Способ разделения ионов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1437067 (50 4 В 01 D 1302

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4130666/23-26 (22) 04. 10.86 (46) 15.11.88. Бюл. № 42 (72) В. В. Крохв и Т. Н. Благосклонова (53) 661.183.12 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 929215, кл. В 01 J 39/24, 31.0?.80. (54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ИОНОВ (57) Изобретение относится к области разделения ионов и позволяет повысить производительность процесса за счет увеличения скорости разделения ионов. Способ включает обработку водного раствора разделяемых ионов электрическим полем постоянного тока при одновременном воздействии когерентного светового излучения в направлении, перпендикулярном силовым линиям электрического поля. 1 ил.

14370б7

Изобретение относится к способу разделения ионов и может быть использовано для разделения смеси катионов или анионов н чистые фракции с целью регенерации <(енных ионов из отходов производства или природных смесей ионогенных химических c

Цель изобретения — повышение скорости разделения ионов с сильно различак)щимися ионными весами.

На чертеже схематически изображен электролизер линейной фор::ibl, R котором реализуется способ разделения ионов.

Предлагаемый 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., (Meeü каГ Г тионов которых А, В и T.ä. необходимо разделить на отдельные компоненты, помещают в стартовую камеру 1 линейного электролизера 2, а в сообщающиеся секции 3 и 4, частично разделенные экранирующей диэлектрической стенкой 5, в камеру для одного из целевых ионов 6, в анодную камеру

7, катодную камеру 8 и в ионитовые e:;.iû

9 и 10 с цилиндрическими графитовыми катодом 1! и анодом 12 — дистиллированную воду. Вкгпочают постоянный электрический ток, подавая на электроды напряжени" 90-—

120 В. Под действием электриче«" ого поля разделяемые катионы из cT

А, В+ попадают в сферу воздействия мощного пучка когерентного силового излучения (КСИ) испускаемого источником КСИ (ИКСИ), работающим в испульсном р(.жиме и соединенным с лампой !6 накачки. 1<учок

КСИ проходит через опти-ески прозра гное окошко 17 в боковой стенке электролизера» падает под прямым углом к силовым линиям электрического поля электродов. В результате светового давления, оказываемого пучком КСИ на движущиеся в электрическом поле катионы А, В+; последние отклоняются от своего прямолинейного пути вправо. Величина этого отклонения обратно прспорциональна величине ионного веса раздел,".емых катионов, поэтому катионы с наибольшим ионным весом (массой) испытывают наименьшее отклонение вправо, а катионь: с относительно небольшим ионным весом отклоняются вправо на максималы-".ое расстояние. В результате происходит быстрое разделение катионов с большим и малым ион10

ЗО

50 ными весами на отдельные фрак :,ии компонентов. После разделения, о зaBåðøåíèè 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. E результате вдвигания заслонки 18 катионь< В оказываются изолированными от катионов Aë в секции 4, из которой они в виде водного раствора сливаются через донное отверстие с краном в емкость-приемник целевых катионов В+; Катионы А" аналогичным образом в виде водного раствора сливаются из секции 3 через донное отверстие в емкость-приемник либо электрохимически переводятся в камеруприемник 6. Последний в:.риант изоляци.:;атионов 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, <,устить в секцию 3 новую порцию ионов А . которая подойдет к пучку КСИ как раз к тому времени, когда

«õiiîñò» .предыдущей фракции катионов АГ полностью втянется в камеру 6. Тогда открывают заслонку 18, и процесс разделения новой загрузки смеси катионов повторяют аналогичп; о<,иса;.;но «у.

П, <пс."иром 19 показано положение заслонки во вдвинутом состояп:H. Анионитовая ме.,:брана 20 ма-.ки МЛ-100 блокирует пел<.вые катионы А" в камере-приемнике 6.

Секции 3 и 4 снабжены водяными рубашками, через i

Аналогичным спссобом разделяют смеси авионов Х, У и т.д. на отдельные компоненты. При этом производят только переполюсопку электродов и заменяют анионитовые мембраны на катионитовь е и наоборот— кгтионитовые на анионитовые.

КСИ, пройдя через рабочую камеру с секциями 3 vi 4, выходит из нее через KBBpileвое окошко 21 с размером 4х4 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 ко мандам датч -ков (электрохимических, радиационных и T. i.) .

1437067

Формула изобретения

3

Оптимальные параметры электролизера, в котором реализуют предлагаемый способ разделения ионов.

Габариты основной рабочей камеры с секциями 3 и 4 составляют 12х12хб см, причем габариты каждой из секций 3, 4 одинаковы и равны 12хбхб см; дистиллированная вода заливается 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 кварцевым окошком в ней размером 4х4 см упирается торец 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 30х х4х4 см, работающий в импульсном режиме от лампы 16 подкачки с частотой импульсов 5 — 6 имп/мин при плотности мощности на выходе 50 — 60 Вт/см и длине волны

0,7 мкм.

Размеры стартовой камеры 1 2х4хб см, объем раствора с исходной смесью ионов

32 см .

Габариты камеры-приемника 6 и электродной камеры 8 одинаковы и равны 5 6 см, объем воды в ионитовых чехлах 9 и 10 — по

8 смз.

Объем электродной камеры 7 42 смз, ее размеры 2х4хб см.

Диаметр цилиндрических графитовых электродов 0,5 см.

Напряжение на электродах в процессе разделения 90 — 120 В, величина тока 0,2—

0,5 A.

Промышленные электролизеры могут иметь значительно большие размеры, величины применяемых токов и большие количественные загрузки разделяемых ионов.

Пример 1. Разделяемая смесь ионов: катионы тетрабутиламмония (100 r) и калия (100 г) . Процесс ведут,в электролизере с оптимальными параметрами: длина электролизера 75 см, поперечное сечение 4х4 см, вес гранулированного активированного угля 0,45 кг, напряжение на электродах 50 В, на угле — 1,0 В.

Г .о прототипу на разделение катионов требуется 4 ч при выходе целевых ионов 92О/о по предлагаемому. способу на разделение тех же катионов — 40 мин при выходе целевых катионов 98О/р.

Таким образом, за счет применения КСИ. направленного под прямым углом к силовым линиям электрического поля, скорость раз5

40 деления катионов по предлагаемому способу повышается в 6 раз по сравнению с прототипом.

Пример 2. Разделяемая смесь: анионы (Р1С1 ) комплексного соединения платины К (PtCf<(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 /О, а по предлагаемому способу — 40 мин при выходе целевых ионинов 98 /р, 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

93О/рр а по предлагаемому способу — 50 мин, при выходе целевых катионов 98",g, T.å. скорость разделения увеличивается в 5 раз.

Пример 4. Разделяемая смесь: катионы триэтилбензиламмония и натрия (по 0,100 г каждого). Остальные условия проведг11ия опытов аналогичнь1 примеру 1.

На разделение катионов по прототип. требуется 4 ч при выходе целевых катионов

92О/р, à по предлагаемому способу — 40 и,:н при выходе целевых катионов 98 /О, 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 счсT различий в дополнительно сообгцае;. ых им скоростях движения под воздействикм 1 СИ, направленного под прямым углом к силовым линиям электрического поля, в котором движутся разделяемые ионы.

Использование предлагаемого с пособи 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.

1437067

Составитель О. Зобнин

Редактор Л. Веселовская Техред И. Верес Корректор А. Обручар

Заказ 5820/9 Тираж 642 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4