Биполярная ионообменная мембрана

О П И С А Н И Е 3I7692

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Соеетскик

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства ¹, 1ПК С 08j 1/34

Заявлено 17.1.1969 (№ 1297462,23-5) с присоединением заявки М

Приоритет

Опубликовано 19.Х.1971. Бголлстснь ¹ 31

Дата опублпковация описания 27.XII.!971

Комитет по делам изобретений и открытий при Соеете тйинистрое

СССР

УДК 661.183.123 (088.8) Автор изобретения

Л. Д. Ушаков

Заявитель

Всесоюзный научно-исследовательский институт водоснабжения, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии

БИПОЛЯРНАЯ ИОНООБМЕННАЯ МЕМБРАНА

Изобретение касается электрохимически активных мембран (диафрагм), в частности биполярных, используемых в качестве генераторов Н+ и OH — ионов при электрохимическом получении кислот и щелочей из их солей, а также в качестве аналогов некоторых биологических мембран.

Известны биполярные мембраны, представляющие собой двухслойные ионообменные мембраны, одна поверхность которых обладает катионо-, а другая анионообменными свойствами. Такие мембраны характеризуются в электрическом поле полупроводниковой проводимостью: малым электрическим сопротивлением в прямом направлении, когда катионообменные поверхности мембран обращены к аноду, а анионообменные к катоду, и высоким сопротивлением в обратном направлении. Причем в обратном (закрытом) направлении, когда поверхности биполярных мембран, обладающие катионообмепными свойствами, обращены к катоду, такие мембраны являются в высокой степени избирательными к ионам Н+ и почти весь ток через них в этом направлении переносится этими ионами, образующимися за счет разложения воды в мембране

Н;О = Н++Н

При получении растворов кислот (НС1, СНзСООН) и щелочей (NaOH) с концентрацпями до 1 а эквг.г путем многокамерного электродиа тиза с биполярными и ионообменными мембранами чистых водных растворов

N" C1 илц СНзСООХа, являющихся в этом случае псходггым сырьем для получения кислоты и щелочи, необходимо в качестве исходного сырья использовать чистые растворы, не содержащие катионов Са++, Mg++, Fe++ и др., способных к образованию нерастворимых соединений прп повышении рН. В противном случае, например, при обработке природны.; рассолов происходит выпадание нерастворимых сосдтшений этих катионов (СаСОз, Мд(ОН)я, Ге(ОН)з и др.) на поверхности биполярных смбрап со стороны щелочных камер, так как в пограничных слоях растворов у этих поверхносгсй под действием концентрационной поляризации концентрация и рН растворов наиболее высокие. Выпадание отложений увеличивает электрическое сопротивление мембран и нарушает движение раствора в щелочных кап.ерах.

Борьоа с этими отложениями способом изменения направления электрического тока, обы шо применяемым в электродиализе для борьбы с отложениями на мембранах и являющимся единс-;венно приемлемым в данном случае, невозможна, поскольку, как отмечено выше, обычная биполярная мембрана является

30 генератором Н и ОН ионов только при ном определенном направлении электрического тока, и перестает выполнять эту функцию при изменении направления тока.

Предметом изобретения является симметричная биполярная мембрана, т. е. такая биполярная мембрана, которая при любом направлении электрического тока, проходящего через нее, является «гнератором» Н+ и ОНионов и почти весь ток через нее переносится этими ионами.

Согласно изобретению биполярная мембрана представляет собой трехслойную ионообменную мембрану, поверхностные слои которой обладают либо катионо-, либо анионообменными свойствами, а заключенный между ними внутренний слой обладает соответственно анионо- или катионообменными свойствами.

Такую мембрану можно рассматривать, как состоящую из двух обычных биполярных мембран и имеющую два перехода катионит-анионит с полупроводниковыми свойствами, включенные один навстречу другому, Так как при любом направлении электрического тока один из двух переходов оказывается всегда включенным в прямом направлении, а другой в обратном, симметричная биполярная мембрана уже не обладает полупроводниковыми свойствами, а электрический ток через нее в любом направлении почти полностью переносится ионами Н+, образующимися на переходе катионит — анионит, включенном в обратном направлении. Благодаря этому при изменении направления электрического тока через мембрану происходит глубокое снижение рН растворов на поверхности мембраны, где до реверсирования тока оно было очень высоким, и наоборот, на противоположной поверхности, где величина рН растворов до реверсирования была очень низкой, она резко увеличивается.

Биполярные мембраны, полученные по изобретению, обладают высокими электрохимическими показателями, а главное — полной обратимостью (асимметрия свойств в обоих направлениях не превышает +5%).

Применение предложенных трехслойных биполярных мембран вместо обычных биполярпь1х даст возможность предотвратить отложения па этих мембранах, возникающие из-за высоких значений рН и концентрации растворов у их поверхности в щелочных камерах, I0 периодическим кратковременным реверсированием электрического тока, достаточным для кратковременного глубокого снижения рН и концентрации растворов на поверхности мембран со стороны щелочных камер и для раст15 ворения отложений на них без существенных изменений рН и концентрации растворов в самих камерах. Кроме того, применение трехслойных симметричных мембран несколько упрощает сборку аппаратов, так как, во-первых, такие мембраны не нужно ориентировать определенным способом относительно электродов, а во-вторых, сами мембраны ооладают лучшими механическими свойствами вследствие симметрии их структуры, что предотвра25 щает их коробление в воде из-за различной степени набухания катионита и анионита.

Предмет изобретения

ЗО Биполярная ионообменная мембрана, состоящая из слоя, обладающего ионообменными свойствами, и слоя, обладающего катионообменными свойствами, отличающаяся тем, что, с целью предотвращения отложения не35 растворимых солей на ее поверхности при электродиализе, она включает три слоя, расположенные так, что поверхностные слои обладают либо катионо-, либо анпонообменными свойствами, а заключенный между ними

4О внутренний слой обладает соответственно анионо- или катионообменными свойствами.

Составитель Г. Л. Русских

Редактор Л. V,. Ушакова 1схред Л. В. Куклина Корректоры: В. П. Федулова и E. H. Зимина

Заказ 3468/13 Изд. № 1469 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий нри Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2