загрузить в стартовую камеру новую загрузку исходной смеси ионов и при вдвинутой заслонке 18, пока предыдущая фракция ионов А+ втягивается в камеру 6, с;устить в секцию 3 новую порцию ионов А. которая подойдет к пучку КСИ как раз к тому времени, когда хвост .предыдущей фракции катионов А+ полностью втянется в камеру 6. Тогда открывают заслонку 18, и про есс разделения новой загрузки смеси катионов повторяют ана.согичс:; огисацно у.суисс."и)Ом 1, ГОказано положение заслонки во вдвинутом состоянии. Анионитовая ме:брана 20 ма-.ки МАблокирует пелс;вые катионы А+ в камере-приемнике 6. Секции 3 и 4 снабжены водяными рубашками, через сотор;се во время процесса разделения протекает холодная проточная вода.Аналогичным спссобом разделяют смеси ационов Х , У и т.д. на отдельные компоненты. При этом производят только переполюсопку электродов и заменяют анионитовые мембраны на катионитовь е и наоборот - кгтиоцитовые на анионитовые.КСИ, пройдя через рабочую камеру с секциями 3 и 4, выходит из нее через кварцевое окошкс, 21 с размером 4 х 4 см и гасится светозащитным экраном 22.Предлагаемый способ разделения ионов наиболее эффективен в случае разделения смесей ионов с большими различиями в их ионных весах (массах. Процесс в электролизере может быть полностью автоматизирован, при этом выдвижные заслонки заменяют диэлектрическими иононепроницаемыми раздвижными шторками, движущимися по направляющим с помощью шаговых электромоторов по коМанда датч:ков (электрохимических, радиационных и т.д.).формула изобретения 45 50 3Оптимальные параметры электролизера,в котором реализуют предлагаемый способразделения ионов.Габариты основной рабочей камеры с секциями 3 и 4 составляют 12 х 12 хб см, причемгабариты каждой из секций 3, 4 одинаковыи равны 12 хбхб см; дистиллированная водазаливается в секции 3 и 4 на высоту 4,0 см,выдвижная заслонка 18 во вдвинутом состоянии разделяет рабочую камеру на две равные по объему секции по середине.В боковую стенку секции 3 с кварцевымокошком в ней размером 4 х 4 см упираетсяторец ИКСИ 15, из которого КСИ попадает, внутрь секций 3 и 4 под прямым углом к силовым линиям электрического поля.ИКСИ представляет собой искусственный рубиновый монокристалл размером 30 хх 4 х 4 см, работающий в импульсном режиме от лампы 16 подкачки с частотой импульсов 5 - 6 имп/мин при плотности мощностина выходе 50 - 60 Вт/сми длине волныО, мкм.Размеры стартовой камеры 1 2 х 4 хб см,объем раствора с исходной смесью ионов32 см.Габариты камеры-приемника 6 и электродной камеры 8 одинаковы и равны 5 Х 6 см,объем воды в ионитовых чехлах 9 и 10 - по8 смз.Объем электродной камеры 7 42 смз, ееразмеры 2 х 4 хб см.Диаметр цилиндрических графитовыхэлектродов 0,5 см,Напряжение на электродах в процессеразделения 90 в 1 В, величина тока 0,2 -0,5 Л. Промышленные электролизеры могутиметь значительно большие размеры, величины применяемых токов и большие количественные загрузки разделяемых ионов,Пример 1. Разделяемая смесь ионов: катионы тетрабутиламмония (100 г) и калия(100 г). Процесс ведут,в электролизере соптимальными параметрами: длина электролизера 75 см, поперечное сечение 4 х 4 см,вес гранулированного активированного угля 0,45 кг, напряжение на электродах 50 В,на угле - 1,0 В,Г 1 о прототипу на разделение катионовтребуется 4 ч при выходе целевых ионов 92 О/опо предлагаемому. способу на разделениетех же катионов - 40 мин при выходе целевых катионов 98 О/,.Таким образом, за счет применения КСИ,направленного под прямым углом к силовымлиниям электрического поля, скорость раз 5 10 15 20 25 30 35 40 деления катионов по предлагаемому способу повышается в 6 раз по сравнению с прототипом.Пример 2. Разделяемая смесь: анионы Р 1 С 1комплексного соединения платины К (РАСИ) и СГ (по 0,100 г каждого). Остальные условия проведения опытов аналогичны примеру 1. Отличие от примера 1 состоит в переплюсовке электродов перед началом разделения.На разделение анионов по прототипу требуется 4 ч 20 мин при выходе по веществу 92/ а по предлагаемому способу - 40 мин при выходе целевых ионинов 98/ т.е. скорость разделения увеличилась в 6,5 раз.Пример 3. Разделяемая смесь: катионы тетраэтиламмония и линия (по 0,100 г каждого). Остальные условия проведения опытов аналогичны примеру 1.На разделение катионов по прототипу требуется 4 ч 10 мин при выходе по веществу 93 О/о, а по предлагаемому способу - 50 мин, при выходе целевых катионов 98" т.е. скорость разделения увеличивается в 5 раз.Пример 4. Разделяемая смесь: катионы триэтилбензиламмония и натрия 1 по 0,100 г каждого). Остальные условия проведения опытов аналогичны примеру 1.На разделение катионов по прототипу требуется 4 ч при выходе целевых катионов 92 О/о, а по предлагаемому способу - 40 мин при выходе целевых катионов 98/, т.е. скорость разделения увеличив",ется в 6 раз выше по сравнению с прототипом.Таким образом, увеличение скорости разделения ионов в 5- - 6 раз достигается за счет различий в дополнительно сообгцае; ых им скоростях движения под воздействикм :СИ, направленного пол прямым углом к силовым линиям электрического поля, в котором движутся разделяемые ионы.Использование предлагаемого с пособа позволяет значительно ускорить процесс разделения ионов при одновременном повышении выхода целевых продуктов. Способ разделения ионов, включающий обработку водного раствора разделяемых ионов электрическим полем постоянного тока, отличающийся тем, что, с целью повышения производительносги процесса, обработку водного раствора разделяемых ионов ведут при одновременном воздействии на него когерентного светового излучения в направлении, перпендикулярном силовым линиям электрического поля.рректор А. Обр чардписноеетений и открытий4/5д, ул. Проектная, 4 по делам изоб шская наб., д тие, г. Ужгоро го комит ква, Ж фическо Составитель О. ЗобнинТехред И. Верес КТираж 642 Пета СССР- 35, Рауе предприя