Іонообмінна мембрана - патент Україна 2022628 - Ганич В
Винахід відноситься до мембранної технології та може бути використане при очищенні та концентруванні розчинів електролітів. З метою підвищення значень чисел перенесення іонів водню та гідроксилу через іонообмінні мембрани на їх поверхню нанесені борозни із ставленням глибини борозни до товщини мембрани 0,3 – 0,8 та ставленням ширини борозни до відстані між сусідніми борознами 0,2 – 10. Борозни можуть бути нанесені з обох боків мембрани. Борозни можуть бути різної конфігурації та під різним кутом один до одного. 6 з.п. ф-ли, 2 табл.
Малюнки до патенту Україна 2022628
Винахід відноситься до мембранної технології та може бути використане при очищенні та концентруванні розчинів електролітів.
У багатьох практичних випадках виникає необхідність проведення процесів електродіалізного знесолення та (або) концентрування з одночасним коригуванням кислотності (рН) розчину (переробка розчинів чутливих до зміни показника кислотності, отримання електролітів із заданим значенням рН, електродіалізне очищення кислих та основних газів та ін.
Найбільш близьким за технічною сутністю до винаходу є іонообмінна мембрана, поверхня якої оброблена наждачним папером. Значення чисел перенесення іонів-продуктів дисоціації води через іонообмінну мембрану, поверхня якої оброблена наждачним папером, виміряно та наведено в табл.1.
Як видно з табл.1, мембрана, поверхня якої оброблена наждачним папером, не забезпечує значного збільшення чисел перенесення іонів водню через катинообмінну мембрану МК-40.
Мета винаходу - збільшення значень чисел перенесення іонів водню та гідроксилу через іонообмінні мембрани.
Ціль досягаєтьсятим, що на поверхню іонообмінної мембрани нанесені борозни із ставленням глибини борозни до товщини мембрани 0,3-0,8 та ставленням ширини борозни до відстані між сусідніми борознами 0,2-10.
У пропонованому винаході збільшення значень чисел переносу іонів водню і гідроксилу досягається за рахунок того, що в місці нанесення борозни товщина дифузійного шару збільшується на глибину борозни, зменшуючи цим величину граничного потоку ((Jпр= ,де - товщина дифузійного шару), і з урахуванням того, що величина загального струму не змінюється, на іонообмінній мембрані виникають області з підвищеною величиною безрозмірного струму Локальне підвищення безрозмірного струму викликає інтенсивне розкладання молекул води в місцях нанесення борозен. мембрани проти вихідними мембранами.
Граничні значення відношень глибини борозни до товщини мембрани (0,3-0,8) та ширини борозни до відстані між сусідніми борознами (0,2-10) визначаються такими факторами: 1) борозна зі ставленням глибини до товщини мембрани більше 0 ,8 знижує механічну міцність мембран, а борозна з відношенням глибини до товщини мембрани менше 0,2 схильна до "залікування" в процесі експлуатації (за рахунок домішок в розчині електроліту).
2) борозна з відношенням ширини борозни до відстані між сусідніми борознами більше 10 не є джерелом іонів водню та гідроксилу, так як у місці нанесення такої борозни товщина дифузійного шару не змінюється.
Виконання борозен у вигляді ліній довільної форми, зигзагоподібні, також підвищує значення чисел перенесення іонів Н+ та ОН - щодо вихідної мембрани. Борозни, виконані по обидва боки мембрани, дозволяютьдосягти поставленої мети, причому борозни можуть бути виконані як симетрично один одному, так і зі зміщенням щодо один одного. Виконання борозен під кутом, відмінним від 90 про також підвищує значення чисел перенесення іонів Н + і ОН - .
П р і м е р. Вихідну іонообмінну мембрану (катинообмінну МК-40 і аніонообмінну МА-40) обробили металевим гребінцем, в результаті чого на поверхні мембрани утворилися прямолінійні борозни, що перетинаються між собою під прямим кутом, з відношенням глибини борозни до товщини мембрани 0,5 і відношенням ширини борози. сусідніми борознами 3. Потім були виміряні числа перенесення іонів водню і гідроксилу через ці мембрани в розчині NaCl з концентрацією 0,01 М при 25 про С. Результати випробувань, наведені в табл.2, показали, що числа перенесення іонів Н + і ОН - через них значно вище, ніж через вихідні мембрани МК-40 та МА-40.
У табл.2 наведено значення чисел перенесення іонів водню та гідроксилу через іонообмінні мембрани при різних густинах струму.
Очевидно, що значення чисел перенесення іонів водню та гідроксилу через іонообмінні мембрани з нанесеними на них борознами значно вищі, ніж через вихідні мембрани. Так при щільності струму 11-60 А/м 2 спостерігається більш ніж 10-кратне перевищення значень чисел перенесення іонів водню у разі катіонообмінної мембрани з модифікованою поверхнею порівняно з вихідною. При подальшому зростанні густини струму значення чисел перенесення іонів водню через модифіковану катіонообмінну мембрану МК-40 більш ніж у 1,5-2 рази вище, ніж через вихідну мембрану. Значення чисел перенесення іонів гідроксилу через пропоновану анінообмінну мембрану МА-40 у діапазоні досліджених щільностей струму вище, ніж через вихідну мембрану МА-40.ніж у 2 рази.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. ІОНООБМІННА МЕМБРАНА для електродіалізних процесів, виконана у вигляді плоского листа, що відрізняється тим, що хоча б на одному боці листа виконані борозни з відношенням глибини борозни до товщини мембрани 0,3 - 0,8 і відношенням ширини борозни до відстані між сусідніми борознами 0 ,2 – 10,0.
2. Мембрана за п. 1, що відрізняється тим, що борозни виконані у вигляді прямих ліній.
3. Мембрана за п.1, що відрізняється тим, що борозни виконані у вигляді ліній довільної форми.
4. Мембрана з пп.1 - 3, яка відрізняється тим, що борозни виконані на обох сторонах мембрани.
5. Мембрана по п.4, що відрізняється тим, що борозни з обох боків мембрани виконані симетрично одна одною.
6. Мембрана по п.4, яка відрізняється тим, що борозни з обох боків мембрани виконані зі зміщенням одна щодо одної.
7. Мембрана за пп. 1 - 6, що відрізняється тим, що борозни виконані по відношенню одна до іншої під кутом, відмінним від 90 o .