Комбинированная мембрана
Ф ..;:>4исЧФ:i:>
Союз Советскик
Социалнстичесиик
Республик
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
<>710519 (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 200675 (21) 2145943/05 (23) Приоритет (32) 21.06.74 (5l) М. Кл.
С 08 J 5/22
Государств«ииыи ними «т
СССР ии лелам изобрет«иий и открытий (31) 481751 (зз) с (53) УДК 678.743..41-62-278(088,8) 4
Опубликовано 15о1.8о. Бюллетень ¹ 2
Дата опубликования описания 15р180 (72) Автор изобретения
Иностранец
Питер Ньютон Волмсли (Великобритания) Иностранная фирма Е.И.Дюпон де Немур энд Компани (CMA) (71) Заявитель (54) KONEHHHPOBAHHAH МЕМБРАНА
Изобретение относится к мембранам на основе фторированных полимеров и может быть использовано при производстве галогенов и гидроокиси щелочных металлов из галогенидов щелочных металлов, где мембрана, служит разделителем анодного и катодного пространства в электролиэере.
Известна составная ионообменная мембрана с неоднородной ионообменной структурой, которая содержит различные ионообменные группы на пленке (1).
Недостатком данной мембраны является низкая стойкость к агрессивным, 15 средам.
Цель изобретения заключается в придании мембране улучшенного барьерного эффекта по отношению к анионам и улучшенной эффективности по току. 28
Поставленная цель достигается тем, что в комбинированной мембране, состоящей из двух сЛоев фторированного катионообменного полимера с боковыми цепями, содержащими сульфонильные группы в ионообменной форме, первый слой составляет от 1/10 до 1/3 толщины мембраны и содержит фторированный катионообменный полимер с эквивалентным весом на 250-700 большимЗ) эквивалентного веса полимера второго слоя.
Предлагается мембрана, в которой фторирозанный полимер составляет не более одной трети толщины и имеет эквивалентный вес по крайней мере на 250 больше веса остальной части пленки.
С увеличением эквивалентного веса полимера удельное сопротивление полимера возрастает до значительной величины, что приводит к потреблению большого количества энергии. Следовательно, желательно и предпочтительнее использовать мембрану с относительно низким эквивалентным весом.
Однако, вследствие миграции анионов через мембрану в процессе производства гидроокиси металла токовая эффективность уменьшается.
В мембране по изобретению миграция анионов уменьшается за счет тонкого барьерного слоя, или оболочки, состоящей иэ имеющего высокий эквивапентный вес полимера, нанесенного на находящуюся в электролитическом элементе поверхность пленки; обращенную в сторону катода этого элемента. Этот слой с высоким удель710519 ным электри - еским сопротивлением составляет малую часть толщины мембраны и, следовательно, вызванное этим слоем увеличение полного удельного сопротивления относительно мало.
Преимущества при использовании барьер- 5 ного слоя превосходят недостаток, связанный с высоким эквивалентным весом полимера, имеющего высокое электрическ ое удель ное сопротивление .
Хотя полимер с высоким эквивалент- о ным весом может составлять не более одной трети толщины мембраны, наиболее желательно, чтобы этот полимер составлял не более одной пя— той или одной десятой толщины ее.
Поскольку полимер с высоким эквивалентным весом обладает барьерными свойствами для анионов, проходящих от катода электролитического элемента к аноду,.то полимер должен образовывать непрерывный слой. Тре- 20 буемая толщина составляет 0,5 мм.
Толщина слоя может изменяться в зависимости от эквивалентного веса используемого полимера, чем выше эквивалентный вес, тем =ильнее проявляются барьерные свойства для проходящих авионов. Например, приемлемы эквивалентные веса 2000 или больше.
Поскольку электрическое удельное . сопротивление возрастает с ростом ЗО эквивалентного веса, то с целью обеспечения минимума потребляемой мощности наиболее желательно использовать возможно более тонкий барьерный слой.
Различие эквив алентных в есов полимеров, образующих две части ñîñтавной мембраны, должна быть не менее 250.
Основная часть составной мембраны имеет низкий эквивалентный вес напри- о мер 1000 или более. Хотя желателен низкий эквивалентный вес, полимеры со слишком низкими эквивалентными весамн абсорбируют слишком большое количество воды, что снижает их механические свойства. С точки зрения изготовления желательно, чтобы эквивалентный вес составлял 1000-1500. . Полная толщина мембраны изменяет ся в зависимости от используемых 5Î ионообменных групп, эквивалентных весов полимера, необходимой прочности мембраны типа и условий работы электролитических элементов и т.д.
Обычно нижний предел толщины составной мембраны 3 мм, а предпочтительнее
4 мм. Верхнего предела для толщины пленки не существует (за исключением практических соображений), Напри- мер, увеличение электрического сопротивления приводит к черезмерной 60 толщине пленки. Кроме того, повышенный вес полимера приводит к повышенной стоимости.
Как уже указывалось составная мембрана особенно полезна при произ- 65 водстве галогенов и гидроокисей металлов из,щелочных или щелочноземельных металлов.
Пример 1 . B этом и последую щих примерах мембраны с определенными удельными эквивалентными весами получают.из исходного сополимера, полученного из четырехфтористого этилена и
СР,- СРОССЯ, CFOCFg Сополимер превращают в ионную форму с сульфидной группой вида SO3 на+ в процессе работы хлорно-щелочного эле-. мента. Составную мембрану, состоящую из пленки толщиной 1/2 мм с эквивалентным весом 1700 и пленки толщиной 4 мм с эквивалентным весом 1100, наносимых слоями на пленку ткани Т-12, помещают в лабораторный хлорно-щелочной элемент между двумя плоскими металлическими электродами. Используемые электроды представляют собой сетчатый катод из нержавеющей. стали и устойчивый титановый сетчатый анод, покрытый окислом благородного металла. Расстояние между пленкой и каждым из электродов составляет приблизительно 1/8 дюйма. Со стороны анода в элементе цирку-. лирует горячий (80ОС) водный раствор хлористого натрия, весовая концентрация которого поддерживается на уровне 12 †1. Концентрация каустика горячего (80ОC) каталита поддерживается на уровне 5-7 н., что достигается непрерывным добавлением воды в католит. После того, как температура элемента достигнет 80 С, через элеР мент пропускают ток, величина которого составляет 2 А на 1 кв . дюйм мембраны. После трех дней непрерывной работы найдена эффективность гальванического элемента путем определения количества полученного каустика как функции количества электричества, прошедшего через элемент. Найденная эффективность составляла 85,6%. Напряжение на гальваническом элементе 4,43 В, а концентрация каустика католита 7,1 н..Потребление энергии 1,775 кВт ч на 1 фунт (454 r) хлора. Пример 2 (сравнительный) . Составную мембрану, состоящую из пленки толщиной 5 мм с эквивалентным весом 1200, наносимой послойно на слой ткани Т-12, устанавливают в лабораторном хлорно-щелочном гальваническом элементе, описанном в примере 1. После двух дней непрерыв. ной ра >оты определяют эффективность гальванического элемента, которая составила 47,2Ъ. Напряжение 3,34 В, концентрация каустика 6 н. 71053 9 Составитель Редактор Е.Хорина Техред .М.Ïåòêo . Корректор Е.п,я:. Заказ 8795/54 Тираж 549 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета- СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиял ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4 После дополнительных пятй дней непрерывной работы эффективность элемента оказалась 46,4%. Напряжение 3,32 В, а концентрация каустика 6,8 н. Этот последний пример показывает, 5 что потребление энергии составило 2,427 кВт. ч на 1 фунт хлора. Пример 3 (сравнительный) . Составную мембрану, состоящую из пленки толщиной 5 мм с эквивалентным весом 1100, наносимой послойно на слой ткани Т-12, устанавливают в лабораторном хлорно-щелочном гальваническом элементе, описанном в примере 1 . После трех дней непрерывной работы определяют эффективность гальванического элемента, которая составила 38,6Ъ. Напряжение на гальваническом элементе 3,32 В, а концентрация каустика в католите 5,4 н. 20 Потребление энергии 2,950 кВт ° ч на 1 фунт хлора. Формула изобретения Комбинированная мембрана, состоящая из двух слоев фторированного катионообменного полимера с боковыми цепями, содержащими сульфонильные группы в ионообменной форме, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью придания мембране улучшенного барьерного эффекта по отношению к анионам и улучшенной эффектий ности потоку, первый слой составляет от 1/10 до 1/3 толщины мембраны и содержит фторированный .-;атионообменный полимер с эквивалентным весом на 250-700 большим эквивалентного веса полимера второго слоя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1 . Патент США Р 3784399, кл. С 25 В 13/08, опублик. 1973.
