JPS6318669B2 - - Google Patents
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- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Description
発明の背景
本発明は使用済みレーヨン紡糸浴液に含まれる
アルカリ金属硫酸塩有価物、特に硫酸ナトリウム
又は硫酸カリウムを二室式及び三室式電気透析水
スプリツト法、即ち同水解離法を使用してアルカ
リ金属水酸化物およびアルカリ金属硫酸塩/硫酸
に転換する方法に関する。
二室式セルで水性中性塩の電気透析水スプリツ
ト法(electrodialytic water splitting)を行つ
て対応する酸と塩基を製造することはC、A……
Vol、5311070b(1959)(Oda et al.)に開示され
ている。二室式両極性膜セルを用いて硫酸塩含有
廃液流れを転換するための電気透析水スプリツト
法は米国特許第4082835号および同第4107015号
(Chlanda et al.)に開示されている。
レーヨンの製造は十分に開発された技術であつ
て、例えば、1969年にインターサイエンセス・パ
ブリツシヤーズ社(Intersciences Publishers)
より刊行されたEncyclopedia of Polymer
Science and Tecnology中のVol.79第810―847
頁のR.L.Mitch et al.著“レーヨン”に記載され
ている。使用済みレーヨン紡糸浴からのアルカリ
金属硫酸塩有価物、特にNa2SO4又はK2SO4/
H2SO4の再生は大きなエネルギーを必要とする
工程であり、且つ硫酸の精製工程および補充硫酸
を必要とする。エネルギーコストの上昇のため、
レーヨン紡糸浴由来のアルカリ金属硫酸塩有価物
の再生法の効率を改善することが有利であると思
われる。
従つて、本発明の目的は、レーヨン紡糸浴液か
ら得られる水性アルカリ金属硫酸塩有価物をアル
カリ金属水酸化物およびアルカリ金属硫酸塩/硫
酸に転換する電気透析水スプリツト法を提供する
ことである。
本発明のこれらおよび他の目的および利点は以
下遂次明らかにされる。
発明の要約
本発明によれば、二室式又は三室式電気透析水
スプリツター(two―or three compartment
electrodialytic water splitter)を使用して使用
済みレーヨン紡糸浴液に含まれるアルカリ金属硫
酸塩有価物をアルカリ金属水酸化物およびアルカ
リ金属硫酸塩/硫酸に転換する方法にして;
(a) 水から成る液体を二室式又は三室式電気透析
水スプリツターの塩基室に供給し;
(b) 使用済みレーヨン紡糸浴液から誘導されるア
ルカリ金属硫酸塩有価物の少くとも一部を含む
液体を二室式電気透析水スプリツターの酸室及
び三室式電気透析水スプリツターの塩室に供給
し;
(c) アルカリ金属硫酸塩有価物を含む使用済みレ
ーヨン紡糸浴液の他の部分から成る液体を三室
式電気透析水スプリツターの酸室に供給し;
(d) その二室式水スプリツターの平均温度を少く
とも40℃に維持しつゝ同水スプリツターに直流
電流を通し;そして
(e) アルカリ金属硫酸塩および硫酸を含む液体を
酸室から、アルカリ金属水酸化物を含む液体を
塩基室からそしてアルカリ金属硫酸塩を減縮さ
れた量で含む液体を塩室から回収することから
成る方法が提供される。
又、本発明は、2個の電極の間のカチオン膜お
よび両極性膜を交互に配置することによつて形成
される交互配置の酸室及び塩基室から構成される
二室式電気透析水スプリツターにおいて使用済み
レーヨン紡糸浴液から誘導されるアルカリ金属硫
酸塩有価物をアルカリ金属水酸化物およびアルカ
リ金属硫酸塩/硫酸に転換する方法にして;
(a) 水から成る液体をカチオン膜の面および両極
性膜のアニオン面によつて形成される塩基室に
供給し;
(b) 使用済みレーヨン紡糸浴液から誘導されるア
ルカリ金属硫酸塩有価物を含む液体をカチオン
膜の面および両極性膜のカチオン面によつて形
成される酸室に供給し;
(c) その水スプリツターの温度を少くとも約40℃
に維持しつつ同水スプリツターに直流電流を通
して酸室のアルカリ金属硫酸塩を含む液体に水
素イオンを添入し、塩室の水から成る液体に水
酸イオンを導入し、そしてアルカリ金属カチオ
ンを酸室から塩基室に移動させ;
(d) アルカリ金属水酸化物を含む液体を塩基室か
ら回収し;
(e) アルカリ金属硫酸塩および硫酸を含む液体を
酸室から回収して;そして
(f) 酸室から回収されたアルカリ金属硫酸塩およ
び硫酸を含む液体の少くとも一部をレーヨン紡
糸浴へ転送することから成る方法を提供する。
更に本発明は、2つの電極の間にカチオン膜、
両極性膜およびアニオン膜を交互に配置すること
につて形成される交互配置の塩基室、酸室および
塩室から成る三室式電気透析水スプリツターにお
いて使用済みレーヨン紡糸浴から誘導されるアル
カリ金属硫酸塩有価物をアルカリ金属水酸化物、
アルカリ金属硫酸塩および/又は硫酸の流れに転
換する方法にして;
(a) 水から成る液体をカチオン膜の面および両極
性膜のアニオン面によつて形成される塩基室に
供給し;
(b) アルカリ金属硫酸塩有価物を含む使用済みレ
ーヨン紡糸浴液の少くとも一部を含む液体をア
ニオン膜の面および両極性膜のカチオン面によ
つて形成される酸室に供給し;
(c) 使用済みレーヨン紡糸浴液の他の部分から誘
導されるアルカリ金属硫酸塩有価物を含む液体
をアニオン膜およびカチオン膜のそれぞれの面
によつて形成される塩室に供給し;
(d) その水スプリツターに直流電流を通して酸室
中のアルカリ金属硫酸塩有価物を含む液体に水
素イオンを添入し、塩基室中の水から成る液体
に水酸イオンを添入し、アルカリ金属カチオン
を塩室から塩基室へ、そして硫酸アニオンを塩
室から酸室へ移動させ;
(e) アルカリ金属水酸化物を含む液体を塩基室か
ら回収し;
(f) アルカリ金属硫酸塩および硫酸を含む液体を
酸室から回収し;
(g) 酸室から回収されたそのアルカリ金属硫酸塩
および硫酸を含む液体の少くとも一部をレーヨ
ン紡糸浴に転送し;そして
(h) アルカリ金属硫酸塩有価物の(供給された液
体に比較して)減少された量を含む液体を塩室
から回収する工程から成る方法が提供される。
発明の詳細な説明
本発明は使用済みレーヨン紡糸浴から得られる
アルカリ金属硫酸塩有価物を二室式又は三室式セ
ルで操作して水性アルカリ金属水酸化物およびア
ルカリ金属硫酸塩/硫酸に転換する電気透析水ス
プリツト法を提供する。レーヨンの製造、例えば
ビスコース法から出る使用済みレーヨン紡糸浴液
は通常少くとも5重量%から飽和量までのアルカ
リ金属の硫酸塩、主として硫酸ナトリウム又は硫
酸カリウム、および紡糸速度を高めるための紡糸
添加剤又は変性剤として使用された有機不純物お
よび2価金属カチオン不純物を含んでいる。本発
明は中和およびろ過の如き方法によつて使用済み
レーヨン浴液を精製して二室式電気透析水スプリ
ツターの酸室及び三室式電気透析水スプリツター
の塩室に供給される有機不純物および2価金属カ
チオン不純物を実質的に含まないアルカリ金属硫
酸塩を得ようとするものであるが、有機不純物お
よび2価金属不純物を含む使用済みレーヨン紡糸
浴液は精製又前処理せずとも三室式電気透析水ス
プリツターに供給し得るということが本発明の特
別な特徴である。又、本発明の別の特徴は二室式
電気透析水スプリツターの平均温度を各室におい
て少くとも40℃、好ましくは少くとも45℃、そし
てより好ましくは少くとも45℃に維持することに
よつてこの二室式電気透析水スプリツターが改良
された電流効率で操作できるようになるというこ
とである。膜の分解温度又は溶液の沸点以外に温
度の上限はないことがわかつた。
驚くべきことに、少くとも40℃に維持された二
室式および三室式電気透析水スプリツターの電流
効果の改良は水性アルカリ金属硫酸塩流の場合に
顕著である。同様の操作条件、例えば電流密度、
特定の膜の下で水性アルカリ金属塩化物を二室式
電気透析水スプリツターにより水スプリツトする
場合、水スプリツターの温度が30℃から45℃に上
昇するにつれての電流効率の改良度はわずかであ
つた(第6図参照)。
本発明の方法で使用される三室式水スプリツタ
ーは2つの電極の間に交互に配置された複数のカ
チオン膜、両極性膜およびアニオン膜を含み、し
かして塩基室、酸室および塩室が交互に配置され
て電気透析積重ね構造体を形成している。
本発明の方法で使用される二室式水スプリツタ
ーはOhlanda et al.、の米国特許第4082835号
“重亜硫酸ナトリウムおよび類似の塩の電気透析
水スプリツト法”に開示されている装置のどれか
であることができる。
二室式水スプリツターは2つの電極の間に交互
に配置された複数のカチオン交換膜および両極性
イオン交換膜を含み、電気透析積重ね構造体を形
成している。電気透析積重ね構造体の構成は周知
であつて、例えば、ユニツトは旭硝子株式会社;
マサチユーセツツ、ウオータータウンのIonics、
Inc.その他の企業から入手出来る。一般に、旭モ
デルCU―IVの様な電解液の濃縮に適する積重ね
構造体が水スプリツターに使用することができ
る。然し、そこで使用される膜は水スプリツトに
適合し得る種類のものでなくてはならない。
二室式及び三室式水スプリツターは、例えば、
Oda et.al.の米国特許第2829095号(水スプリツ
トについて一般的に言及)、又は同第4024043号
(単一フイルム両極性膜)又は同第4116889号(注
型両極性膜)に開示されているタイプ又は水を水
素および水酸イオンに効果的に転換する他のタイ
プの適切な両極性膜を使用する。
二室式水スプリツターの操作は米国特許第
4082835号および同第4107015号に記載されている
操作と同様であるが、後述するように供給溶液の
組成は変えられている。(第2図a図)。
三室式水スプリツターの操作については第2b
図を参照して更に後述される。
二室式及び三室式水スプリツターの室に供給さ
れるアルカリ金属硫酸塩水溶液は好ましくは硫酸
を含む、硫酸ナトリウム又は同カリウム、より好
ましくは硫酸ナトリウムであるが、硫酸リチウム
あるいはその他のアルカリ金属硫酸塩又はそれら
の混合物であつてもよい。
三室化セルの酸室に特に有用な溶液は有機不純
物および2価金属カチオン不純物を除去するため
の前処理をしていないレーヨン紡糸浴から直接得
られる使用済み紡糸浴液であつて、2重量%乃至
飽和量迄の硫酸ナトリウム又は同カリウム、少く
とも5重量%の硫酸並びに有機不純物および2価
金属イオン不純物を含む。二室式および三室式水
スプリツターの酸室に供給される溶液のPHは有利
には7以下、好ましくは1〜4であるが、供給さ
れる溶液の正確なPHは臨界的条件ではない。然し
ながら、アルカリ金属硫酸塩溶液中に5重量%以
上の硫酸が存在する場合は三室式での水スプリツ
トを利用することが好ましい。三室式水スプリツ
ターの酸室に供給される使用済みレーヨン紡糸浴
液中のアルカリ金属硫酸塩の通常の濃度は5重量
%程度の低濃度からアルカリ金属硫酸塩の飽和量
までであることができ、且つ0―15重量%の硫酸
を含んでいることができる;好ましくは、供給溶
液は10重量%(より好ましくは25重量%)とアル
カリ金属硫酸塩の飽和濃度(硫酸ナトリウムの場
合32重量%)の間である。三室式セルの酸室で製
造され、そしてレーヨン紡糸浴に再循環される酸
性にされた塩溶液はアルカリ金属硫酸塩および三
室式セルの酸室に供給される溶液、即ち通常アル
カリ金属硫酸塩5〜22重量%、H2SO46―8重量
%である溶液に比較して濃縮された量の硫酸を含
む。典型的には、酸室から回収される溶液の
H2SO4の濃度は8―14、好ましくは9―12重量
%である。
三室式水スプリツターの塩室に供給される溶液
は使用済みレーヨン紡糸浴から誘導され且つ有機
不純物および2価金属不純物を除去する普通の方
法によつて精製されたアルカリ金属硫酸塩有価物
を含む。好ましくは、硫酸ナトリウム又は同カリ
ウム、より好ましくは硫酸ナトリウムであるが硫
酸リチウム、又は他のアルカリ金属硫酸塩又はそ
れらの混合物でもよい。三室式セルの塩室に供給
される特に有利な供給原料は使用済みレーヨン紡
糸浴液からの副生成物として得られる結晶化グラ
ウバー塩(glauber salt)、すなわち芒硝
(Na2SO4・10H2O)である。好ましくは、塩室
への供給溶液は、カチオン膜を通過して移動し、
及び/又はカチオン膜をつまらせるおそれのある
有機不純物や2価金属カチオン(例えば、Ca+2、
Mg+2、Zn+2等)が実質的に含まれなくなる様に
処理される。供給溶液のPHは臨界的条件ではない
が、好ましくは7である。
三室式セルの塩室に供給される溶液中のアルカ
リ金属硫酸塩の濃度は5重量%程度の低濃度から
アルカリ金属硫酸塩の飽和量の間であることがで
きる。好ましくは、15〜32(飽和)重量%のアル
カリ金属硫酸塩が塩室に供給される。
二室式水スプリツターの酸室に供給される溶液
は使用済みレーヨン紡糸浴液から誘導される15―
32重量%のアルカリ金属硫酸塩有価物濃度のもの
であるのが好都合である。代表的には、0〜5重
量%の硫酸を含み且つ前処理して使用済みレーヨ
ン紡糸浴液から誘導される芒硝の水溶液を形成し
ているような、30重量%硫酸ナトリウム溶液が二
室式セルの酸室に供給される。
三室式及び三室式水スプリツターの塩基室に供
給される液体は水のみであつてもよいし、あるい
は種々の電解質を含んでいる水であつてもよい。
好ましくは、この液体は中性又は塩基室(PH7―
14)で、そしてより好ましくは濃度1〜50重量%
(より好ましくは5〜25重量%)の間の水酸化ナ
トリウム水溶液である。この濃度(塩基室への実
際の供給液)は以下により詳しく記述される再循
環、ステージング(段階法)又はそれらの組合せ
によつて達成することができ、しかして5〜50重
量%の濃度範囲の水性水酸化ナトリウムを供給す
る。
水スプリツターに通常の方法で流される電流は
当業者に明白なデザインと性能特性で指定される
および/又は通常の実験によつて決定される電圧
の直流である。一般に、50〜150mamp/cm2の範
囲の電流密度が使用に好都合である。100〜
150mamp/cm2の電流密度が特に有利である。
本発明の方法で有用なカチオン膜は弱酸性又は
弱酸性のカチオン透過選択性膜であることができ
る。特に有用なカチオン膜はDupontのNafion
酸性フルオロカーボン膜であり、特にNafion
110,901および324が利用されるが、他
の市販のカチオン膜も使用し得る。
本発明で使用される三室式セルに有用なアニオ
ン膜はMassachusetts、WatertownのIonics Inc.
が販売しているIonics204―UZL―386又は
旭硝子株式会社からSelemionAMV又はASV
の商標名で市販されている様な、強、中又は弱塩
基性アニオン透過選択性膜であるが、他の市販の
アニオン透過選択性膜も利用し得る。
本発明は添付図面を参照することによつてより
よく理解される。
第3図は二室式電気透析水スプリツターで実施
する場合の本発明方法の好ましい態様を模式的に
示している。アルカリ硫酸塩有価物水溶液はレー
ヨン紡糸浴100からライン102を経て取り出
される。典形的にはライン102の使用済みレー
ヨン紡糸浴液は2wt%から飽和点までの硫酸ナト
リウム濃度、0〜15wt%の硫酸濃度と言う組成
を有し、そして有機不純物および無機不純物、通
常、(紡糸浴添加物の如き)2価金属カチオンを
含んでいる。以下の記載では硫酸ナトリウムが使
用されているが、他のアルカリ金属カチオン、例
えば、カリウム若しくはリチウム又はそれらの混
合物も使用し得、本発明の範囲に入るものである
ことを理解すべきである。ライン102の使用済
みレーヨン紡糸浴液のPHは重要ではなく、中性、
酸性又は塩基室のいずれであつてもよい。ライン
102の硫酸ナトリウム有価物の少くとも一部が
ライン104を経てエバポレーター108に転送
されて水が除去される。水がライン110を経て
除去され、そして典型的には10―32重量%の硫酸
ナトリウムおよび0―12重量%の硫酸を含有する
濃度された硫酸ナトリウム/硫酸がエバポレータ
108からライン112を経て取り出されて精製
ゾーン114へ転送され、電気透析水スプリツタ
ー120の操作に障害になる有機不純物および2
価金属カチオンが除去される。精製工程はPH調整
とろ過又はイオン交換であつてもよいが、典形的
には精製には芒硝(Na2SO4・10H2O)、及び硫
酸に富み、硫酸ナトリウムが減少した母液を形成
する蒸発結晶化を含む。ここで、芒硝はライン1
16を経て除去され、一方母液はライン140を
経て精製ゾーン114から除去され、そしてライ
ン140およびライン142を経て紡糸浴100
に再循環される。更に、補充の硫酸が必要な時
は、硫酸をライン141を経てライン142の硫
酸ナトリウム/硫酸水溶液に添加することができ
る。ライン102の使用済みレーヨン紡糸浴液の
少くとも一部はライン106を経て転送されて精
製ゾーン114から取り出された硫酸ナトリウム
濃度が低下し、そして硫酸に富む母液と組み合わ
される。典形的には硫酸ナトリウムを2wt%から
飽和点まで含む水溶液を形成するに十分な量の水
がライン118を経てライン116の芒硝
(Na2SO4・10H2O)に添加される。硫酸5wt%以
上を含む溶液の場合は以下の第4図に図示説明さ
れる三室式水スプリツターによる水スプリツトが
好ましい。ライン116の硫酸ナトリウム水溶液
は、各々が1個の両極性膜122aおよび1個の
カチオン透過選択性膜124から構成され、それ
によつて2個の電極の間に配置された交互配置の
塩基室および酸室を形成している複数の単位セル
から成る二室式電気透析水スプリツター120の
酸室Aに供給される。直流電流が適用されると酸
室Aの中の硫酸ナトリウムは、両極性膜122b
のカチオン面で発生した水素イオンによつて硫酸
が濃縮される。ナトリウムカチオンおよび少量の
水素イオンは、カチオン透過選択性膜124を通
つて酸室Aから塩基室Bに移動する。典型的には
硫酸ナトリウム濃度5wt%から飽和点まで、硫酸
濃度5〜15wt%の、硫酸が濃縮された硫酸ナト
リウム溶液はライン126を経て室Aから取り出
され、そして精製ゾーン114に転送されて更に
芒硝(Na2SO4・10H2O)が除去されるか、又は
ライン140を経て紡糸浴100に転送される。
ライン128の水は二室式水スプリツター120
の塩基室Bに供給される。両極性膜122aのア
ニオン面で発生した水酸イオンは、塩基室Bにお
いて、カチオン膜124を経て酸室から塩基室へ
移動するナトリウムイオンと結合して水酸化ナト
リウム、典形的には10〜20wt%の水酸化ナトリ
ウムを形成する。この水酸化ナトリウムはライン
130を経て塩基室Bから取り出される。ライン
130の水酸化ナトリウムの少くとも一部はライ
ン132を経てライン128に再循環されるよう
にしてもよい。ライン130の水酸化ナトリウム
の他の部分はエバポレーター134に供給され40
〜50wt%に濃縮されライン138を経て取り出
される。代表的には、ライン130の水酸化ナト
リウムの組成はレーヨン製造で使用されるセルロ
ースを溶解するのに適当ないかなる濃度であつて
もよい。
第4図は三室式電気透析水スプリツターで実施
し得る本発明の別の好ましい態様を示している。
使用済みレーヨン紡糸浴液はライン202を経て
レーヨン紡糸浴200から取り出される。代表的
には、ライン202の使用済みレーヨン紡糸浴液
の組成は15wt%から飽和量迄の硫酸ナトリウム
および0〜15wt%、好ましくは2〜10wt%の硫
酸から成り、そして有機不純物および2価金属カ
チオン不純物を含有している。ライン202の使
用済みレーヨン紡糸浴液の少くとも一部はライン
204を経て三室式電気透析水スプリツター22
0の酸室に移送される。この水スプリツター22
0は2つの電極間に位置決めされ、交互配置され
る両極性膜222a、アニオン透過選択性膜22
6およびカチオン透過選択性膜224aから構成
され、しかして交互配置の酸室A、塩室Sおよび
塩基室Bを形成している。酸室Aでは、適用され
た直流電流の影響下で硫酸イオンがアニオン透過
選択性膜226を経て塩室Sから酸室Aに移動
し、そこで両極性膜222aのカチオン面で発生
した水素イオンと結合する。硫酸が濃縮された硫
酸ナトリウムの水溶液はライン206を経て酸室
Aから取り出されてエバポレーターに転送され、
ライン210を経てその水が除去される。系中の
水バランスを調整する必要がない場合は蒸発工程
は省略出来る。エバポレーター208が使用され
る場合は、より濃縮された硫酸ナトリウム/硫酸
溶液がライン212を経て取り出されてレーヨン
紡糸浴200へ転送される。ライン202中の硫
酸ナトリウムおよび硫酸を含む使用済みレーヨン
紡糸浴の残部は酸室に供給されずに精製ゾーン2
14へ供給されて有機不純物および2価金属カチ
オン不純物が除去される。
PH調整およびろ過の如き通常の精製工程が使用
され得るが、代表的には蒸発再結晶が精製ゾーン
214で採用されて芒硝(Na2SO4・10H2O)、
および硫酸が縮され、そして硫酸ナトリウム濃度
が低下された母液を形成する。芒硝はライン21
6を経て除去され、一方母液はライン218を経
て精製ゾーンから除去され、ライン212更には
レーヨン紡糸浴200に転送される。ライン21
6の芒硝(Na2SO4・10H2O)は固体若しくはス
ラリー又は水溶液の形で塩室再循環タンク230
に転送される。アルカリ金属塩基、典形的にはソ
ーダ灰又は水酸化ナトリウムがライン232を経
て塩室再循環タンク230に添加され、そして塩
室Sから除去され任意に硫酸を含んでいてもよい
硫酸ナトリウム溶液の少くとも一部がライン23
6を経て塩室再循環タンク230に添加される。
補充水が必要ならば、ライン234を経てタンク
230に添加される。更なる精製のため、、例え
ば塩室Sに隣接するカチオン透過選択性膜の操作
に障害となる亜鉛、マグネシウム又はカルシウム
の如き2価金属カチオンを除去するためにライン
232を経てソーダ灰が添加される。10wt%か
ら飽和量迄、典形的には25wt%から飽和量迄の
硫酸ナトリウムおよび不溶性物を含む硫酸ナトリ
ウムの水溶液がフイルター(図示していない)を
通してライン240を経て再循環タンク230か
ら取り出され、塩室Sに転送される。塩室Sにお
いてナトリウムカチオンはアニオン透過選択性膜
224aを通つて塩室Sから塩基室Bに移動す
る。硫酸イオンはアニオン透過選択性膜226を
通つて塩室Sから酸室Aに移動する。減少された
量の硫酸ナトリウムを含む硫酸ナトリウムの水溶
液がライン241を経て塩室Sから除去される。
ライン241の硫酸ナトリウム溶液のPHは酸性、
塩基性又は中性である。ライン241の硫酸ナト
リウム溶液が酸性の場合、少くともその一部は、
ライン204を経て酸室Aに供給される硫酸ナト
リウム溶液にライン238を経て転送することが
できる。ライン241の酸性硫酸ナトリウム溶液
の残部はライン236を経て再循環タンク230
に転送することができる。ライン244の水は塩
基室Bに供給される。塩基室Bにおいて、カチオ
ン透過選択性膜224aを通つて塩室から移動す
るナトリウムイオンは両極性膜222bのアニオ
ン面で導入された水酸イオンと結合して水酸化ナ
トリウム、典形的には10〜20wt%の水酸化ナト
リウムを形成する。この水酸化ナトリウムはライ
ン246を経て塩基室Bから取り出される。ライ
ン246の水酸化ナトリウム溶液の組成は臨界的
ではなくレーヨン製造に使用されるセルロース物
質を溶解するのに適した濃度ならば使用し得る。
ライン246の水酸化ナトリウム溶液の少くとも
一部はライン248を経てライン244への再循
環のため、更にライン236を経て再循環タンク
に添加され、そして残部はライン246を経てエ
バポレーター250に転送され、ライン252を
経て水が除去され、そして40〜50wt%の水酸化
ナトリウム溶液がライン254を経てエパボレー
ターから除去される。
本発明は二室式又は三室式電気透析水スプリツ
ターで有利に操作し得る。三室式電気透析水スプ
リツターを使用する場合は、塩室のアウトプツト
の少くとも一部そして所望によつて全部が第4図
に示した酸室に導入される。二室式電気透析水ス
プリツターを使用する場合、第2a,2c図又は
第5図に示した二室式電気透析水スプリツターの
1つが使用し得る。第2a図に示した二室式電気
透析水スプリツターが普通の条件、即ち、25〜50
%以下のアルカリ金属硫酸塩の転換率をもたらす
件、例えば、1モルNa2SO4・硫酸塩を0.25―
0.50モルNaHSO4/0.75―0.50モルNa2SO4に転化
する条件の下では十分であり、またより高い転換
率、即ち25〜50%以上の転換率を達成する条件下
では第2c図および5図に図示した二室式電気透
析水スプリツターの態様の一つを使用することが
得策である。第2c図に示した3酸ステージ/2
室式電気透析水スプリツターは、各々1個の両極
性膜32aおよび2個の実質的に非―多孔質の水
で膨潤されたカチオン膜又は中性膜34a,34
bおよびカチオン透過選択性膜34cから構成さ
れ、それによつて第1酸室A1、第2酸室A2およ
び第3酸室A3および塩基室Bが2つの電極アノ
ード31およびカソード33の間に交互に配置、
形成されて成る複数の単位セルを含む。第2c図
に示されている3酸ステージ/二室式電気透析水
スプリツタの操作は本質的に下記の通りである:
直流電流がアノード31からカソード33に通さ
れる。ライン35の使用済みレーヨン紡糸浴液か
ら誘導されそして例えば、硫酸ナトリウムを含む
アルカリ金属硫酸塩の水溶液が第3酸室A3に供
給される。両極性膜32aのカチオン面において
導入される水素イオンは膜34a,34bおよび
34cを通つて塩基室Bに移動し、同時に酸室
A3のナトリウムの如きアルカリ金属カチオンは
カチオン膜34cを通つて塩基室Bに移動し、カ
ソード33へ向う。酸性、中性又は塩基性、好ま
しくは酸性であり得るA3からの硫酸ナトリウム
の水溶液はライン37aを経て取り出されて第2
酸室A2に転送される。A1の水素イオンおよびナ
トリウムカチオンはカチオン膜又は中性膜24a
を通つて第2酸室A2に移動する。中性又は酸性、
好ましくは酸性であり得る硫酸ナトリウム水溶液
はライン37bを経てA2から取り出されて酸室
A1に供給される。両極性膜32aで発生した水
素イオンはA1のナトリウム水溶液に添入され、
そして硫酸ナトリウムおよび硫酸の酸性化された
水溶液はライン39aを経てA1から回収される。
直列で接続される中間の酸室A1,A2およびA3を
付加することによつて、両極性膜32bのアニオ
ン面に最も近い第3酸室A3は酸を最も低い濃度
で含み、一方両極性膜32aのカチオン面に最も
近い第1酸室A1は酸を最も高い濃度で含み、そ
れによつて第2a図に示した様な従来技術の二室
式電気透析水スプリツターを越えて酸生成効率を
向上させる。水素イオンの塩基室への移動量を減
少させることによつて水性水素イオンおよび水酸
イオンを製造する効率が向上する。水から成る液
体、好ましくは稀薄アルカリ金属水酸化物をも含
む液体がライン36を経て両極性膜32bのアニ
オン面で発生した水酸イオンが添入される塩基室
Bに供給される。アルカリ金属水酸化物の濃縮さ
れた水溶液がライン38を経てBから除去され
る。
異なる室からの流速は同じであつてもよいし、
あるいは異つていてもよく、そして特に塩基室か
ら再循環後の流速又は正味流速は室Bから回収さ
れる生成物の水酸イオン濃度がA1から回収され
る酸性になつた塩の水溶液の酸濃度より実質的に
高くなるように酸室からの流量よりかなり遅くす
ることができる。又、流速は、A1から回収され
る生成物水性塩の酸濃度が塩基室Bから回収され
る生成物の水酸イオン濃度より高くなる様に調整
することもできる。
両極性膜32aのカチオン面とカチオン膜34
cの面の間に配置されて少くとも2つの酸室を形
成する追加の膜34aと34bは、これら追加の
膜が実質的に非―多孔質(水に対して)で且つ水
で膨潤される限りカチオン透過選択性膜又は中性
膜となり得る。本発明で膜に対して使用される用
語“実質的に非―多孔質(水に対して)”とは水
圧1メーターで1時間当り水1ml/dm2膜面積以
下の水又は水圧透過度を有する膜を意味する。よ
り低い水透過度、例えば水圧1mにおいて1×
10-1ml/dm2/時の水透過度が好ましい。然しな
がら、追加の実質的に非―多孔質の水で膨潤され
たカチオン膜又は中性膜が直流電流適用下にイオ
ンを伴つて水分子を通過させる限り水透過度に下
限がないことは本発明の操作に対して重要ではな
いことがわかつた。水透過性値が1時間、水圧
1m当り1ml/dm2以上の膜の使用は避けるべき
である。
本発明で膜に対して使用される用語“水で膨潤
された(water―swollen)”は水―不溶性で吸水
性の膜のことである。
A1/A2およびA2/A3を分割する膜34aおよ
び34bは第1,2aおよび2b図に関して記載
した様な低抵抗性の実質的に非―多孔質の弱、中
酸性又は弱酸性の水膨潤カチオン膜であつてもよ
いし、あるいは荷電されていない膜であつてもよ
い。これらの荷電されていない又は中性膜は非―
イオン選択性であるがアニオンおよびカチオン―
透過性で且つ実質的に非―多孔質で水に膨潤され
る膜である。適当な荷電されていない膜は、2官
能性ビニルモノマー、例えばジビニルベンゼンを
非―イオン性の親水性モノマー、例えばアクリル
アミンと共重合、すなわちインターポリマー化す
ることによつて製造することができる。荷電され
ていない膜の例としては、架橋されたポリビニル
アルコールおよびセルロースをベースとする膜が
含まれる。
第2c図に示されている本発明の他の態様は2
枚の実質的に非―多孔質の水膨潤カチオン膜又は
中性膜を酸室に配置することによる酸ステージを
含むものである。第5図は単一の実質的に非―多
孔質の、水膨潤カチオン膜又は中性膜を酸室に配
置することによる2ステージ又は二酸室を含む態
様を示す。酸室に配置され得るステージの数は臨
界的条件ではなく、それは酸度の最も低い溶液が
カソードに最も近い酸室に入りそしてアノードに
最も近い酸室に連続して流れ、そこで酸度の最も
高い溶液が製造される限り少くとも2から10ステ
ージの範囲で変えられる。ステージが単一の場
合、その水スプリツターは第2a図に示した様な
通常の二室式水スプリツターである。
第5図は酸性にされた水性硫酸ナトリウムを製
造する場合の2酸ステージ/二室式電気透析水ス
プリツターを使用する本発明の他の好ましい態様
を示している。水性硫酸ナトリウムはライン33
1を経てタク330に供給され、そしてライン3
32を経て実質的に非―多孔質の水膨潤カチオン
膜又は中性膜320bの面およびカチオン透過選
択性膜320cの面によつて形成される酸室A2
に供給される。アノード321およびカソード3
23を通る直流電流の影響下で、水素イオンおよ
びナトリウムイオンがカチオン透過選択性膜32
0cから塩基室Bに移動する。酸室A2で製造さ
れた硫酸ナトリウムの酸性水溶液がライン334
を経てタンク330に戻される。A2からの硫酸
ナトリウムの酸性水溶液の少くとも一部がライン
336を経てライン338に取り出され、そして
両極性膜322aのカチオン面および実質的に非
―多孔質の水膨潤カチオン膜又は中性膜320b
の面によつて形成される第1酸室A1に転送され
る。両極性膜322aのカチオン面に形成された
水素イオンによつて発生した硫酸ナトリウムの酸
性溶液はライン340を経て第1酸室A1から取
り出されてタンク342に転送される。硫酸ナト
リウムの酸性水溶液の少くとも一部がライン34
4を経てタンク342から除去される。第5図の
塩基室の操作は第2aおよび3図の塩基室のそれ
と同様である。
二室式セルの平均温度はこの技術分野で考えら
れる通常の手段によつて少くとも40℃、好ましく
は少くとも45℃に維持し得る。二室式水スプリツ
ターの各室の溶液の温度を少くとも40℃、より好
ましくは少くとも45℃に維持することが好まし
い。本発明の操作にとつて三室式セルに維持され
る温度は臨界的条件ではないが、通常35゜〜55℃
であり、40℃以上の温度が特に有利である。
実験概略
効率を決定する方法は使用した実験室装置を記
載する第1図を参照して説明するのが最もよい。
第2b図は三室式電気透析水スプリツターセルで
起こる主要な輸送プロセス模式的に図示するもの
である。第1図において装置はフルオロカーボン
ポリマーから構成されている円筒状のセルから成
る。セルには各端にDC電力源に接続されている
白金電極7および8が設けられている。膜で分割
された5室をセル中に包含させた。これらの室は
アノライト(陽極液)室1、塩基室2、酸室3、
塩室4、カソライト(陰極液)室5であつた。こ
れらの室は露出面積11cm2のイオン交換膜によつて
以下の様に分割された;8および11はDupont
社製のNafion110であつた。9は米国特許
第4116889号で製造された両極性膜であつた。ア
ニオン交換膜10はIonics Inc.製の市販アニオン
性膜204―UZL―386であつた。15,1
7および16はセル12を通して溶液を循環させ
るためのポンプであつた。12は実験前に0.5M
Na2SO41が充てんされたアノライト/カソラ
イト溜めであつた。この溶液はアノライト室に流
れ26として循環され、そして流れ30としてそ
の溜に、また流れ27としてカソライト室に返環
され、そして流れ30としてその溜に返環され
た。塩基室2および塩室4には流れ35および3
6によつて溜14から供給され、その溶液は流れ
24および25によつてその溜に返環された。酸
室3には溶液がポンプ17によつて循環されてい
た。酸の流れ系統には溜が存在せず、その循環液
は酸室、ポンプおよび付属チユーブに入つている
溶液だけから成つていた。酸ループの最高位に、
オーバーフローチユーブ20が設けられていた。
実験中、溶液がポンプ18を測ることによつて一
定速度で溜13から酸ループに導入された。この
様な方法よる溶液の導入と膜を通る物質輸送とは
酸室からのオーバーフローを引き起した。このオ
ーバーフロー液は採集された。
第2b図に示した様に、直流電流がセルに通さ
れると、H+およびOH-イオンが両極性膜によつ
て製造された。OH-イオンが塩基室に導入され、
そしてH+イオンが酸室に導入された。硫酸イオ
ンがアニオン膜を通過して酸室に入つて酸室中で
正味硫酸を形成させた。アニオン膜はアニオンに
対して完全には選択性でないので、特に酸濃度が
高い時は、酸中で生成したH+の中には塩室に移
動して失なわれるものがあつた。
実験装置において塩室および塩基室からのアウ
トプツトは合流されるので、H+の正味生産量は
塩基/塩流れで製造されるOH-の正味生産量を
観察することによつてモニターすることが出来
る。酸の生産はセルからのオーバーフローおよび
セルに計量、輸送される溶液の流量および組成を
分析することによつてモニターし得る。
実施例 1
実験概略に記載した膜を含む第1図に示したセ
ルを使用した。電解液溜12に0.5M Na2SO41
を、塩基/塩溜14に1M Na2SO41.8をそれぞ
れ充てんした。ヒーター、PHプローブおよび温度
計を該塩基/塩溜に配置した。塩基/塩溶液をヒ
ーターで暖めて実験中約33℃に維持した。酸ルー
プに2.0%H2SO4の溶液(X)35gを導入した。
水を7.0g/1000秒の流量で酸ループに計量、導
入した。塩基/塩溜を少量の1.015N H2SO4を添
加することによつてPH4に調整し、そして
1.20ampの電流を通した。塩基/塩溜のPHはOH-
が導入されるにつれて増加した。PHが7に達した
時、タイマーを始動させて風袋を計つた容器を置
いて酸室からのオーバーフローを採集した。この
容器を1000秒間隔で新しい容器と置き換え、そし
て標準1N NaOHによる滴定によつて容器内容物
の硫酸を分析した。タイマーが始動してから300
秒後1.015NのN2SO45.0mlを塩基/塩溜に添加し
た。これによつてPHが4に降下した。実験を続行
するにつれて、OH-の形成によつてPHが上昇し
た。PHが7に達した時の時間を記録した。塩基に
ついての効率(即ち、酸製造)は連続したPHの読
みとりインターバルおよびそのインターバル中に
添加された即知量の酸から下記の式によつて計算
される:
電流効率=添加されたml×N×96.5(co
ul/meq)/電流(amps)電流(amps)/時間インター
バル(秒)
酸採集カツプを1000秒毎に変え且つPHが7に達
した後300秒に1.067N H2SO4のアリコート5.0ml
を塩基/塩溜に添加して実験を6000秒間続行し
た。結果を表―に示す。電流効率はインターバ
ルを越えた酸濃度変化、採集された重量および濃
度に基づいて計算された。これらの結果に基づい
て、電流効率は1000秒で0.77、3000秒で0.69そし
て5000秒で0.68であつた。これらの効率は酸ルー
プの流れ、濃度および容量の決定が困難な点に鑑
みてタイムインターバルによつて決定される塩基
効率とよく一致する。その効率は表―に報告さ
れている。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention is directed to the treatment of alkali metal sulfate values, particularly sodium sulfate or potassium sulfate, contained in used rayon spinning baths using two-chamber and three-chamber electrodialysis water splitting methods, i.e., the same water dissociation method. The present invention relates to a method for converting alkali metal hydroxides and alkali metal sulfates/sulfuric acid. Electrodialytic water splitting of aqueous neutral salts in a two-chamber cell to produce the corresponding acids and bases is C, A...
Vol. 5311070b (1959) (Oda et al.). Electrodialysis water splitting methods for converting sulfate-containing waste streams using two-compartment bipolar membrane cells are disclosed in U.S. Pat. Nos. 4,082,835 and 4,107,015 (Chlanda et al.). The production of rayon is a well-developed technology; for example, in 1969, Intersciences Publishers
Encyclopedia of Polymer published by
Volume 79 No. 810-847 in Science and Technology
It is described in "Rayon" by RLMitch et al., page. Alkali metal sulfate values from used rayon spinning baths, especially Na 2 SO 4 or K 2 SO 4 /
Regeneration of H 2 SO 4 is an energy-intensive process and requires a sulfuric acid purification step and supplementary sulfuric acid. Due to rising energy costs,
It would be advantageous to improve the efficiency of methods for regenerating alkali metal sulfate values from rayon spinning baths. It is therefore an object of the present invention to provide an electrodialysis water split process for converting aqueous alkali metal sulfate values obtained from rayon spinning baths into alkali metal hydroxide and alkali metal sulfate/sulfuric acid. . These and other objects and advantages of the invention will become clearer below. SUMMARY OF THE INVENTION In accordance with the present invention, a two- or three-compartment electrodialysis water splitter is provided.
(a) a liquid consisting of water; (b) supplying a liquid containing at least a portion of the alkali metal sulfate values derived from the spent rayon spinning bath to the base chamber of a two-chamber or three-chamber electrodialysis water splitter; supplying the acid chamber of the dialysis water splitter and the salt chamber of the three-chamber electrodialysis water splitter; (c) supplying the liquid consisting of the other portion of the spent rayon spinning bath solution containing the alkali metal sulfate values to the three-chamber electrodialysis water splitter; (d) passing a direct current through the two-chamber water splitter while maintaining an average temperature of at least 40°C; and (e) supplying the alkali metal sulfate and sulfuric acid to the acid chamber of the splitter; A method is provided comprising recovering a liquid containing from an acid compartment, a liquid containing an alkali metal hydroxide from a base compartment, and a liquid containing a reduced amount of an alkali metal sulfate from a salt compartment. The present invention also provides a two-chamber electrodialysis water splitter comprising alternating acid chambers and base chambers formed by alternating cation membranes and bipolar membranes between two electrodes. A method for converting alkali metal sulfate values derived from used rayon spinning bath liquor into alkali metal hydroxide and alkali metal sulfate/sulfuric acid in: (b) supplying a liquid containing alkali metal sulfate values derived from the spent rayon spinning bath to the base chamber formed by the anion face of the bipolar membrane; (c) increasing the temperature of the water splitter to at least about 40°C;
A direct current is passed through the water splitter to introduce hydrogen ions into the liquid containing alkali metal sulfates in the acid chamber, hydroxide ions are introduced into the liquid containing water in the salt chamber, and the alkali metal cations are (d) recovering a liquid containing an alkali metal hydroxide from the base chamber; (e) recovering a liquid containing an alkali metal sulfate and sulfuric acid from the acid chamber; and (f) A method is provided comprising transferring at least a portion of the alkali metal sulfate and sulfuric acid containing liquid recovered from the acid chamber to a rayon spinning bath. Furthermore, the present invention provides a cation film between two electrodes,
Alkali metal sulfates derived from a spent rayon spinning bath in a three-chamber electrodialysis water splitter consisting of alternating base, acid and salt chambers formed by alternating bipolar and anionic membranes. Valuables are converted into alkali metal hydroxides,
In a method of converting into a stream of alkali metal sulfate and/or sulfuric acid: (a) supplying a liquid consisting of water to a base chamber formed by the face of the cationic membrane and the anionic face of the bipolar membrane; (b ) supplying a liquid comprising at least a portion of a used rayon spinning bath solution containing an alkali metal sulfate value to the acid chamber formed by the face of the anionic membrane and the cationic face of the bipolar membrane; (c) supplying a liquid containing an alkali metal sulfate value derived from another portion of the spent rayon spinning bath solution to the salt chamber formed by the respective faces of the anionic and cationic membranes; (d) the water; Direct current is passed through the splitter to add hydrogen ions to the liquid containing alkali metal sulfate valuables in the acid chamber, hydroxide ions to the liquid consisting of water in the base chamber, and alkali metal cations from the salt chamber. (e) recovering the liquid containing the alkali metal hydroxide from the base chamber; (f) transferring the liquid containing the alkali metal sulfate and sulfuric acid to the acid chamber; (g) transferring at least a portion of the liquid containing the alkali metal sulfate and sulfuric acid recovered from the acid chamber to a rayon spinning bath; and (h) recovering the alkali metal sulfate value (supplied A method is provided comprising the step of withdrawing a liquid from a salt chamber containing a reduced amount of liquid (compared to a liquid that has been removed). DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention converts alkali metal sulfate values obtained from spent rayon spinning baths into aqueous alkali metal hydroxide and alkali metal sulfate/sulfuric acid by operating in a two- or three-chamber cell. Provides an electrodialysis water split method. The spent rayon spinning bath liquor from rayon production, e.g. the viscose process, usually contains at least 5% by weight up to saturation amounts of alkali metal sulfates, primarily sodium or potassium sulfate, and spin additions to increase the spinning speed. Contains organic impurities and divalent metal cation impurities used as agents or modifiers. The present invention purifies the used rayon bath fluid by methods such as neutralization and filtration to remove organic impurities and Although the aim is to obtain an alkali metal sulfate substantially free of valence metal cation impurities, the used rayon spinning bath solution containing organic impurities and divalent metal impurities can be processed in a three-chamber electric bath without purification or pretreatment. It is a special feature of the invention that it can be fed to a dialysis water splitter. Another feature of the invention is to maintain the average temperature of the two-compartment electrodialysis water splitter at least 40°C, preferably at least 45°C, and more preferably at least 45°C in each compartment. This means that the two-chamber electrodialysis water splitter will be able to operate with improved current efficiency. It was found that there is no upper temperature limit other than the decomposition temperature of the membrane or the boiling point of the solution. Surprisingly, the improvement in current efficiency of two-chamber and three-chamber electrodialysis water splitters maintained at at least 40° C. is significant for aqueous alkali metal sulfate streams. Similar operating conditions, e.g. current density,
When water-splitting aqueous alkali metal chlorides by a two-chamber electrodialysis water splitter under a specific membrane, the improvement in current efficiency was small as the temperature of the water splitter increased from 30°C to 45°C. (See Figure 6). The three-chamber water splitter used in the method of the invention includes a plurality of cationic, ambipolar and anionic membranes arranged alternately between two electrodes, so that the base, acid and salt compartments are alternately arranged. are arranged to form an electrodialysis stacked structure. The two-chamber water splitter used in the method of the present invention may be any of the devices disclosed in Ohlanda et al., U.S. Pat. Something can happen. The two-compartment water splitter includes a plurality of cation exchange membranes and bipolar ion exchange membranes arranged alternately between two electrodes to form an electrodialysis stack. The configuration of electrodialysis stacked structures is well known; for example, the unit is manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.;
Masachi Yusettsu, Watertown's Ionics,
Inc. and other companies. In general, stacked structures suitable for concentrating electrolytes, such as the Asahi model CU-IV, can be used in water splitters. However, the membrane used must be of a type that is compatible with the water split. Two-chamber and three-chamber water splitters are, for example,
As disclosed in U.S. Pat. No. 2,829,095 (generally referring to water splits), or U.S. Pat. or other types of suitable bipolar membranes that effectively convert water to hydrogen and hydroxide ions. The operation of the two-chamber water splitter is covered by a U.S. patent.
The procedure is similar to that described in 4082835 and 4107015, but the composition of the feed solution is changed as described below. (Figure 2a). For the operation of the three-chamber water splitter, see Section 2b.
This will be further described below with reference to the figures. The aqueous alkali metal sulfate solution supplied to the chambers of two-chamber and three-chamber water splitters preferably contains sulfuric acid, sodium or potassium sulfate, more preferably sodium sulfate, but lithium sulfate or other alkali metal sulfates. Or it may be a mixture thereof. A particularly useful solution for the acid chamber of a three-compartment cell is a spent spin bath solution obtained directly from a rayon spin bath without any pretreatment to remove organic and divalent metal cation impurities and containing 2% by weight. Contains up to saturated amounts of sodium or potassium sulfate, at least 5% by weight sulfuric acid, and organic impurities and divalent metal ion impurities. The pH of the solution fed to the acid chamber of two-chamber and three-chamber water splitters is advantageously below 7, preferably between 1 and 4, although the exact pH of the solution fed is not a critical condition. However, if more than 5% by weight of sulfuric acid is present in the alkali metal sulfate solution, it is preferred to utilize a three-chamber water split. Typical concentrations of alkali metal sulfates in the spent rayon spinning bath solution fed to the acid chamber of a three-compartment water splitter can range from concentrations as low as 5% by weight to saturating amounts of alkali metal sulfates; and may contain 0-15% by weight sulfuric acid; preferably the feed solution has a saturated concentration of 10% by weight (more preferably 25% by weight) and alkali metal sulfate (32% by weight for sodium sulfate). It is between. The acidified salt solution produced in the acid chamber of the three-compartment cell and recycled to the rayon spinning bath contains alkali metal sulfate and the solution fed to the acid chamber of the three-compartment cell, typically alkali metal sulfate 5 ~22% by weight, containing a concentrated amount of sulfuric acid compared to solutions that are 6-8% by weight H 2 SO 4 . Typically, the solution recovered from the acid chamber is
The concentration of H 2 SO 4 is 8-14, preferably 9-12% by weight. The solution fed to the salt compartment of the three-chamber water splitter contains alkali metal sulfate values derived from spent rayon spinning baths and purified by conventional methods to remove organic and divalent metal impurities. Preferably it is sodium or potassium sulfate, more preferably sodium sulfate, but also lithium sulfate or other alkali metal sulfates or mixtures thereof. A particularly advantageous feedstock fed to the salt chamber of a three-compartment cell is crystallized glauber salt, obtained as a by-product from spent rayon spinning baths, i.e. glauber's salt (Na 2 SO 4 10H 2 O ). Preferably, the feed solution to the salt chamber moves through a cation membrane;
and/or organic impurities and divalent metal cations (e.g. Ca +2 ,
Mg +2 , Zn +2, etc.) are processed so as to be substantially free of them. The pH of the feed solution is not critical, but is preferably 7. The concentration of alkali metal sulfate in the solution fed to the salt chamber of the three-compartment cell can be between concentrations as low as 5% by weight to a saturation amount of alkali metal sulfate. Preferably, 15 to 32 (saturated) weight percent alkali metal sulfate is fed to the salt compartment. The solution fed to the acid chamber of the two-chamber water splitter is derived from the spent rayon spinning bath solution.
Advantageously, it has an alkali metal sulfate value concentration of 32% by weight. Typically, a 30 wt% sodium sulfate solution containing 0 to 5 wt% sulfuric acid and pretreated to form an aqueous solution of Glauber's salt derived from spent rayon spinning baths is prepared in a two-chamber system. Supplied to the acid chamber of the cell. The liquid supplied to the base chamber of three-compartment and three-compartment water splitters may be water alone or water containing various electrolytes.
Preferably, this liquid is in a neutral or basic chamber (PH7-
14) and more preferably at a concentration of 1 to 50% by weight
(more preferably between 5 and 25% by weight) sodium hydroxide aqueous solution. This concentration (actual feed to the base chamber) can be achieved by recirculation, staging, or a combination thereof, as described in more detail below, and can range from 5 to 50% by weight. of aqueous sodium hydroxide. The current normally applied to a water splitter is direct current at a voltage specified by design and performance characteristics that will be apparent to those skilled in the art and/or determined by routine experimentation. Generally, current densities in the range of 50-150 mamp/ cm2 are convenient for use. 100~
A current density of 150 mamp/cm 2 is particularly advantageous. Cation membranes useful in the methods of the invention can be weakly acidic or weakly acidic cation permselective membranes. A particularly useful cation membrane is Dupont's Nafion
Acidic fluorocarbon membranes, especially Nafion
110, 901 and 324 are utilized, although other commercially available cationic membranes may also be used. Anionic membranes useful in the three-chamber cells used in the present invention are available from Ionics Inc. of Watertown, Massachusetts.
Ionics204-UZL-386 sold by or SelemionAMV or ASV from Asahi Glass Co., Ltd.
strong, moderate or weakly basic anion permselective membranes, such as those sold under the trade name , but other commercially available anion permselective membranes may also be utilized. The invention will be better understood by referring to the accompanying drawings. FIG. 3 schematically shows a preferred embodiment of the process of the invention when carried out in a two-chamber electrodialysis water splitter. An aqueous alkali sulfate value solution is removed from the rayon spinning bath 100 via line 102. Typically, the spent rayon spinning bath solution in line 102 has a composition of sodium sulfate concentration from 2 wt% to the saturation point, sulfuric acid concentration of 0 to 15 wt%, and contains organic and inorganic impurities, typically ( (such as spin bath additives) divalent metal cations. Although sodium sulfate is used in the following description, it should be understood that other alkali metal cations such as potassium or lithium or mixtures thereof may also be used and are within the scope of the invention. The pH of the used rayon spinning bath in line 102 is not important; it is neutral,
It may be either an acidic or basic chamber. At least a portion of the sodium sulfate value in line 102 is transferred via line 104 to evaporator 108 to remove water. Water is removed via line 110 and concentrated sodium sulfate/sulfuric acid, typically containing 10-32% by weight sodium sulfate and 0-12% by weight sulfuric acid, is removed from evaporator 108 via line 112. is transferred to the purification zone 114 to remove organic impurities and 2
Valent metal cations are removed. The purification step may be PH adjustment and filtration or ion exchange, but typically purification involves the formation of a mother liquor rich in mirabilite (Na 2 SO 4 10H 2 O) and sulfuric acid and depleted in sodium sulfate. including evaporative crystallization. Here, mirabilite is line 1
16, while the mother liquor is removed from the refining zone 114 via line 140 and into the spinning bath 100 via line 140 and line 142.
is recirculated to Additionally, when supplemental sulfuric acid is required, sulfuric acid can be added via line 141 to the aqueous sodium sulfate/sulfuric acid solution in line 142. At least a portion of the spent rayon spin bath liquor in line 102 is transferred via line 106 to reduce the sodium sulfate concentration and combine with the sulfuric acid-rich mother liquor removed from purification zone 114. Sufficient water is added to the Glauber's Salt (Na 2 SO 4 .10H 2 O) in line 116 via line 118 to form an aqueous solution typically containing from 2 wt% sodium sulfate to the point of saturation. In the case of a solution containing 5 wt % or more of sulfuric acid, water splitting using a three-chamber water splitter illustrated and explained in FIG. 4 below is preferred. The aqueous sodium sulfate solution in line 116 is composed of an alternating base chamber and The water is supplied to the acid chamber A of a two-chamber electrodialysis water splitter 120 consisting of a plurality of unit cells forming an acid chamber. When a direct current is applied, the sodium sulfate in the acid chamber A becomes bipolar membrane 122b.
The sulfuric acid is concentrated by the hydrogen ions generated on the cation surface. Sodium cations and a small amount of hydrogen ions move from acid compartment A to base compartment B through cation permselective membrane 124. A sulfuric acid-enriched sodium sulfate solution, typically from 5 wt % sodium sulfate to saturation point, with a sulfuric acid concentration of 5 to 15 wt %, is removed from chamber A via line 126 and transferred to purification zone 114 for further processing. Glauber's salt (Na 2 SO 4 .10H 2 O) is removed or transferred to the spinning bath 100 via line 140 .
The water in line 128 is a two-chamber water splitter 120.
The base is supplied to the base chamber B. The hydroxide ions generated on the anion surface of the bipolar membrane 122a combine with sodium ions moving from the acid chamber to the base chamber via the cation membrane 124 in the base chamber B to form sodium hydroxide, typically 10~ Forms 20wt% sodium hydroxide. This sodium hydroxide is removed from base compartment B via line 130. At least a portion of the sodium hydroxide in line 130 may be recycled to line 128 via line 132. Another portion of the sodium hydroxide in line 130 is fed to evaporator 134 40
It is concentrated to ~50 wt% and taken out via line 138. Typically, the composition of sodium hydroxide in line 130 may be any concentration suitable for dissolving the cellulose used in rayon manufacture. FIG. 4 shows another preferred embodiment of the invention that can be implemented in a three-chamber electrodialysis water splitter.
The used rayon spinning bath solution is removed from the rayon spinning bath 200 via line 202. Typically, the composition of the spent rayon spinning bath in line 202 consists of 15 wt% to saturation sodium sulfate and 0 to 15 wt%, preferably 2 to 10 wt% sulfuric acid, and is free of organic impurities and divalent metals. Contains cationic impurities. At least a portion of the used rayon spinning bath in line 202 is routed through line 204 to a three-chamber electrodialysis water splitter 22.
0 acid chamber. This water splitter 22
0 is a bipolar membrane 222a and an anion permselective membrane 22 positioned and alternately arranged between two electrodes.
6 and a cation permselective membrane 224a, thus forming an acid chamber A, a salt chamber S and a base chamber B which are arranged alternately. In the acid chamber A, under the influence of the applied direct current, sulfate ions move from the salt chamber S to the acid chamber A via the anion permselective membrane 226, where they are combined with the hydrogen ions generated on the cation face of the bipolar membrane 222a. Join. An aqueous solution of sodium sulfate in which sulfuric acid is concentrated is taken out from acid chamber A through line 206 and transferred to the evaporator.
The water is removed via line 210. If there is no need to adjust the water balance in the system, the evaporation step can be omitted. If evaporator 208 is used, a more concentrated sodium sulfate/sulfuric acid solution is removed via line 212 and transferred to rayon spinning bath 200. The remainder of the spent rayon spinning bath containing sodium sulfate and sulfuric acid in line 202 is not fed to the acid chamber and is removed from the purification zone 2.
14 to remove organic impurities and divalent metal cation impurities. Although conventional purification steps such as PH adjustment and filtration may be used, evaporative recrystallization is typically employed in purification zone 214 to produce mirabilite (Na 2 SO 4 .10H 2 O),
and sulfuric acid are condensed to form a mother liquor with reduced sodium sulfate concentration. Glauber's Salt is Line 21
6, while the mother liquor is removed from the refining zone via line 218 and transferred to line 212 and then to the rayon spinning bath 200. line 21
6. Glauber's salt (Na 2 SO 4 10H 2 O) is stored in the salt chamber recirculation tank 230 in the form of solid, slurry or aqueous solution.
will be forwarded to. An alkali metal base, typically soda ash or sodium hydroxide, is added to the salt room recirculation tank 230 via line 232 and removed from the salt room S to form a sodium sulfate solution which may optionally contain sulfuric acid. at least part of line 23
6 and added to the salt compartment recirculation tank 230.
If makeup water is needed, it is added to tank 230 via line 234. For further purification, soda ash is added via line 232, for example to remove divalent metal cations such as zinc, magnesium or calcium that would interfere with the operation of the cation permselective membrane adjacent to the salt chamber S. Ru. An aqueous solution of sodium sulfate containing from 10 wt% to saturation, typically from 25 wt% to saturation, and insolubles is removed from recirculation tank 230 via line 240 through a filter (not shown). , transferred to salt room S. In the salt chamber S, sodium cations move from the salt chamber S to the base chamber B through the anion permselective membrane 224a. Sulfate ions move from the salt chamber S to the acid chamber A through the anion permselective membrane 226. An aqueous solution of sodium sulfate containing a reduced amount of sodium sulfate is removed from the salt compartment S via line 241.
The pH of the sodium sulfate solution in line 241 is acidic.
Basic or neutral. If the sodium sulfate solution in line 241 is acidic, at least a portion of it
The sodium sulfate solution fed to acid compartment A via line 204 can be transferred via line 238. The remainder of the acidic sodium sulfate solution in line 241 is passed through line 236 to recirculation tank 230.
can be transferred to. Water in line 244 is supplied to base chamber B. In base chamber B, sodium ions moving from the salt chamber through cation permselective membrane 224a combine with hydroxide ions introduced at the anion face of bipolar membrane 222b to form sodium hydroxide, typically 10 Forms ~20wt% sodium hydroxide. This sodium hydroxide is removed from base compartment B via line 246. The composition of the sodium hydroxide solution in line 246 is not critical and any concentration suitable for dissolving the cellulosic materials used in rayon manufacture may be used.
At least a portion of the sodium hydroxide solution in line 246 is added via line 248 to line 244 for recirculation, further via line 236 to a recirculation tank, and the remainder is transferred via line 246 to evaporator 250. , water is removed via line 252 and a 40-50 wt% sodium hydroxide solution is removed from the evaporator via line 254. The present invention may be advantageously operated with two-chamber or three-chamber electrodialysis water splitters. If a three chamber electrodialysis water splitter is used, at least a portion, and optionally all, of the output of the salt chamber is introduced into the acid chamber shown in FIG. If a two-chamber electrodialysis water splitter is used, one of the two-chamber electrodialysis water splitters shown in Figures 2a, 2c or 5 may be used. The two-chamber electrodialysis water splitter shown in Figure 2a is used under normal conditions, i.e.
% or less, for example, 1 mol Na 2 SO 4 sulfate is converted to 0.25% or less.
It is sufficient under conditions to convert to 0.50 mol NaHSO 4 /0.75-0.50 mol Na 2 SO 4 and under conditions to achieve higher conversions, i.e. 25-50% or more, Figures 2c and 5. It is advisable to use one of the embodiments of the two-compartment electrodialysis water splitter illustrated in the figure. 3 acid stage/2 shown in Figure 2c
The chamber electrodialysis water splitter includes one bipolar membrane 32a and two substantially non-porous water-swollen cationic or neutral membranes 34a, 34, respectively.
b and a cation permselective membrane 34c, whereby a first acid chamber A 1 , a second acid chamber A 2 , a third acid chamber A 3 and a base chamber B are located between the two electrodes anode 31 and cathode 33 . arranged alternately,
It includes a plurality of unit cells formed by forming a plurality of unit cells. The operation of the three acid stage/two chamber electrodialysis water splitter shown in Figure 2c is essentially as follows:
Direct current is passed from anode 31 to cathode 33. An aqueous solution of alkali metal sulfate derived from the spent rayon spinning bath liquor in line 35 and containing, for example, sodium sulfate is fed to the third acid compartment A3 . Hydrogen ions introduced at the cationic surface of the bipolar membrane 32a move to the base chamber B through the membranes 34a, 34b and 34c, and at the same time enter the acid chamber.
Alkali metal cations such as sodium in A 3 move to the base chamber B through the cation membrane 34c and head toward the cathode 33. The aqueous solution of sodium sulfate from A 3 , which may be acidic, neutral or basic, preferably acidic, is removed via line 37a to the second
Transferred to acid room A 2 . The hydrogen ions and sodium cations of A1 are transferred to the cation membrane or neutral membrane 24a.
It moves to the second acid chamber A 2 through. neutral or acidic,
An aqueous sodium sulfate solution, which may preferably be acidic, is removed from A 2 via line 37b to the acid chamber.
A 1 is supplied. The hydrogen ions generated in the bipolar membrane 32a are added to the sodium aqueous solution of A1 ,
The acidified aqueous solution of sodium sulfate and sulfuric acid is then withdrawn from A 1 via line 39a.
By adding intermediate acid chambers A 1 , A 2 and A 3 connected in series, the third acid chamber A 3 closest to the anion face of the bipolar membrane 32b contains the lowest concentration of acid; On the other hand, the first acid chamber A1 , which is closest to the cationic side of the bipolar membrane 32a, contains the highest concentration of acid, thereby providing an advantage over prior art two-chamber electrodialysis water splitters such as that shown in FIG. 2a. Improve acid production efficiency. By reducing the amount of hydrogen ions transferred to the base chamber, the efficiency of producing aqueous hydrogen ions and hydroxide ions is improved. A liquid consisting of water, preferably also containing dilute alkali metal hydroxide, is supplied via line 36 to base chamber B, into which hydroxide ions generated on the anionic side of bipolar membrane 32b are introduced. A concentrated aqueous solution of alkali metal hydroxide is removed from B via line 38. The flow rates from the different chambers may be the same or
or may be different, and in particular the flow rate or net flow rate after recirculation from the base chamber is such that the hydroxyl ion concentration of the product recovered from chamber B is the same as that of the aqueous acidified salt solution recovered from A1 . The flow rate from the acid chamber can be much slower than the acid concentration so that it is substantially higher than the acid concentration. The flow rate can also be adjusted such that the acid concentration of the product aqueous salt recovered from A 1 is higher than the hydroxyl ion concentration of the product recovered from base compartment B. The cation surface of the bipolar film 32a and the cation film 34
Additional membranes 34a and 34b disposed between the faces of c and forming at least two acid chambers are arranged such that these additional membranes are substantially non-porous (with respect to water) and swellable with water. It can be a cation permselective membrane or a neutral membrane as long as it is possible. The term "substantially non-porous (with respect to water)" as used herein for membranes means a water or hydraulic permeability of less than or equal to 1 ml/dm 2 membrane area of water per hour at 1 meter of water pressure. means a membrane with Lower water permeability, e.g. 1× at 1 m water pressure
A water permeability of 10 −1 ml/dm 2 /h is preferred. However, it is contemplated by the present invention that there is no lower limit to water permeability as long as the additional substantially non-porous water-swollen cationic or neutral membrane allows water molecules to pass along with the ions under the application of a direct current. It was found that this was not important for the operation of Water permeability value for 1 hour, water pressure
The use of membranes with a density higher than 1 ml/dm 2 should be avoided. The term "water-swollen" as used herein for membranes refers to membranes that are water-insoluble and water-absorbing. The membranes 34a and 34b dividing A 1 /A 2 and A 2 /A 3 are made of a low-resistance, substantially non-porous, weakly, moderately acidic or weakly acidic membrane as described in connection with Figures 1, 2a and 2b. It may be a water-swollen cationic membrane, or it may be an uncharged membrane. These uncharged or neutral membranes are non-
Ion selective but anion and cation-
A permeable, substantially non-porous, water-swellable membrane. Suitable uncharged membranes can be prepared by copolymerizing, or interpolymerizing, a difunctional vinyl monomer, such as divinylbenzene, with a non-ionic hydrophilic monomer, such as acrylamine. Examples of uncharged membranes include cross-linked polyvinyl alcohol and cellulose-based membranes. Another aspect of the invention shown in FIG. 2c is
The method includes an acid stage by placing a substantially non-porous, water-swollen cationic or neutral membrane in an acid chamber. FIG. 5 shows an embodiment including a two-stage or diacid chamber by placing a single substantially non-porous, water-swollen cationic or neutral membrane in the acid chamber. The number of stages that can be placed in the acid chamber is not a critical condition, as the solution with the lowest acidity enters the acid chamber closest to the cathode and flows successively to the acid chamber closest to the anode, where the solution with the highest acidity enters the acid chamber closest to the anode. can be varied in a range of at least 2 to 10 stages as long as it is manufactured. In the case of a single stage, the water splitter is a conventional two-chamber water splitter as shown in Figure 2a. FIG. 5 illustrates another preferred embodiment of the invention using a two acid stage/two chamber electrodialysis water splitter in producing acidified aqueous sodium sulfate. Aqueous sodium sulfate is line 33
1 to tank 330, and then to line 3
32 and the acid chamber A 2 formed by the surface of the substantially non-porous water-swollen cationic or neutral membrane 320b and the surface of the cation permselective membrane 320c.
is supplied to Anode 321 and cathode 3
Under the influence of a direct current through 23, hydrogen ions and sodium ions pass through the cation permselective membrane 32.
Move from 0c to base room B. The acidic aqueous solution of sodium sulfate produced in acid room A 2 is transferred to line 334.
is returned to the tank 330. At least a portion of the acidic aqueous solution of sodium sulfate from A 2 is removed via line 336 to line 338 and connected to the cationic face of bipolar membrane 322a and the substantially non-porous water-swollen cationic or neutral membrane. 320b
is transferred to the first acid chamber A 1 formed by the plane of. An acidic solution of sodium sulfate generated by hydrogen ions formed on the cationic surface of the bipolar membrane 322a is taken out from the first acid chamber A1 through a line 340 and transferred to a tank 342. At least a portion of the acidic aqueous solution of sodium sulfate is present in line 34.
4 and is removed from the tank 342. The operation of the base chamber of FIG. 5 is similar to that of the base chambers of FIGS. 2a and 3. The average temperature of the two-compartment cell may be maintained at least 40°C, preferably at least 45°C, by conventional means contemplated in the art. Preferably, the temperature of the solution in each chamber of the two-compartment water splitter is maintained at at least 40°C, more preferably at least 45°C. The temperature maintained in the three-chamber cell is not critical for the operation of the present invention, but is typically between 35° and 55°C.
and temperatures above 40° C. are particularly advantageous. Experimental Overview The method for determining efficiency is best explained with reference to Figure 1, which describes the laboratory equipment used.
Figure 2b schematically illustrates the major transport processes occurring in a three-chamber electrodialysis water splitter cell. In FIG. 1, the device consists of a cylindrical cell constructed from a fluorocarbon polymer. The cell is provided with platinum electrodes 7 and 8 at each end connected to a DC power source. Five chambers separated by membranes were included in the cell. These chambers are anolyte (anolyte) chamber 1, base chamber 2, acid chamber 3,
There were 4 salt compartments and 5 catholyte compartments. These chambers were divided by an ion exchange membrane with an exposed area of 11 cm 2 as follows; 8 and 11 were Dupont
It was a Nafion 110 made by the company. 9 was a bipolar membrane made in US Pat. No. 4,116,889. The anion exchange membrane 10 was a commercially available anionic membrane 204-UZL-386 manufactured by Ionics Inc. 15,1
7 and 16 were pumps for circulating the solution through cell 12. 12 is 0.5M before the experiment
It was an anolyte/catholyte reservoir filled with Na 2 SO 4 1. This solution was circulated to the anolyte chamber as stream 26 and returned to its sump as stream 30, to the catholyte chamber as stream 27, and returned to its sump as stream 30. Base compartment 2 and salt compartment 4 have streams 35 and 3.
6 from reservoir 14, the solution was returned to that reservoir by streams 24 and 25. A solution was circulated in the acid chamber 3 by a pump 17. There were no reservoirs in the acid flow system, and the circulating fluid consisted only of the solution contained in the acid chamber, pump, and attached tubes. At the top of the acid loop,
An overflow tube 20 was provided.
During the experiment, solution was introduced into the acid loop from reservoir 13 at a constant rate by metering pump 18. Introduction of solution and mass transport through the membrane in this manner caused overflow from the acid chamber. This overflow liquid was collected. As shown in Figure 2b, when a direct current was passed through the cell, H + and OH - ions were produced by the bipolar membrane. OH - ions are introduced into the base chamber,
Then H + ions were introduced into the acid chamber. Sulfate ions passed through the anion membrane and entered the acid chamber to form net sulfuric acid in the acid chamber. Since the anion membrane is not completely selective for anions, some of the H + produced in the acid was lost by moving into the salt chamber, especially when the acid concentration was high. Since the outputs from the salt and base chambers are combined in the experimental setup, the net production of H + can be monitored by observing the net production of OH - produced in the base/salt stream. . Acid production can be monitored by analyzing the flow rate and composition of the overflow from the cell and the solution metered and transported to the cell. Example 1 The cell shown in Figure 1 containing the membrane described in the Experimental Summary was used. 0.5M Na 2 SO 4 1 in electrolyte reservoir 12
The base/salt reservoir 14 was filled with 1.8 of 1M Na 2 SO 4 , respectively. A heater, PH probe and thermometer were placed in the base/salt reservoir. The base/salt solution was warmed with a heater and maintained at approximately 33° C. throughout the experiment. 35 g of a 2.0% H 2 SO 4 solution (X) was introduced into the acid loop.
Water was metered into the acid loop at a flow rate of 7.0 g/1000 seconds. The base/salt reservoir was adjusted to pH 4 by adding a small amount of 1.015NH 2 SO 4 and
1.20amp galvanized. The pH of the base/salt reservoir is OH -
increased as it was introduced. When the pH reached 7, a timer was started and a tared container was placed to collect the overflow from the acid chamber. This vessel was replaced with a new vessel at 1000 second intervals, and the vessel contents were analyzed for sulfuric acid by titration with standard 1N NaOH. 300 since the timer started
After seconds 5.0 ml of 1.015N N 2 SO 4 was added to the base/salt reservoir. This lowered the pH to 4. As the experiment continued, the PH increased due to the formation of OH - . The time when the pH reached 7 was recorded. Efficiency for base (i.e. acid production) is calculated from successive PH reading intervals and a known amount of acid added during that interval by the following formula: Current efficiency = ml added x N ×96.5(co
ul/meq)/Current (amps) Current (amps)/Time interval (sec) Change acid collection cup every 1000 seconds and aliquot 5.0 ml of 1.067NH 2 SO 4 300 seconds after pH reaches 7
was added to the base/salt reservoir and the experiment continued for 6000 seconds. The results are shown in the table. Current efficiency was calculated based on the change in acid concentration over the interval, weight collected, and concentration. Based on these results, the current efficiency was 0.77 at 1000 seconds, 0.69 at 3000 seconds, and 0.68 at 5000 seconds. These efficiencies are in good agreement with base efficiencies determined by time intervals in view of the difficulty in determining acid loop flow, concentration, and volume. The efficiency is reported in Table.
【表】【table】
【表】
実施例 2
平均温度が実施例1より10℃高い43℃である以
外は実施例1と同じ方法を採用した。その結果は
表に示した。実施例1および2の比較により10
℃の温度の違いは電流効率に有利にはたらくこと
がわかる。[Table] Example 2 The same method as in Example 1 was adopted except that the average temperature was 43°C, which was 10°C higher than in Example 1. The results are shown in the table. By comparing Examples 1 and 2, 10
It can be seen that the difference in temperature in degrees Celsius has an advantageous effect on current efficiency.
【表】【table】
【表】
実施例 3
0.5M Na2SO4 400mlを塩基/塩溜に充てんし、
溜13および14からの浴液を(セルに計量し且
つセルから回収する代りに)再循環させた以外は
実施例1に記載したと同じ方法およびセルで実施
例3を実施した。実験中温度を上昇させた。得ら
れた結果は表―および第6図に示してある。[Table] Example 3 Fill the base/salt reservoir with 400ml of 0.5M Na 2 SO 4 and
Example 3 was carried out in the same manner and cell as described in Example 1, except that the bath liquid from reservoirs 13 and 14 was recycled (instead of metered into and collected from the cell). The temperature was increased during the experiment. The results obtained are shown in the table and in FIG.
【表】
実施例 4
酸、塩基および塩の各溜の硫酸塩溶液を各々
2.9wt%のHClおよび1M NaClに置き換え、そし
て1000N HClを塩基塩溜に添加した以外は実施
例3に記載した同じ方法で実施例4を実施した。
得られた結果を表―に要約し且つ第6図に図示
した。第6図で―○ぁ修[Table] Example 4 Sulfate solutions of acids, bases and salts were prepared separately.
Example 4 was carried out in the same manner as described in Example 3 except that 2.9 wt% HCl and 1M NaCl were substituted and 1000N HCl was added to the base salt reservoir.
The results obtained are summarized in the table and illustrated in FIG. In Figure 6 - ○†a Osamu
Claims (1)
酸化物およびアルカリ金属硫酸塩/硫酸に転化す
る方法にして; (a) 少なくとも1個の単位セルから成る電気透析
水スプリツターを用意し; (b) 該電気透析水スプリツターの各単位セルの塩
基室に水から成る液体を供給し; (c) 該電気透析水スプリツターの各単位セルの酸
室にアルカリ金属硫酸塩有価物を含有する使用
済みレーヨン紡糸浴液から成る液体を供給し; (d) 該電気透析水スプリツターに電流を流して各
単位セルの酸室においてはアルカリ金属硫酸
塩/硫酸を含む反応液を、また各単位セルの塩
基室においてはアルカリ金属水酸化物を含む反
応液を生成させる; 工程から成ることを特徴とする前記方法。 2 電気透析水スプリツターが二室式電気透析水
スプリツターであり、その各単位セルは酸室およ
び塩基室から成り、そしてカチオン膜と両極性膜
とを交互に配置することによつて形成されている
特許請求の範囲第1項記載の方法。 3 電気透析水スプリツターに少なくとも約40℃
の平均温度を維持する特許請求の範囲第1項記載
の方法。 4 電気透析水スプリツターが三室式電気透析水
スプリツターであり、その各単位セルは塩基室、
酸室および塩室より成り;そして、該塩基室、酸
室および塩室はカチオン膜、両極性膜及びアニオ
ン膜を交互に配置することによつて形成されてい
る特許請求の範囲第1項記載の方法。 5 酸室に供給される液体が無処理の使用済みレ
ーヨン紡糸浴液である特許請求の範囲第1項記載
の方法。 6 塩室に供給される液体が予備処理された使用
済みレーヨン紡糸浴液である特許請求の範囲第4
項記載の方法。 7 使用済みレーヨン紡糸浴液の予備処理が (a) 使用済みレーヨン紡糸浴液を中和し;そして (b) 該使用済みレーヨン紡糸浴液を過して有機
不純物および無機不純物を実質的に含まない、
アルカリ金属硫酸塩濃度が約10〜約32重量%の
水溶液を得る; ことから成る特許請求の範囲第6項記載の方法。 8 使用済みレーヨン紡糸浴液の予備処理が (a) 使用済みレーヨン紡糸浴液を結晶化した芒硝
が生成するように処理し;そして (b) アルカリ金属硫酸塩濃度が約15〜約32重量%
である該芒硝の水溶液を形成する; ことから成る特許請求の範囲第6項記載の方法。 9 酸室が多段式酸室である特許請求の範囲第1
項記載の方法。 10 酸室が両極性膜のカチオン面とカチオン透
過選択性膜とで画成され、そして両膜間に少なく
とも1つの非―多孔質の水で膨潤された膜を配置
して、多段酸室を構成する少なくとも2室の副酸
室を画成するようになつている特許請求の範囲第
9項記載の方法。 11 使用済みレーヨン紡糸浴液から成る液体を
単位セルの塩基室に隣接する副酸室に供給する特
許請求の範囲第10項記載の方法。 12 次の: (d) 塩基室に隣接する副酸室から液体を残りの全
ての副酸室を順番に通して移動させ;そして (e) 当該単位セルの塩基室から最も遠い副酸室か
らアルカリ金属硫酸塩/H2SO4を含む反応液
を取り出す; 工程を更に含む特許請求の範囲第11項記載の方
法。[Claims] 1. A method for converting alkali metal sulfate values into alkali metal hydroxide and alkali metal sulfate/sulfuric acid; (a) providing an electrodialysis water splitter comprising at least one unit cell; (b) supplying a liquid consisting of water to the base chamber of each unit cell of said electrodialysis water splitter; (c) supplying a liquid consisting of water to the acid chamber of each unit cell of said electrodialysis water splitter containing an alkali metal sulfate value; (d) passing an electric current through the electrodialysis water splitter to supply a reaction solution containing alkali metal sulfate/sulfuric acid in the acid chamber of each unit cell; The method described above, comprising the steps of: generating a reaction solution containing an alkali metal hydroxide in the base chamber of the cell. 2. The electrodialysis water splitter is a two-chamber electrodialysis water splitter, each unit cell of which consists of an acid chamber and a base chamber, and is formed by alternately arranging cation membranes and bipolar membranes. A method according to claim 1. 3 At least about 40℃ in the electrodialysis water splitter
2. A method according to claim 1, wherein the average temperature of . 4. The electrodialysis water splitter is a three-chamber electrodialysis water splitter, each unit cell of which has a base chamber,
The base chamber, the acid chamber, and the salt chamber are formed by alternately arranging cation membranes, bipolar membranes, and anion membranes, according to claim 1. the method of. 5. The method according to claim 1, wherein the liquid supplied to the acid chamber is an untreated used rayon spinning bath solution. 6. Claim 4, wherein the liquid supplied to the salt chamber is a pretreated used rayon spinning bath solution.
The method described in section. 7 Pre-treatment of a used rayon spinning bath comprises: (a) neutralizing the used rayon spinning bath; and (b) straining the used rayon spinning bath to substantially free organic and inorganic impurities. do not have,
7. The method of claim 6, comprising: obtaining an aqueous solution having an alkali metal sulfate concentration of about 10 to about 32% by weight. 8. The pretreatment of the used rayon spinning bath comprises: (a) treating the used rayon spinning bath to produce crystallized Glauber's salt; and (b) reducing the alkali metal sulfate concentration from about 15 to about 32% by weight.
7. The method of claim 6, comprising: forming an aqueous solution of Glauber's salt. 9 Claim 1 in which the acid chamber is a multistage acid chamber
The method described in section. 10 A multi-stage acid chamber is formed by having an acid chamber defined by the cation face of the bipolar membrane and a cation permselective membrane, and disposing at least one non-porous water-swollen membrane between the two membranes. 10. The method of claim 9, wherein at least two secondary acid chambers are defined. 11. The method of claim 10, wherein a liquid consisting of a used rayon spinning bath solution is supplied to an auxiliary acid chamber adjacent to the base chamber of the unit cell. 12: (d) moving the liquid from the sub-acid compartment adjacent to the base compartment through all remaining sub-acid compartments in sequence; and (e) from the sub-acid compartment furthest from the base compartment of the unit cell; 12. The method according to claim 11, further comprising the step of: removing the reaction solution containing alkali metal sulfate/H 2 SO 4 .
Applications Claiming Priority (3)
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Publications (2)
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Family
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Family Applications (1)
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Families Citing this family (3)
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1983
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Also Published As
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