Ионообменная мембрана

 

Изобретение относится к мембранной технологии и может быть использовано при очистке и концентрировании растворов электролитов. С целью повышения значений чисел переноса ионов водорода и гидроксила через ионообменные мембраны на их поверхность нанесены борозды с отношением глубины борозды к толщине мембраны 0,3 - 0,8 и отношением ширины борозды к расстоянию между соседними бороздами 0,2 - 10. Борозды могут быть нанесены с обеих сторон мембраны. Борозды могут быть различной конфигурации и под различным углом друг к другу. 6 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к мембранной технологии и может быть использовано при очистке и концентрировании растворов электролитов.

Во многих практических случаях возникает необходимость проведения процессов электродиализного обессоливания и (или) концентрирования с одновременной корректировкой кислотности (рН) раствора (переработка растворов чувствительных к изменению показателя кислотности, получение электролитов с заданным значением рН, электродиализная очистки кислых и основных газов и др.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является ионообменная мембрана, поверхность которой обработана наждачной бумагой. Значения чисел переноса ионов-продуктов диссоциации воды через ионообменную мембрану, поверхность которой обработана наждачной бумагой, измерены и приведены в табл.1.

Как видно из табл.1, мембрана, поверхность которой обработана наждачной бумагой, не обеспечивает значительного увеличения чисел переноса ионов водорода через катинообменную мембрану МК-40.

Цель изобретения - увеличение значений чисел переноса ионов водорода и гидроксила через ионообменные мембраны.

Цель достигается тем, что на поверхность ионообменной мембраны нанесены борозды с отношением глубины борозды к толщине мембраны 0,3-0,8 и отношением ширины борозды к расстоянию между соседними бороздами 0,2-10.

В предлагаемом изобретении увеличение значений чисел переноса ионов водорода и гидроксила достигается за счет того, что в месте нанесения борозды толщина диффузионного слоя увеличивается на глубину борозды, уменьшая этим величину предельного потока ((J_пр= ,где - толщина диффузионного слоя), и с учетом того, что величина общего тока не меняется, на ионообменной мембране возникают области с повышенной величиной безразмерного тока. Локальное повышение безразмерного тока вызывает интенсивное разложение молекул воды в местах нанесения борозд. При этом наблюдается значительное увеличение значений чисел переноса ионов водорода и гидроксила через ионообменные мембраны по сравнению с исходными мембранами.

Предельные значения отношений глубины борозды к толщине мембраны (0,3-0,8) и ширины борозды к расстоянию между соседними бороздами (0,2-10) определяются следующими факторами: 1) борозда с отношением глубины к толщине мембраны более 0,8 понижает механическую прочность мембран, а борозда с отношением глубины к толщине мембраны менее 0,2 подвержена "залечиванию" в процессе эксплуатации (за счет примесей в растворе электролита).

2) борозда с отношением ширины борозды к расстоянию между соседними бороздами более 10 не является источником ионов водорода и гидроксила, так как в месте нанесения такой борозды толщина диффузионного слоя не меняется.

Выполнение борозд в виде линий произвольной формы, зигзагообразные, также повышает значения чисел переноса ионов Н⁺ и ОН^- относительно исходной мембраны. Борозды, выполненные на обеих сторонах мембраны, позволяют достичь поставленной цели, причем борозды могут быть выполнены как симметрично друг другу, так и со смещением относительно друг друга. Выполнение борозд под углом, отличным от 90^о также повышает значения чисел переноса ионов Н⁺ и ОН^-.

П р и м е р. Исходную ионообменную мембрану (катинообменную МК-40 и анионообменную МА-40) обработали металлической гребенкой, в результате чего на поверхности мембраны образовались пересекающиеся между собой под прямым углом прямолинейные борозды с отношением глубины борозды к толщине мембраны 0,5 и отношением ширины борозды к расстоянию между соседними бороздами 3. Затем были измерены числа переноса ионов водорода и гидроксила через эти мембраны в растворе NaCl с концентрацией 0,01 М при 25^оС. Результаты испытаний, приведенные в табл.2 показали, что числа переноса ионов Н⁺ и ОН^- через них значительно выше, чем через исходные мембраны МК-40 и МА-40.

В табл.2 приведены значения чисел переноса ионов водорода и гидроксила через ионообменные мембраны при различных плотностях тока.

Очевидно, что значения чисел переноса ионов водорода и гидроксила через ионообменные мембраны с нанесенными на них бороздами значительно выше, чем через исходные мембраны. Так при плотностях тока 11-60 А/м² наблюдается более чем 10-кратное превышение значений чисел переноса ионов водорода в случае катионообменной мембраны с модифицированной поверхностью по сравнению с исходной. При дальнейшем росте плотности тока значения чисел переноса ионов водорода через модифицированную катионообменную мембрану МК-40 более чем в 1,5-2 раза выше, чем через исходную мембрану. Значения чисел переноса ионов гидроксила через предлагаемую анинообменную мембрану МА-40 в диапазоне исследованных плотностей тока выше, чем через исходную мембрану МА-40 более чем в 2 раза.

Формула изобретения

1. ИОНООБМЕННАЯ МЕМБРАНА для электродиализных процессов, выполненная в виде плоского листа, отличающаяся тем, что хотя бы на одной стороне листа выполнены борозды с отношением глубины борозды к толщине мембраны 0,3 - 0,8 и отношением ширины борозды к расстоянию между соседними бороздами 0,2 - 10,0.

2. Мембрана по п. 1, отличающаяся тем, что борозды выполнены в виде прямых линий.

3. Мембрана по п.1, отличающаяся тем, что борозды выполнены в виде линий произвольной формы.

4. Мембрана по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что борозды выполнены на обеих сторонах мембраны.

5. Мембрана по п.4, отличающаяся тем, что борозды с обеих сторон мембраны выполнены симметрично одна другой.

6. Мембрана по п.4, отличающаяся тем, что борозды с обеих сторон мембраны выполнены со смещением относительно одна другой.

7. Мембрана по пп. 1 - 6, отличающаяся тем, что борозды выполнены по отношению одна к другой под углом, отличным от 90^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1