×
29.04.2019
219.017.449f

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОЧИСТКИ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ГЛИОКСАЛЯ ОТ ПРИМЕСЕЙ ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области электродиализной очистки водных растворов глиоксаля от примесей органических кислот в электродиализаторе с катионо- и ионообменными мембранами. Заявлен способ очистки водных растворов глиоксаля от примесей органических кислот пропусканием через совокупность электродиализных ячеек, каждая из которых содержит три ионообменных мембраны. Водный раствор глиоксаля предварительно обрабатывают сухим NaOH до pH от 3 до 6,5, процесс электродиализа ведут с использованием импульсного тока с частотой импульсов от 50 до 10 Гц, одну из ионообменных мембран выполняют составной при соотношении площадей анионообменной и катионообменной частей в составе мембраны от 1:1 до 6:1. Технический результат - снижение энергетических затрат в три-пять раз, сокращение времени очистки концентрированных водных растворов глиоксаля от примесей органических кислот, а также повышение выхода целевого продукта при сохранении глубины очистки. 1 табл., 3 пр.

Изобретение относится к процессу электродиализной очистки концентрированных водных растворов глиоксаля от примесей органических кислот в электродиализаторе с катионо- и ионообменными мембранами.

Известен способ очистки водных растворов глиоксаля электродиализным методом от примесей органических кислот [Патент США №3507764, кл. B01D 13/02, заявл. 10.04.1967, опубл. 21.04.1970]. В указанном способе водный раствор глиоксаля пропускают через набор электродиализных ячеек, которые ограничены с одной стороны катионообменными мембранами и с другой стороны анионообменными мембранами. Основным недостатком этого способа является то, что он позволяет проводить очистку только низкоконцентрированных растворов глиоксаля. Например, если концентрированный раствор глиоксаля (40% мас.) используется для очистки, то приблизительно 25% глиоксаля теряется вследствие перехода последнего в камеру концентрирования. Концентрирование очищенного разведенного глиоксального раствора до коммерческого продукта с содержанием глиоксаля 40% связано с дополнительным потреблением энергии.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ очистки концентрированных растворов глиоксаля от примесей органических кислот путем пропускания его через совокупность электродиализных ячеек, каждая из которых содержит три ионообменных мембраны. Процесс осуществляется с использованием постоянного тока [патент США 5000832, кл. B01D 13/02, заявл. 11.12.1989, опубл. 19.03.1991 - принят за прототип]. При этом падение силы тока в электродиализаторе составляет не менее 30%, т.е. от 330 до 230 мА при входном напряжении на электродах 50 В при рециркуляции очищаемого раствора через пакет из 10-ти электродиализных ячеек, и более 60%, т.е. от 143 до 49 мА при входном напряжении 150 В при проведении очистки раствора глиоксаля при использовании одной электродиализной ячейки.

Недостатком способа-прототипа является высокий расход электроэнергии при использовании постоянного тока. Количество затраченного электричества для достижения требуемой глубины очистки концентрированных растворов глиоксаля от примесей органических кислот от 91 до 97% мас. составляет от 1.6 до 3.1 А·ч.

Падение силы тока в электродиализной ячейке под действием постоянного тока обусловлено процессами электрофоретического и релаксационного торможения движущихся заряженных частиц в электрическом поле, эффектами концентрационной поляризации, обусловленными медленной диффузией ионов в растворе, а также снижением общей электропроводности очищаемых растворов (ростом сопротивления) по мере извлечения анионов удаляемых органических кислот в камеры концентрирования.

В связи с вышеописанными явлениями эффективность проводимой очистки электродиализным способом на постоянном токе быстро падает во времени, что требует продолжительной обработки очищаемых растворов - до 10 часов - с постоянно поддерживаемым входным напряжением на электродах.

Следует также отметить, что очищаемый объект - концентрированный водный раствор глиоксаля (40% мас.) - является достаточно вязкой жидкостью с плотностью ~1,267-1,27 г/мл, которая обусловлена наличием олигомеров полиглиоксаля, образующихся при поликонденсации гидратированных енольных форм глиоксаля (бис-гемдиол). Известно, что в концентрированных водных растворах глиоксаля содержание свободных молекул диальдегида в кето-форме составляет не более 15% от общего содержания глиоксаля [Водянкина О.В., Курина Л.Н., Петров Л.А., Князев А.С., Глиоксаль. - М.: Академия, 2007 г. - 247 с.]. Диффузия молекул примесных органических кислот в таких вязких водных растворах затруднена, что приводит к необходимости повышать время электродиализной очистки для достижения заданной глубины извлечения примесей органических кислот.

Задачей изобретения является снижение энергетических затрат и сокращение времени очистки концентрированных водных растворов глиоксаля от примесей органических кислот.

Поставленная задача решается тем, что способ очистки концентрированных водных растворов глиоксаля от примесей органических кислот, как и прототип, осуществляют пропусканием раствора через совокупность электродиализных ячеек, каждая из которых содержит три ионообменных мембраны, в отличие от прототипа водный раствор глиоксаля предварительно обрабатывают сухим NaOH до pH от 3 до 6,5, процесс электродиализа ведут с использованием импульсного тока с частотой импульсов от 50 до 103 Гц, одну из ионообменных мембран выполняют составной при соотношении площадей анионообменной и катионообменной частей в составе мембраны от 1:1 до 6:1.

Предварительная обработка (непосредственно перед осуществлением электродиализа) сухим NaOH до достижения показателей pH от 3 до 6.5 приводит к увеличению начальной электропроводности очищаемого раствора за счет образования солей карбоновых кислот.

В условиях предварительной щелочной обработки раствора глиоксаля путем введения сухого щелочного агента при проведении электродиализа необходимо, наряду с удалением анионов карбоновых кислот, удалять также дополнительно введенные катионы щелочного/щелочноземельного металла. Для этого в настоящем изобретении одну из мембран каждой ячейки выполняют составной, которая помимо анионообменной смолы содержит катионообменную смолу. При этом катионообменную часть составной мембраны предпочтительно размещать в хвостовом отсеке электродиализных ячеек для сохранения высокой электропроводности очищаемых растворов глиоксаля в процессе удаления анионов карбоновых кислот.

Соотношение площадей анионообменной и катионообменной частей в составе мембраны от 1:1 до 6:1 обусловлено разностью предельных подвижностей катионов и анионов в очищаемом растворе. Например, подвижность катионов K+ практически в 2 раза превышает подвижность аниона CH3COO- в водном растворе, что связано с собственными размерами ионов и их степенью гидратации молекулами растворителя. Для крупных анионов карбоновых кислот собственный размер иона возрастает настолько, что прочная гидратная оболочка вокруг них уже не удерживается, и возрастание кристаллографического радиуса приводит к падению их подвижности в водном растворе [Дамаскин Б.Б., Петрий О.А., Цирлина Г.А. Электрохимия. - М.: Химия, КолосС, 2008. - с.136]. Для повышения эффективности удаления анионов из очищаемого раствора с учетом разницы в скоростях движения заряженных частиц необходимо использовать большую площадь анионообменной мембраны по сравнению с катионообменной частью.

Использование импульсного тока с частотой импульсов от 50 до 103 Гц позволяет решить несколько важных проблем процесса электродиализной очистки концентрированных водных растворов глиоксаля от примесей карбоновых кислот.

Во-первых, проведение электродиализной очистки в потенциостатическом режиме приводит к постепенной дезактивации анионообменных мембран олигомерами полиглиоксаля, которые, отлагаясь на поверхности мембраны, существенно затрудняют диффузию анионов карбоновых кислот из камеры обессоливания в камеры концентрирования. Это требует прерывания потокового процесса электродиализной очистки для проведения регенерационных процедур. Использование режима импульсного тока сопровождается краткосрочным прерыванием воздействия электрического поля, что позволяет предотвратить накопление мешающих отложений олигомеров полиглиоксаля на поверхности анионообменных мембран. В результате повышается срок службы ионообменных мембран в непрерывном режиме без дополнительных регенерационных процедур.

Во-вторых, применение импульсного тока позволяет избежать быстрого падения силы тока в камерах электродиализатора, что при прочих равных условиях подаваемого входного напряжения обеспечивает эффективность очистки в 3-5 раз. В результате повышается производительность электродиализатора. Кроме того, на снижение расхода электроэнергии влияет наличие токовых пауз при использовании импульсного тока. Использование высокочастотного импульсного тока снижает релаксационное торможение при перемещении заряженных частиц в растворе, вызываемое наличием ионных атмосфер, возникающих при взаимодействии противоположно заряженных частиц (эффект Дебая-Фолькенгагена) [Дамаскин Б.Б., Петрий О.А., Цирлина Г.А. Электрохимия. - М.: Химия, КолосС, 2008. - 672 с.].

При использовании частоты импульсного тока ниже 50 Гц не наблюдается существенное повышение эффективности удаления анионов из камеры обессоливания К1, т.к. происходит длительная остановка заряженных частиц и полное восстановление ионных оболочек.

При повышении частоты импульсного тока выше 103 Гц процесс по эффективности приближается к процессу электродиализа при постоянном токе, т.к. снижается относительная интенсивность скорости движения заряженных частиц, что приводит к необходимости повышения времени обработки очищаемого раствора и, в целом, увеличению энергозатрат.

В качестве электролитов используют растворы щелочей, или растворимые в воде бикарбонаты щелочных или щелочноземельных металлов, или соли аммония с pH от 7,5 до 10.

В качестве анионообменных мембран применяют анионообменные мембраны обычного типа, например коммерческие анионообменные мембраны, доступные под торговой маркой МА-41, или марки SELEMION® (Asahi Glass).

В качестве катионообменных мембран применяют катионообменные мембраны обычного типа, например коммерческие катионообменные мембраны, доступные под торговой маркой МК-41, или марки SELEMION® (Asahi Glass).

В качестве биполярных мембран применяют ионообменные мембраны, изготавливаемые путем прессования в один лист гетерогенных анионообменной и катионообменной мембран с одновременным армированием капроновой тканью или лавсановой сеткой [патент РФ №2236897, кл. B01D 67/00, C08J 5/22, заявл. 11.07.2003, опубл. 27.09.2004].

Составная мембрана изготавливается из монополярных гетерогенных катионообменной и анионообменной мембран путем сшивания (склеивания) лавсановой основы катионной и анионообменной мембран стык в стык.

В качестве промывочного раствора в приэлектродном пространстве для электрода используется обычный электролит с ионной силой 0.5-10%, водный сульфат натрия или ацетат натрия.

Число электродиализных ячеек в электродиализаторе может варьироваться в широких пределах от 1 до 800.

Пример 1.

Используемое в процессе очистки оборудование для проведения электродиализа представляет собой набор электродиализных ячеек с последовательностью:

-(-МБ-К2-МС-К1-МА-К3-)n-,

где

K1 - камера обессоливания, через которую с заданной скоростью при температуре 20°C и давлении 1 атм пропускают очищаемый концентрированный раствор глиоксаля,

K2 - камера концентрирования, через которую пропускают раствор NaOH с pH=8,

K3 - камера концентрирования, через которую пропускают раствор ацетата натрия с ионной силой 5%,

МА - анионообменная мембрана обычного типа марки МА-41,

МС - ионообменная мембрана, представляющая собой составную мембрану, изготовленную склеиванием (сшиванием лавсановой основы) стык в стык катионообменной и анионообменной мембран с соотношением площадей анионообменной и катионообменной частей как 3/4:1/4, катионообменная мембрана представляет собой мембрану обычного типа марки МК-41,

МБ - биполярная мембрана, изготовленная прессованием в один лист катионообменной мембраны МК-41 и анионообменной мембраны МА-41 [патент РФ №2236897, кл. B01D 67/00, C08J 5/22, заявл. 11.07.2003, опубл. 27.09.2004],

n - число ячеек в пакете, равное 6.

Вышеописанный пакет электродиализных ячеек снабжен 2-мя электродами из платинированного титана. Напряжение на электродах поддерживали постоянным, равным 50 В. Приэлектродное пространство отделено от пакета электродиализных ячеек биполярными мембранами. В приэлектродном пространстве циркулирует водный раствор щелочи с pH=12 для предотвращения выделения газов на поверхности электродов.

Перед началом очистки в водный раствор глиоксаля pH=1,3 с массой 635 г добавляют 0,87 г сухого NaOH. Полученный раствор глиоксаля pH=3,0 пропускают через камеры обессоливания K1. Контроль степени очистки от органических кислот проводили методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Условия эксперимента и полученные результаты приведены в таблице. Глубина очистки составляет 92% мас. при затраченном количестве заряда 0,74 А·ч, что в два раза меньше по сравнению с прототипом.

Пример 2.

Условия проведения очистки аналогичны Примеру 1, за исключением того, что использовали импульсный ток с частотой 50 Гц. Полученные результаты приведены в таблице.

Пример 3.

Условия проведения очистки аналогичны Примеру 1, за исключением того, что использовали импульсный ток с частотой 103 Гц. Полученные результаты приведены в таблице.

Как видно из данных таблицы по сравнению с прототипом предлагаемое изобретение позволяет снизить энергетические затраты в три-пять раз, сократить время очистки водных растворов глиоксаля от примесей органических кислот и повысить выход целевого продукта при сохранении глубины очистки.

Способ очистки концентрированных водных растворов глиоксаля от примесей органических кислот пропусканием через совокупность электродиализных ячеек, каждая из которых содержит три ионообменных мембраны, отличающийся тем, что водный раствор глиоксаля предварительно обрабатывают сухим NaOH до pH от 3 до 6,5, процесс электродиализа ведут с использованием импульсного тока с частотой импульсов от 50 до 10 Гц, одну из ионообменных мембран выполняют составной при соотношении площадей анионообменной и катионообменной частей в составе мембраны от 1:1 до 6:1.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 28 items.
10.05.2013
№216.012.3d88

Твердотопливный газогенерирующий состав

Изобретение относится к высокоэнергетическим конденсированным системам, а именно к твердотопливным газогенерирующим составам, и может быть использовано в различных газогенераторах систем пожаротушения, автономных системах поднятия затонувших объектов, подушках безопасности автомобилей, системах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481319
Дата охранного документа: 10.05.2013
10.05.2013
№216.012.3d91

Способ получения нитраминопропионитрила

Изобретение относится к органической химии, а именно к способу получения нитраминопропионитрила. Способ включает взаимодействие нитриминодипропионитрила с 10%-ным водным раствором гидроокиси щелочного металла, подкисление кислотой, экстракцию этилацетатом и выделение целевого продукта...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481328
Дата охранного документа: 10.05.2013
10.07.2013
№216.012.5413

Способ получения 1,4-диоксан-2,3-диола

Изобретение относится к способу получения 1,4-диоксан-2,3-диола, который является реагентом для получения гетероциклических азотсодержащих соединений (в частности, пиразинов), а также используется в фотографии. Способ включает конденсацию глиоксаля с этиленгликолем при нагревании с удалением...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487126
Дата охранного документа: 10.07.2013
10.09.2013
№216.012.6846

Способ высотных испытаний крупногабаритного рдтт и установка для его осуществления

При высотных испытаниях ракетного двигателя создают разрежение за счет предварительного вакуумирования пространства вокруг двигателя, эжектирующих свойств струи продуктов сгорания в диффузоре и инжекции дополнительного газа в выхлопную магистраль. Запуск диффузора обеспечивают до момента...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492341
Дата охранного документа: 10.09.2013
27.10.2013
№216.012.7a71

Ракетный двигатель твердого топлива

Ракетный двигатель твердого топлива содержит корпус с днищами, скрепленный с ним по наружной поверхности заряд твердого топлива, по крайней мере, с одним торцом, раскрепленным от элементов корпуса, и центральным сквозным или глухим каналом, снабженным компенсатором поверхности горения топлива....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497007
Дата охранного документа: 27.10.2013
27.12.2013
№216.012.90d6

Антиадгезионное покрытие

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к антиадгезионным покрытиям для предотвращения прилипания полимеризуемых масс к рабочим поверхностям формообразующей металлической или пластмассовой оснастки при изготовлении изделий из композиционных материалов. Покрытие...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502771
Дата охранного документа: 27.12.2013
20.02.2014
№216.012.a1da

Способ получения холодных инертных газообразных продуктов сгорания твердотопливного заряда в газогенераторе

Изобретение может быть использовано для систем подъема затонувших объектов, в средствах дистанционного экстренного перекрытия нефте- и газопроводов, в средствах выброса и распыления специальных жидкостей при нейтрализации аварийных выделений газов и веществ на производствах, приведения в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507149
Дата охранного документа: 20.02.2014
27.02.2014
№216.012.a6fd

Способ изготовления зарядов стт и формообразующая оснастка для его осуществления

При изготовлении зарядов смесевого твердого топлива формообразующий сердечник разделяют по длине на ступицы и иглу. Через переднее дно сквозь весь корпус вводят штангу, к которой крепят первую ступицу и нижнюю часть формообразующих элементов. Вводят штангу со ступицей и формообразующими...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002508464
Дата охранного документа: 27.02.2014
27.05.2014
№216.012.cb11

Взрывчатый состав

Изобретение относится к нитроэфирсодержащим взрывчатым веществам 2-го класса, которые могут быть использованы в патронированном виде для взрывания крепких пород в обводненных проходческих и очистных забоях на подземных горных работах, не опасных по газу и пыли, при взрывании шпуровыми зарядами....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517751
Дата охранного документа: 27.05.2014
27.07.2014
№216.012.e4e6

Способ изготовления газогенерирующего элемента для низкотемпературного газогенератора

Изобретение относится к прикладной химии, а именно к способу изготовления газогенерирующего элемента для низкотемпературного твердотопливного газогенератора. Способ включает приготовление раствора связующего в промежуточном растворителе, подготовку компонентов, смешение массы, приготовление из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002524388
Дата охранного документа: 27.07.2014
Showing 1-10 of 90 items.
10.02.2013
№216.012.2369

Способ получения смесевого твердого топлива с металлическим горючим

Изобретение относится к области разработки смесевых металлизированных твердых топлив. Изобретение заключается в добавлении к смеси окислителя, органического горючего-связующего и технологических добавок в качестве металлического горючего бидисперсной смеси порошка алюминия микронных размеров и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474567
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.05.2013
№216.012.3d91

Способ получения нитраминопропионитрила

Изобретение относится к органической химии, а именно к способу получения нитраминопропионитрила. Способ включает взаимодействие нитриминодипропионитрила с 10%-ным водным раствором гидроокиси щелочного металла, подкисление кислотой, экстракцию этилацетатом и выделение целевого продукта...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481328
Дата охранного документа: 10.05.2013
20.05.2013
№216.012.4094

Способ изготовления литьевых зарядов взрывчатого вещества

Изобретение относится к технологии изготовления зарядов взрывчатых веществ (ВВ), заливаемых в корпус, и может быть использовано при создании новых или совершенствовании существующих технологических процессов изготовления зарядов методом заливки в корпус. Способ изготовления литьевых зарядов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482102
Дата охранного документа: 20.05.2013
20.05.2013
№216.012.410d

Средство для удаления ржавчины, накипи и других минеральных отложений на основе глиоксаля и его производных

Изобретение относится к химическим средствам удаления ржавчины, накипи и минеральных отложений с металлических поверхностей и может быть использовано для очистки поверхностей теплообменных аппаратов, нагревательных элементов, трубопроводов, котлов, бойлеров, отопительных систем, а также...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482223
Дата охранного документа: 20.05.2013
10.07.2013
№216.012.5413

Способ получения 1,4-диоксан-2,3-диола

Изобретение относится к способу получения 1,4-диоксан-2,3-диола, который является реагентом для получения гетероциклических азотсодержащих соединений (в частности, пиразинов), а также используется в фотографии. Способ включает конденсацию глиоксаля с этиленгликолем при нагревании с удалением...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487126
Дата охранного документа: 10.07.2013
10.09.2013
№216.012.6846

Способ высотных испытаний крупногабаритного рдтт и установка для его осуществления

При высотных испытаниях ракетного двигателя создают разрежение за счет предварительного вакуумирования пространства вокруг двигателя, эжектирующих свойств струи продуктов сгорания в диффузоре и инжекции дополнительного газа в выхлопную магистраль. Запуск диффузора обеспечивают до момента...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492341
Дата охранного документа: 10.09.2013
27.10.2013
№216.012.7a71

Ракетный двигатель твердого топлива

Ракетный двигатель твердого топлива содержит корпус с днищами, скрепленный с ним по наружной поверхности заряд твердого топлива, по крайней мере, с одним торцом, раскрепленным от элементов корпуса, и центральным сквозным или глухим каналом, снабженным компенсатором поверхности горения топлива....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497007
Дата охранного документа: 27.10.2013
20.02.2014
№216.012.a1da

Способ получения холодных инертных газообразных продуктов сгорания твердотопливного заряда в газогенераторе

Изобретение может быть использовано для систем подъема затонувших объектов, в средствах дистанционного экстренного перекрытия нефте- и газопроводов, в средствах выброса и распыления специальных жидкостей при нейтрализации аварийных выделений газов и веществ на производствах, приведения в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507149
Дата охранного документа: 20.02.2014
27.02.2014
№216.012.a6fd

Способ изготовления зарядов стт и формообразующая оснастка для его осуществления

При изготовлении зарядов смесевого твердого топлива формообразующий сердечник разделяют по длине на ступицы и иглу. Через переднее дно сквозь весь корпус вводят штангу, к которой крепят первую ступицу и нижнюю часть формообразующих элементов. Вводят штангу со ступицей и формообразующими...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002508464
Дата охранного документа: 27.02.2014
10.05.2014
№216.012.c1b4

Способ определения прочности клеевого соединения резиноподобного покрытия с основой

Изобретение относится к области проведения испытаний по оценке прочности клеевого соединения материалов в ракетной технике. Предлагаемый способ определения прочности клеевого соединения резиноподобного покрытия с основой из твердого ракетного топлива включает использование двух жестких...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515337
Дата охранного документа: 10.05.2014
+ добавить свой РИД