[發明專利]一種納米纖維雙極膜制備酸堿的方法及其設備

在審

• 申請號: 201610167410.4
• 申請日: 2016-03-23
• 公開（公告）號: CN107227465A
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發明（設計）人: 劉冉;梁杰;王瑞東;胡俊平;李建國;劉征
• 申請（專利權）人: 北京匯益科技股份有限公司
• 主分類號: C25B1/00
• 分類號: C25B1/00;C25B9/00;C25B13/00
• 代理公司: 北京五月天專利商標代理有限公司11294
• 代理人: 王天桂

技術領域

本發明屬于化工技術和材料科學技術領域。

背景技術

傳統的離子膜燒堿就是采用離子交換膜法電解食鹽水而制成燒堿（即氫氧化鈉）。 其主要原理是因為使用的陽離子交換膜，該膜有特殊的選擇透過性，只允許陽離子通過而阻止陰離子和氣體通過，即只允許H⁺、Na⁺通過，而Cl^－、OH^－和兩極產物H₂和Cl₂無法通過，因而起到了防止陽極產物Cl₂和陰極產物H₂相混合而可能導致爆炸的危險，還起到了避免Cl₂和陰極另一產物NaOH反應而生成NaClO影響燒堿純度的作用。這種工藝的缺點是在得到燒堿的同時電解產生了氯氣和氫氣，能耗高，工藝復雜。由電解槽出來的濕氯氣，溫度高并伴有大量的水蒸氣和雜質，具有較強的腐蝕性，必須經過冷卻、干燥和凈化處理。同時由電解槽出來的氫氣溫度高、含水量大、且含堿霧，故必須進行冷卻。冷卻系統分直接冷卻和間接冷卻兩種，建議選擇氫氣洗滌塔直接洗滌冷卻降溫、列管換熱器間接冷卻，水環式氫氣壓縮機輸送。

為了克服上述制堿方法的缺點，采用雙極膜與兩種離子交換膜組合制酸堿。其原理正如徐銅文、何炳林在“雙極膜-新的工業革命”（院士論壇，22卷3期P20）中所描述的酸堿生產的由雙極膜與兩種離子交換膜組成的兩室或三室結構制酸堿模式。在“水處理技術”第32卷第6期78頁描述了一種“雙極膜制酸堿實驗”，其裝置示意圖如圖1。在正負電極之間分布有陰極膜、陽極膜、雙極膜、陰極膜、陽極膜。這種膜堆結構最大的弱點是當正負電極間加以電壓時，雙極膜兩側的電降很難保證符合要求。同時，用膜數量也多，在兩電極內側產生極室不能生成酸或堿。

發明內容

針對現有技術中的上述制堿缺點，本發明提出一種納米纖維雙極膜制備酸堿的方法，利用納米纖維雙極膜的特性，在陽離子交換和陰離子交換膜界面，在一定的電場下具有對水分子分解成H⁺和OH^-作用，將鹽溶液制備成酸和堿。

一般說雙極膜既能阻擋陰離子通過又能阻擋陽離子。陽離子H⁺只能在陽離子膜層通過，陰離子OH^-只能在陰離子膜層通過。而納米纖維離子膜性能不同，其具有雙通性，用一片雙極膜與相應的電極組成膜堆可以實現制酸堿的目的。以氯化鈉為例，各離子運行路徑為，Na⁺向負電極方向遷移，Cl^-向正電極方向遷移。H⁺和OH^-離子的運行方向與傳統要求不同，H⁺與Cl^-配對形成HCl，OH^-與Na⁺配對形成NaOH。

上述納米纖維離子膜的制備方法可以參考現有技術中已知的方法進行制備，如專利ZL200710122897.5就記載了納米纖維離子膜的制備方法中的一種，在此將其全文引入本申請。

本發明還保護一種通過納米纖維雙極膜制備酸堿的設備，包括兩個電極，所述兩電極位于納米纖維雙極膜的兩側，電極面與膜面距離小于1mm但不接觸，電極極性分布以雙極膜的極性為依據，正極電壓對應雙極膜的陰離子膜面；所用電壓差在0.6-1.0伏范圍，在常溫下運行制酸堿。

進一步的，電極材料為耐酸堿的鎳網，或鈦涂釕網。

本發明還保護一種通過多個納米纖維雙極膜制備酸堿的設備，包括多張納米纖維雙極膜組合的膜堆，每個膜室都有兩個等電位的電極，其中，第二張雙極膜的陰離子交換膜面對應第一張陰膜面，第三張陽膜面對應第二張陽膜面，以此類推，將這兩種膜室簡稱為陰膜室或酸室和陽膜室或堿室，所述堿室和所述酸室都與循環泵連接，以鹽溶液為起始循環液分別循環，制備酸堿。

進一步的，所述鹽溶液為NaCl水溶液，濃度為5-26%范圍。

與現有技術相比，本發明具有如下優點：1. 采用單一的雙極膜制酸堿，無需與其他膜組合，因此單張雙極膜也能裝配成制酸堿系統；2. 電場直接施加在雙極膜兩側，便于調節避免過高電壓造成能量損失；3. 酸堿制備過程中無任何氣體產生，生產安全性高。

附圖說明

下面通過附圖對本發明做進一步的描述：

圖1現有技術中的“雙極膜制酸堿實驗”裝置示意圖；

1. 陽極液貯槽 2. 陰極液貯槽 3. 鹽槽 4. 堿槽 5. 酸槽 A. 陰膜 C.陽膜 P. 蠕動泵 A—C.雙極膜