Полимерный ионообменный материал для изготовления мембраны электродиализатора

Союз СоветсваСоциалистическихРеспублик ОПИ ИЗОБ 446960 Еййй ИностранеиЕсафье М 8 РЭФранпияИност нная Фирма(11) Заявитель 54) ПОАИМЕРНИР ИОНООБЧБ 6 ПИ МАТЕРИАЛ ДБЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕМБРЬНИ ЭЛЕКТРОДИАЛИЭАТОРА н)у=сА Изобретение относится к ионообменннм мембранам, применяемымв электролизе для обессоливанияводы концентрироВания растворов,обмейных и окислительно-восстановительных реакций, регулированиярН растворов и разделения ионоводного знака,Предлагается применять в электродиализаторе или электролизеремембрану иа полимерного ионообменного материала, полученного сополимериеацией смеси моноиеров, состоящей иа акрилонитрила и ненасыщенного олефинами мономвра, содерхащего группу сульфоминовой кислоты либо ее соли, или указаннойсмеси мономеров, включающей такхененасыщенные олефинами Виниловыеили акриловые мономеры, содерхащие преимущественно мейее 12атомов углерода,Мономер, содержащий группу сульфоминовой кислоты либо ее соли, Вводят В сополимер В количестВ 0,4 - 2 ммоль на 1 г сополимера предпочтительно 0,6 - 1,6 ммол на 1 г сополимера.Указанный иономер имеет форм где К- одинзначения) -15остаток имрода;А - либо чисто углеводороднаядвухвалентная группа, свободные валентности которой йереносятся 20 чисто алифатической цепью, насыщенной или ненасыщенной, йрямой или разветвленной, либо ароматическим ядром или комбинированной цепью, причем одна из свободных ювалентностей переносится атомом акового или различного водород или алкильный еющий до 4 атомов угле20 алиуатического углерода, а другая - атомом ароматического углерода; либо группа, - 0 - А - или- А, - где А - ухв укаэанная группа; либо двухвалентнаягруппа, обрааоьанная чисто алифа- ьтическим иили) ароматическимиуглвьодородными группами, связанными мехду собой атомами кислорода или серы, причем свободные валентности переносятся атомами , юалифатического и(или) ароматического углерода; либо двухвалентныегруппы, подобйые предыдущим,одинили несколько атомов углерода которых переносят, кроме того, заместители, такие как атомы галагана или гидроксилироваыные радикалы,Ыредпочитаемыии соединениямиявляются сваливания фориулыСН 2 ф С - А -ОН,В качестве мономеров используют - кислоты (либо соли этихкислот): аллилсульфоновую, металлилсульфоновую, аллилоксиэтилсульфоновую; бутан=2= и бутен= 5 =сульфоновую = 1; гексенсульфоновую,частности гексен=2=сульфоновую==1=аллилтриэтилсульфоноьую, аллилтрио:3:арон анол,=2:аул ьФоновую=1;вин:.лбенволсульФоновую в частности винил=З=банаоласульюновую 1;винилонсибанаолсульфоновую, аименно винилонси=2= и винилокси=4:бенаолсульфоновую=1; иаопропвнил-бвнаолсульфоновую, в частностииаопропенил=2= и йаопропенил=4=бенаолсуль,.оновую=1; бромовинилбенаолсуль новую, а именно бромо=2=и бромо: =винил=З=бенаолсульфоновую =1; Ь =метилстиролсульфоновую; А =этилстиролсульфоновую;иаойропенилкумолсульфоновую; моно=ди= и тригидроксивинилбвнаолсуль-новую; винилдихлорнафталинсульоновую, о= и р= аллилбенаолсульновую, о: и р= мвталлилбенаолсульфоновую; (о= и р= иаопропилвнфенил(:4 = Й =бутансульфоновую;винилхлорофенилэтансульоновую;о= и р= аллилоксибенаолсульфоновую; о= и р= металлилонсибенаолсульФоновую; винилгидронсифенилсульфононую; винилтригидроксифвнилсульфоновую, иаопропил=2=этилеысульФоновую=Х.В качестве ненасыщенных олефинами ьиниловцх или анриловых мономеров, содерхащих преимущественно мвйее 12 атомов углерода,испольауют, например, хлористйй винил, хлористый вйнилиден и виниловйе эфиры, ненасыщенные квтонн, такие нак бутанол, фенил викилацетон, иетилиаопропенилацетон, эфиры винила и насыщенные нарбойовыв кислоты, например Формиат, ацетат, пропионат, буираты, бенаоаты, эфйры ненасыщенных моно= или поликарбоновых алифатических кислот, таких как акрилаты, малваты, фумараты, ситраконаты, меааконаты, ;таконаты и аконитаты,причем эти эфиры являются эфирами алкила, например метила, этила, пропила, бутила, Д =гидроксиэтила, циклоалкила или арила, акриламида и мвтакриламида и их йроиаводных, полученных аамещением м .Испольауемый для изготовления мембран сополимвр анрилонитрила имеет удельную вяакость 0,2 - Е,5 , преимущественно 0,5 - 1,5 (иайвренную при 25 С в диметцлюрмаиидв при нонцентрации 2 г/лу.Ионообменные мембраны, изготовленные иа сополииера акрилонитрила, имеют высокую механическую проч ность высокую устойчивость к воадействию кислот, как минеральных, так и органических, а такхе растворов, содерхащих ароматические растворитвли.Пример 1. Выполняют злектродиалиаатор с десятью секциями, имеющий анод иа платинированного титана и катод иа титана. Секции отделены одна от другой вставными рамками толщиной 1 мм; рааличныв секции астворения пйтаются параллельно так хе, как и секции концентрации)Секции растворения и концентрации рааделены мембранаии, играющими полеаную поверхность 1 дм; при этом катионообмвнныв мембраны (мембраны а) чередуются с анионообменными мембранами (мембраны д ).Активным компонентом мембран а является сополимер акрилонитрила и металлилсульфоната натрия в весовых соотношениях 85,2; 14,8 с удельно Вядкостью 1,(26 (иамеренной при 25 С в растворе димвтилформамида, или ЗМГ, иа расчета 2 г/л). Иембраны иаготавливают путем пропитки полиэфирного волокна в 123-ном растворе сополимвра акрилонитрила в Э ИР с последующим просущиванием.подвергают соляную воду (ЙВС 1)с концентрацией о г/л.Остальныв условия электродиалива и полученные рваультатн следующив:Количество воды, подвергнутой электродиалиау, л 4 0,4 5и пресс 8 ванием в твченив 15 минпри 170 С под давлением 40 БарСополимер распределявтся иа расчета 293 г/м Нроницавмость мембран ЬЮ; прочность на аамещенив6 омсии,Мембраны 6 относятся к мембранамнеоднородного типа, активным компонентом (ионообмейникои) которыхявляется сополимер стирол=дивинилобенаол с группами четвертичногоаммония, связанного матрицвй ввиниловйй полимер, причем все этов целом усилено полипропиленовойтканью. Толщина мембраны 0,38 мм;проницаемость 83; прочность назамещение 18 ом-см ; чцсло ионообменных групп 0,61 мег/г.указанный элемент испольауют для говыполнения прЬцесса электродиализа, проиаводимого следующим обра, зом.Через электродные секции пропускают один и тот хв паствор сконцентрацией Над вы 7 г/л,проходящий последовательно сначала через одну, а затеи череа другую секцию. Далее осуществляют,электродиализ водного растворахлорщда натрия, содерхащего йаС 135 г/л, при токе 3 А, По истечвние времени 2 час 45 мин обрабатывают таким путем 4 л соляногораствора и получают на выходесекций растворения 3,1 л солянойводы, содерхащей 0,2 г/л М аС 1.Потребление составляет 32 квт/мфэлектродиалиаированной воды. Полезная поверхность мембпаны. испольууемоИ для получения эа час1 м воды, содерхащей 0,2 г/лМаС 1 , из воды с содеохаием35 г/л, составляет 176 мПример 2 . Действуют, как в примере 1, но в качестве мембраны 4испольауют неоднородную мембрану,активным компонентом (ионоооменником) которой является сополимерстирол=дивинилбензол с четвертичными группами аммония, свяаанныйматрицвй в виниловый полимер, причем всв это в целом усиливают полиэфирным волокном, Толщина мембраны 0,26 мм; проницаемость 81 Цчисло ионообмвнных групп 0,61 мву/гпрочность на замещение 20 ом-см .Остальные условия электродиалиааи полученные реаультаты следующие:Количество воды, подвергнутой элвктродиалиау, л. 4 Концентрация соштоЦ воды питания ОЧаС 1),г/лВремя электродиалиаа Ток, АКоличество электродиалиаированной воды (спонихенным содерханиемсоли), л 3,1Концентрация электродиалиаированной воды,г/лПотребление электроэнергии электродиалиаурованной воды, квт-ч/м 38,8Пример 3. Поступают, как в примере 1, но в качествв мембраныприменяют неоднородную мембрану,активный компонент (ионообменник)которой обрааован стиролдивинилбвнаолом с четвертичными группамиаммония, свяаанным матрицвр в виниловый полимер, причем всв это велом усилено полиэфирным волокном,олщина мембраны 0,32 мм; прони-.цаемость 83%, число ионообменныхгрупп О 7 мвг/Р; прочность на заме. -щение 10 ом-смф ,Остальные условия электродиалиааи полученные результаты следующие:Время электродиализа 2 час.46миы446960час. 7мин бб1 час.8мин1,5 3,8 7Время элвктродиалиаа Ток, АКоличество воды, получаемой после электродиализа (с пониженнымсодержанием соли),л 3,8 Концентрация воды после электродиализа, г/л 0,2 Потребление электроэнергии электродиализированной воды, квтч/м 2,5 Полезная поверхностьмембраны для полученияаа 1 час 1 м электродиализированной воды,м 8 юПример 5, Поступают, как в примере 2, подвергая ьлектродиалиау соляную воду ИаС 1) с концентрацией 5 г/л.Остальные условия злвктродиализа и полученные результаты следующие: Количество воды, подвергаемой электродйалиау,л 4 Время злентродиалиаа 1 час. 3мин Ток, А 1,5 Количество воды послезлектродиалиаа (с пониженным содержанием соли),л 3,8 Концентрация воды послезлектродиалиаа, г/л 0,35 Потребление электроэнергии злвнтродиалиаированной Воды) нвтч/м 2,8Пример 6.Поступают, нак в примере 3, подвергая злектродиализу соляйую воду (иа с 1) с концентрацией й г/леОстальные условия элвктродиалиаа и полученные реаультаты следующие:Количество Воды, подгвргнутой злвнтродиалиау,лВремя злентродиализа Ток, АКоличество воды послезлентродиализа (с пониженным содержаниемсоли),л 5 о й 20 25 30 35 4 О й 8.Потребление электроэнергии воды после электродиализа, квтч/м 2,0Пример 7. Проиаводят окислениебенаола в парахинонв в электролиаере, обрааованном шестью элвктролизйыми ячейками; каждая ячейка имеет анод и свийцовый атоди разделена на две секциг .;ембранОИ ид сополимера анрилонитОИГа,Полеаная поверхность ка .Догоэлектрода и мембраны 2 дм ;промежуток электроды - мембра2 имиМембраны в качестве активногокомпонента содержат сополимеранрилонитрила и металлилсульфоната натоия в весовых соотношеиях82 6 ; 17,4 с удельной вязкостью1,143 (измеренной при 2 Ь"С вастворе с концентрацией 2 г/л вМР). 1 еибраны г.олучают путемпцопитки полиэфирного волокна ВО-нои растворе сополииера акрилонитрила в ВЫ с последующейппо 7 шной в течение 15 мин при1(О С под давлением 40 Вар. Сополимер распределяется иэ расчета1 И г/м , Проницаемость Ь 6 Я; прочность на аамещение 6 ои:см,Различные анодные секции всехшести элементарных ячеек питаютсяпоследовательно. При зтои общееколичество циркулирующего анолитапервоначально Оразуется сие-"сьюиз 1287 г бензола и 1500 смз2 Г 4-ного раствора серной кислоты.Различные натодные секции всехшести элементарных ячеек такжепитаются последовательно, причемобщее количество циркулирующегокатолита первоначально обрааовано950 см 25 Я-ного раствора сернойкислоты.Злектролиа проводят в течение7 час 44 мин при напряжении 3,5 Вв токе 130 А при температуре йорядка 57"С,Проиаводят непрерывную зкстракцию анолита, добавляя бензол вколичестве, соответствующем тому,которов было экстрагировано. Получают 206 г парахинона. По окончании процесса механические свойства мембраны практически нв изменяются: нв наблюдается такжеточек корозии.Пример Г:. Выполняют элентролиаер, имеющий свщцовый анод в фор. Составнтедв ф, ЛЬВОВИЧ Текред НСОНИНО КоРРектоР Ц,БЭЛЯВСКВЯ Редакто Эаказйтт Иад И,ф Ь ЦИИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по дедам изобретений н открытый Москва, 113035, Раушская наб., Предприятие Патент, Москва, Г, Бережковская наб 24 44699.ме диска с поверхностью 0,45 дм, свинцовый катод такхе в форме диска, но с поверхностью 0,2 дм. Оба электрода располохены горизонтально один над другим, причем катод помещен в трубе диаметром 6 см. Конец этой трубки, опущенный в анолит, закрыт мембрайой из сополимера акрилонитрила и метллилсульфоната натрия .в весовых соот ношениях 19,5 : 20,5 с удельной вявкостью 1,266 (иамененной при 25 С в растворе с концентрацией 2 г/л вЭИ. Мембрану получают путем пропитк полиэфирного волок-на в 5-ном растворе сополимера акриаонитрила вЭМР с последующей просушкой при 60 С в течение 20 час. Содерхание сополимера 270 г/м й . Проницаемость 665; проч- . ность на замещение 5 осм а .В указанном электролизере ппоизводят анодное окисление фе ыола в павахинон. Аыолит содерхит 300 см 10 Я.-ного аствора серной кислоты и 9 г енола. Католит образован 80 см 10-ного раствора серной кислоты. 6010После пропускания в течение 75 мин тока 1,6 А под напряхенем 4 В при температуре порядка 47 С получают 0,82 г хинона, Подобным хе образом испытывают мембрану в течение 6 час.По окончании процесса механические свойства мембраны практически не изменяются; не наблюдается танюхе точек коррозии. Пронициемость мембраны 64; прочность назамещение Ь ом - си. ПРЕДМЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯПрименение в качестве полимерного ионообменного материала для изготовления мембраны электродиализатора или электролизера продукта сополимеризации смеси мономеров, состоящей из акрилонитрила и ненасыщенного олефинами мономера, содерхащего группу сульфоминовой кислоты либо ее соли, или этой смеси, содерхащей такхе ненасыщенные олефинами виниловые или акриловые мономеры, содерхащие преимущественно мейее 12 атомов углерода. ТнражЯД Подписное