Способ регенерации катионообменных перфторированных мембран

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1717 б 76 3 08 1)5 ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ.И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ляется снижение мбраны и увели(21) 4479652/26(54) СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ КАТИОНООБМЕННЫХ ПЕРФТОРИРОВАННЫХ МЕМБРАН(57) Изобретение относится к электрохимическим производствам и позволяет снизитьэлектросопрртивление мембраны и увелиИзобретение относится к электрохимическим производствам, в частности к технологии получения хлора и гидроокисей щелочных металлов злектролизом раствора хлорида соответствующего щелочного металла в электролизере с ионообменной мембраной.Целью изобретения явэлектросопротивления мечение срока службы,П р и м е р 1 (по известному способу), Для регенерации используют перфторированную катионообменную мембрану Асиплекс, проработавшую в процессе элек-. тролиза хлорида натрия 1,5 мес при следующих условиях: концентрация питающего рассола 300 г/л, рН питающего рассола 102, содержание в рассоле 504 10 г/л, Са + 0,05 мг/л, концентрация щелочи в като- лите 480 г/л, плотность тока 0.25 А/см 2, температура 80 С. чить срок службы. Согласно способу регенерации катионообменных перфторированных мембран для 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 12-24 ч. 1 табл. Напряжение на электролизере 3,6 В (с Я новой мембраной Асиплекс 3,5 В, т.е. ЛЧ = =0,1 В). Мембрана Асиплекс двухслойная, содержит в основном слое ионообменные в сульфогруппы (слой обращен к аноду, в барьерном слое - карбоксильные группы (слой обращен к катоду). Прочность на раз 2- Ц рыв новой мембраны Асиплекс 260 кг/см, О, после эксплуатации в течение 1,5 прочность ее не изменяется,Для регенерации описанную мембрану устанавливают в лабораторный электролизер на нагрузку 10 А, подают в анодную камеру раствор хлорида натрия концентрацией 300 г/л, подкисленный соляной кислотой до рН 0,5, в катодную камеру - щелочь концентрацией 480 г/л и пропускают обратный ток 0,25 А/см 2 при 80 С в течение 12 ч.Напряжение на электролизерв с мембраной после регенерации при описанных условиях электролиза 3,56 8, Прочность мембраны после регенврации 240 кг/см,За 12 мес работы электролизера восемь раз проводят регенерацию, при этом напряжение возросло до 3,85 В, а прочность на разрыв снижается до 180 кг/см, Таким2образом, периодическое снижение кислот- ности рассола и пропускание обратного тока приводит лишь к незначительному снижению напряжения на электролизере, но к существенному снижению прочностных свойств мембраны.П р им е р 2(по предлагаемому способу), Для регенерации берут мембрану Асиплекс, что и в примере 1. Напряжение на электролизере с ней 3,6 В (ЛЧ = 0,1 В). Для регенерации мембрану устанавливают катодной стороной к аноду, в анодное пространство подают раствор хлорида натрия концентрацией 150 г/л, рН 2,2, в кэтодное пространство подают щелочь концентрацией 30 г/л и проводят электролиз при плотности тока 0,25 А/см, температура 80 С, при поддержании концентрации щелочи в катодной камере 30 г/л в течение 12 ч,Регенерированную мембрану устанавливают для контроля напряжения в электролизер катодной стороной к катоду и проводят электролиз при условиях, указанных в примере 1, Напряжение на электролизере 3,5 В, Прочность мембраны на разрыв 260 кгlсм, За 12 мес непрерывной работы электролизера восемь раз проводят электролиз при пониженных концентрациях электролитов, устанавливая мембрану катодной стороной к аноду, в результате чего напряжение 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, подвергшихся периодически электрохимической обработке, снижается до 230 кг/см 2, как у мембран, не подвергавшихся регенерации. Это показывает, что снижение прочности происходит не за счет регенерации. На электролизере, работавшем с мембраной Асиплекс непрерывно 24 мес в режиме получения щелочи 480 г/л без периодической регенерации, установилось напряжение 4,2 В (т.е.ЛЧ = 0,7 В): Дальнейшее использование мембраны считается нецелесообразным, а регенерация в.этом случае не обеспечивает снижения ее сопротивления,Периодическое проведение регенерации мембраны по предлагаемому способу приводит к тому, что напряжение на электролизере через 24 мес непрерывной работы 3,9 В. а через 36 мес 4.2 В, т,е. срок службымере 1 условиях. Напряжение на электролизере 4,0 В, с новой мембраной Нафион50 3,9 В, т.е. Ь Ч = 0,1 В.Мембрана Нафиондвухслойная, основной слой содержит сульфогруппы, тонкий селективный слой со стороны катода содержит сульфамидные группы. Прочность на разрыв мембраны Нэфион280 кг/см .Для регенерации мембрану устанавливают в электролизер катодной стороной к аноду, в анодное пространство подают раствор хлорида натрия концентрацией 150 5 1020 25 3040 45 мембраны увеличивается в 1,5 раза. Регенерация не снижает прочностных свойств мембран.П р и м е р 3. Для регенерации берут мембрану Асиплекс, как в примере 1. Регенерацию проводят, как и в примере 2, но различное время; 6, 12, 24 и 36 ч.Время и количество проведенных регенераций и изменение при этом напряжения на электролизере и прочности мембран дэны в таблице.Как показывает таблица, проведение регенерации в течение 6 ч (опыт 4) недостаточно для получения максимального эффекта снижения напряжения на электролизереВ начальный период использования мембраны регенерация протекает довольно легко и достаточно 12 ч для снижения напряжения до исходного показания. По мере эксплуатации мембраны процесс регенерации затрудняется и время регенерации целесообразно увеличить до 24 ч (опыты б и 7), но дальнейшее увеличение времени регенерации не приводит к дальнейшему снижению напряжения (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 10 и 11) по снижению напряжения по сравнению с концентрацией 100 - 150 г/л. Интервал концентраций раствора щелочи 10 - 50 г/л определяется тем, что при концентрацияхщелочи менее и более этого интервала (5 и 60 г/л) регенерация протекает менее эффективно (опыты 15 и 16),Выбор интервала рН 2-3 для раствора хлорида натрия объясняется тем, что эффективность регенерации мембран повышается с увеличением кислотности среды, но понижать рН менее 2 не рекомендуется, тэк как это отрицательно сказывается на свойствах мембран, уменьшая ее прочность на разрыв.П р и м е р 4, Для регенерации берут мембрану Нафион, проработавшую в злектролизере 1 мес при указанных в при1717676 Продолжение таблицы г/л, рН 2,2 и проводят электролиз при плотности тока 0,25 А/см, температуре 80 С при поддержании концентрации щелочи 30 г/л в течение 12 ч,После регенерации мембраны напряжение на электролизере 3,9 В, прочность на разрыв не уменьшается,П р и м е р 5, Для регенерации берут мембрану Флемион, проработавшую в эяектролизере 2 мес при указанных в примере 1 условиях. Напряжение на электролизере 3,7 В (с новой мембраной 3,6 В, т.е, Ь Ч = 0.1 В).Мембрана Флемион состоит из двух слоев полимеров с карбоксильными группами с разными эквивалентными массами. К катоду обращен барьерный слой с высокой молекулярной массой, Прочность мембраны на разрыв 260 кг/см,Регенерацию проводят в электролиэере, устанавливая мембрану катодней стороной к аноду, подавая в анодное пространство раствор хлорида натрия концентрацией 150 г/л, рН 2,2 и проводят электролиз при плотности тока 0,25 А/см. температуре 80 С с получением щелочи 30 г/л в течение 12 ч. После регенерации мембраны напряжение на электролиэере 3,6 В, прочность на разрыв не уменьшается.Таким образом, предлагаемый способ 5 обеспечивает снижение напряжения наэлектролиэере и увеличение срока службы катионообменной мембраны с различными ионообменными группами.Формула изобретения 10 Способ регенерации катионообменныхперфторированных мембран для электролиза растворов хлоридов щелочных металлов, включающий электрохимическую обработку, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью .15 снижения электросопротивления мембраны и увеличения срока службы, регенерируемую мембрану устанавливают в электролизере катодной стороной к аноду, а анодной - к катоду и электрохимическую обра ботку ведут при подаче в анодноепространство 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 25 12 - 24 ч.1717676 Продолжение таблицы Составитель О.Зобнин едактор Н.Гунько Техред М,Моргентал Корректор В,ГирнПроизводстве н ельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ В 55 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по 113035, Москва, ЖПодписноебретениям и открытиям при ГКНТ СССРаушская наб., 4/5