JPH047250B2 - - Google Patents
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- JPH047250B2 JPH047250B2 JP60000040A JP4085A JPH047250B2 JP H047250 B2 JPH047250 B2 JP H047250B2 JP 60000040 A JP60000040 A JP 60000040A JP 4085 A JP4085 A JP 4085A JP H047250 B2 JPH047250 B2 JP H047250B2
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- polyvalent
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- aqueous liquid
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、水性液中の塩から、各々、アニオン
の酸およびハロゲン、1価カチオンの水酸化物、
ならびに多価カチオンの実質的に水溶性の塩への
電気透析変換に関する。具体的には、本発明は、
カチオン透過性膜を通して、多価カチオンを不溶
性化しイオン的に不動性化(immobi lize)する
不動性化剤を含む水性液中へ、多価カチオンを電
気移動することに関する。本発明は、多価カチオ
ンの不溶性化剤を含有する水性液中で、酸(この
酸は、1規定液中でPH3以下であり、しかも、多
価カチオンと水溶性塩を形成するものとする)の
可溶性塩を使用することからなる。酸の可溶性塩
は、多価カチオンの水不溶性塩によるカチオン透
過性膜のよごれを防止する。多価カチオンの不溶
性化は、電気化学セルの膜中および陰極上の金属
の電気堆積(これは頻繁なセルメンテナンスを必
要とする)を防止する。その結果、多価カチオン
の塩から、アニオンの酸およびハロゲン、ならび
に多価カチオンの実質的に水不溶性の塩または多
価カチオンとの他のイオン的不動性化化合物へ
の、好ましくは連続的な、変換用の、効果的で高
容量の電気透析法が提供される。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention is directed to the production of anionic acids and halogens, monovalent cationic hydroxides,
and the electrodialytic conversion of polyvalent cations to substantially water-soluble salts. Specifically, the present invention:
It relates to the electrotransfer of polyvalent cations through a cation-permeable membrane into an aqueous liquid containing an immobilizing agent that renders the polyvalent cations insoluble and ionically immobilized. In the present invention, an acid (the acid has a pH of 3 or less in a 1N solution and forms a water-soluble salt with the polyvalent cation) is used in an aqueous solution containing an insolubilizing agent for polyvalent cations. ). Soluble salts of acids prevent fouling of cation-permeable membranes by water-insoluble salts of polyvalent cations. Insolubilization of polyvalent cations prevents electrodeposition of metals in the electrochemical cell membrane and on the cathode, which requires frequent cell maintenance. As a result, from the salts of polyvalent cations to the acids and halogens of the anions and substantially water-insoluble salts of polyvalent cations or other ionically immobilized compounds with polyvalent cations, there is preferably a continuous , an effective, high capacity electrodialysis method for conversion is provided.
本発明方法の1つの態様は、アルミニウム陽極
酸化、カドミウムのクロム化(chromating)、亜
鉛および銅のメツキ、金属およびプリント回路の
エツチング、ならびに金属およびプラスチツクの
メツキに使用するクロム酸および他の酸の多価カ
チオン塩の変換に特に適用することができる。 One embodiment of the method of the invention includes the use of chromic and other acids for use in aluminum anodizing, cadmium chromating, zinc and copper plating, metal and printed circuit etching, and metal and plastic plating. It is particularly applicable to the conversion of polyvalent cation salts.
本発明方法の他の態様は、カチオン透過性膜で
分離された室少なくとも3個をもつ電気透析セル
からなる電気透析法に関する。この態様は、カル
シウムおよび他の多価カチオンの塩を含有する塩
化ナトリウムブラインを電解し、高セル容量を維
持しつつ塩素および高純度苛性ソーダを製造する
のに特に有用である。 Another aspect of the method of the invention relates to an electrodialysis process comprising an electrodialysis cell having at least three chambers separated by a cation-permeable membrane. This embodiment is particularly useful for electrolyzing sodium chloride brines containing salts of calcium and other polyvalent cations to produce chlorine and high purity caustic soda while maintaining high cell capacity.
本発明の多価カチオン塩変換の他の態様は、多
価カチオンの塩でよごれたカチオン透過性膜を回
復するための、セル内電気透析法に関する。カチ
オン透過性膜のこのセル内回復法は、陰極液系が
酸には不適当であるクロルアルカリセル中のよご
れたカチオン透過性膜の回復に特に有用である。 Another aspect of the polyvalent cation salt conversion of the present invention relates to an in-cell electrodialysis method for retrieving cation-permeable membranes contaminated with salts of polyvalent cations. This in-cell remediation method of cation-permeable membranes is particularly useful for remediation of contaminated cation-permeable membranes in chlor-alkali cells where the catholyte system is unsuitable for acids.
電気透析は周知の技術である(米国特許第
4325792号、第3481851号、第3909381号、第
4006067号、第3983016号、第3788959号、第
3926759号、第4049519号、第4057483号、第
4111772号、第4025405号、第4358545号、第
3793163号、第4253929号、第4325798号および第
4439293号各明細書を参照されたい)。電気透析と
は、電気的推進力の結果として、イオン透過性膜
を通過するイオンの移動である。この方法は、通
常、電気化学的セルの中で実施され、前記セル
は、陰極と陰極液とを含む陰極液室、および陽極
と陽極液とを含む陽極液室をもち、前記の陰極液
室と陽極液室とはイオン透過性膜によつて分離さ
れている。
Electrodialysis is a well-known technique (U.S. Patent No.
No. 4325792, No. 3481851, No. 3909381, No.
No. 4006067, No. 3983016, No. 3788959, No.
No. 3926759, No. 4049519, No. 4057483, No.
No. 4111772, No. 4025405, No. 4358545, No.
No. 3793163, No. 4253929, No. 4325798 and No.
No. 4439293 (please refer to each specification). Electrodialysis is the movement of ions across an ion-permeable membrane as a result of an electrical driving force. The method is typically carried out in an electrochemical cell, the cell having a catholyte compartment containing a cathode and a catholyte, and an anolyte compartment containing an anode and anolyte; and the anolyte chamber are separated by an ion-permeable membrane.
酸は、化学業界、エレクトロニクス業界、鉱業
界、電気メツキ業界および金属仕上業界において
広範に使用されており、それらの酸は金属および
他の塩と反応して、各々の酸の多価カチオンおよ
びアニオンの塩を形成する。従来技術の工程は、
多価カチオンを含有する酸性溶液を再生・精製
し、そして多価金属カチオンを回収する満足でき
る方法を提供していない。かなりの良好な結果
は、本発明者による米国特許第4325792号および
第4439293号各明細書に記載のあるとおり、無機
炭酸塩または炭酸水素塩の水溶液を使用すること
によつて得られる。多価カチオンの塩の水溶液の
電気透析において、酸性陰極液を使用する場合に
は、カチオンが酸性液からカチオン透過性膜を通
つて酸性液中に移動する。多価カチオンは膜中お
よび陰極上に金属として電気堆積する傾向があ
り、その結果、セルのメンテナンスが頻繁に必要
となる。本発明の目的は、多価カチオンの塩を、
その塩のアニオンの酸およびハロゲンに、ならび
にその多価カチオンの水酸化物および他の実質的
に水不溶性の塩に連続的に変換するものに使用す
ることのできる、高容量の電気透析法を提供する
ことにある。 Acids are used extensively in the chemical, electronics, mining, electroplating and metal finishing industries where they react with metals and other salts to form polyvalent cations and anions of each acid. form salts. The process of the conventional technology is
It does not provide a satisfactory method for regenerating and purifying acidic solutions containing polyvalent cations and recovering polyvalent metal cations. Considerably better results are obtained by using aqueous solutions of inorganic carbonates or bicarbonates, as described in my US Pat. Nos. 4,325,792 and 4,439,293. When an acidic catholyte is used in electrodialysis of an aqueous solution of a salt of a polyvalent cation, cations migrate from the acidic solution through a cation-permeable membrane into the acidic solution. Multivalent cations tend to electrodeposit as metals in the membrane and on the cathode, resulting in frequent cell maintenance. The object of the present invention is to prepare salts of polyvalent cations,
A high capacity electrodialysis process that can be used to continuously convert the anions of the salts to acids and halogens and the polyvalent cations to hydroxides and other substantially water-insoluble salts. It is about providing.
本発明は、多価カチオンを不溶性化もしくはイ
オン的に不動性化するイオンまたは剤を含有する
水溶液中で、酸(この酸は、1規定液中でPH3以
下をもち、しかも多価カチオンの水溶性塩を形成
するものとする)の可溶性塩を使用することによ
つて、多価カチオンの塩を、アニオンの酸および
ハロゲンと多価カチオンの水不溶性塩とに連続的
に変換することに使用することのできる高容量電
気透析法を提供する。前記の変換は、多価カチオ
ンの前記可溶性塩からなり、好ましくは酸性の、
供給液または陽極液としての第1水性液から、カ
チオン透過性膜を通して、可溶性塩およびイオン
例えば水酸イオンおよび多価カチオンを不溶性化
するその他の剤からなる第2の水性液中へ、多価
カチオンを電気移動することからなる。前記第1
溶液中の多価カチオン塩のアニオンは、各々の酸
またはハロゲンに変わる。電気的に移動した多価
金属カチオンを受け入れる陰極液中で、酸の可溶
性塩を使用することにより、多価カチオンの水不
溶性塩で膜がよごれることが防止される。多価金
属カチオンの不溶性化は、電解セルの陰極上へ
の、および膜上または膜中への、金属の電気堆積
を本質的に除去する。その結果、多価カチオンの
塩の連続的変換に使用することのできる高容量電
気透析法がもたらされる。生成される酸は、金属
エツチング、金属メツキ、陽極酸化およびその他
の用途に繰返し使用することができる。多価カチ
オンの実質的に水に不溶性の塩は、第2の水性液
から固体として回収することができ、再使用また
は廃棄することができる。
The present invention provides a method for dissolving polyvalent cations in an aqueous solution containing ions or agents that render polyvalent cations insoluble or ionically immobile. used for the continuous conversion of salts of polyvalent cations into water-insoluble salts of polyvalent cations with anionic acids and halogens by using soluble salts of polyvalent cations (which form soluble salts). To provide a high-capacity electrodialysis method that can Said transformation consists of said soluble salt of a polyvalent cation, preferably acidic,
From a first aqueous liquid, as a feed liquid or anolyte, through a cation-permeable membrane into a second aqueous liquid consisting of soluble salts and ions such as hydroxyl ions and other agents that render the multivalent cations insoluble. It consists of electrotransfer of cations. Said first
The anion of the polyvalent cation salt in solution converts to the respective acid or halogen. The use of soluble salts of acids in the catholyte that accepts electrically transferred polyvalent metal cations prevents fouling of the membrane with water-insoluble salts of polyvalent cations. Insolubilization of polyvalent metal cations essentially eliminates electrodeposition of metal onto the cathode and onto or into the membrane of the electrolytic cell. The result is a high capacity electrodialysis process that can be used for continuous conversion of salts of polyvalent cations. The acid produced can be used repeatedly for metal etching, metal plating, anodizing, and other applications. The substantially water-insoluble salt of the polyvalent cation can be recovered as a solid from the second aqueous liquid and can be reused or disposed of.
多価カチオンの塩の電気透析変換の他の側面
は、カチオン透過性膜によつて陽極液室および陰
極液室から分離されている、電解セルの反応器室
において、酸(この酸は、1規定液中でPH3以下
をもち、しかも、多価カチオンの水溶性塩を形成
するものとする)の可溶性塩例えば塩化ナトリウ
ムと多価カチオンのイオン的不動性化剤とを使用
することによる、カルシウム、マグネシウム、鉄
および他の多価金属カチオンを含有する塩化ナト
リウムブラインの電気透析によつて、塩素および
実質的に塩を含まない苛性物を製造することであ
る。多価カチオンおよびナトリウムカチオンは、
陽極ブラインから、カチオン透過性膜を通過し
て、反応器室溶液中に電気的に移動する。その場
において、反応器室中の多価カチオンは、負電荷
をもつかまたは電荷をもたない水不溶性の塩、お
よびキレートまたは複合体化合物として、イオン
的に不動性化される。ナトリウムイオンは、前記
の反応器室溶液中から、カチオン透過性膜を通過
して、水酸化ナトリウムの水性陰極液中に電気的
に移動する。陽極液中において塩素が生成する。
1価カチオンと多価カチオンとの塩の混合物は、
前記の電気透析法において、1価カチオンと多価
カチオンとの分離および多価カチオンの選択的分
離を伴つて、電気分解することができる。前記の
方法では、多価カチオンの水不溶性塩によるカチ
オン透過性膜のよごれ(これは、セル電圧を上昇
し、電解効率を低下させる)を伴わずに、効果的
に操作するために、超純粋なブラインを必要とは
しない。前記の方法では、イオン交換による多価
カチオンの除去を行なうために、再循環ブライン
の脱塩素または亜硫酸処理を必要とはしない。本
発明方法は、カルシウム、マグネシウム、鉄、銅
および他の多価カチオンを含むブラインならびに
他の金属塩の電解の効果的な方法である。 Another aspect of the electrodialytic conversion of salts of polyvalent cations is that an acid (the acid is soluble salts of polyvalent cations (having a pH below 3 in a normal solution and forming water-soluble salts of polyvalent cations), such as by using sodium chloride and an ionic immobilizer of polyvalent cations. , producing a chlorine and substantially salt free caustic by electrodialysis of a sodium chloride brine containing magnesium, iron and other polyvalent metal cations. Polyvalent cations and sodium cations are
From the anode brine, it is transferred electrically through a cation-permeable membrane and into the reactor chamber solution. In situ, the polyvalent cations in the reactor chamber are ionically immobilized as negatively or uncharged water-insoluble salts and chelates or complex compounds. Sodium ions are electrically transferred from the reactor chamber solution through a cation-permeable membrane into the aqueous sodium hydroxide catholyte. Chlorine is produced in the anolyte.
A mixture of salts of monovalent and polyvalent cations is
In the electrodialysis method described above, electrolysis can be performed with separation of monovalent cations and polyvalent cations and selective separation of polyvalent cations. The method described above requires ultrapure membranes to operate effectively without fouling of the cation-permeable membrane by water-insoluble salts of polyvalent cations, which increases cell voltage and reduces electrolysis efficiency. No additional brine is required. The process described above does not require dechlorination or sulfite treatment of the recycled brine to effect the removal of polyvalent cations by ion exchange. The method of the present invention is an effective method for the electrolysis of brines and other metal salts containing calcium, magnesium, iron, copper and other polyvalent cations.
多価カチオンの水不溶性塩でよごれたカチオン
透過性膜の回復は、よごれた膜の陰極側におい
て、酸(この酸は、1規定液中でPH3以下をも
ち、しかも、多価カチオンの水溶性塩を少なくと
も形成するものとする)の可溶性塩例えば塩化ナ
トリウムの水溶液を使用し、そして、前記のよご
れた膜の陽極側において、酸性液を使用し、そし
て、よごれた膜から、前記の酸の可溶性塩からな
る水性液中へ、多価カチオンを電気的に移動する
ことによつて、セル内で電気透析的に実施するこ
とができる。前記の方法は、膜の清浄化に強酸を
使用することが適当ではない陰極液系をもつクロ
ル−アルカリセル中の、よごれたカチオン透過性
膜の回復に特に有用である。 Recovery of a cation-permeable membrane contaminated with water-insoluble salts of polyvalent cations is achieved by using an acid (this acid has a pH of 3 or less in a 1N solution, and a water-soluble salt of polyvalent cations) on the cathode side of the contaminated membrane. using an aqueous solution of, for example, sodium chloride, and using an acidic solution on the anode side of said soiled membrane, and removing said acid from said soiled membrane. It can be carried out electrodialytically in a cell by electrically transferring multivalent cations into an aqueous liquid consisting of soluble salts. The method described above is particularly useful for the recovery of contaminated cation permeable membranes in chlor-alkali cells with catholyte systems in which it is not appropriate to use strong acids to clean the membranes.
カチオン透過性膜を通過して電気的に移動させ
るカチオンとしては、溶液中に可溶性(イオン的
に可動性)であり、溶液と膜との界面において膜
に入り込み、ポリマー膜構造を通過してイオン的
に可動性であり、しかも、膜から水性液中へ出る
ことが必要である。上記の要件はすべて、1価カ
チオンの塩の電気透析には容易に満たされる。1
価カチオンは、カチオン透過性膜をよごさない水
溶性塩および水溶性水酸化物を生成する。これに
対して、多価カチオンは、水酸イオンおよび他の
多くのアニオンと実質的に水不溶性の塩を生成
し、多価カチオンと実質的に水不溶性の塩を生成
するアニオンからなる水性液中へ膜を通過してイ
オン的に移動しない傾向がある。膜の中および上
に沈澱物が高い割合で生成した場合には、イオン
移動が実質的に妨害され、膜の断絶が起こること
になりかねない。一般に、多価カチオンは、PH範
囲約3およびそれ以上において、水酸化物沈澱を
生成する。 The cations that are electrically transferred across the cation-permeable membrane are soluble (ionically mobile) in the solution, enter the membrane at the solution-membrane interface, and pass through the polymer membrane structure to form ions. It needs to be physically mobile and able to exit the membrane into the aqueous liquid. All of the above requirements are easily met for electrodialysis of salts of monovalent cations. 1
Valent cations produce water-soluble salts and hydroxides that do not foul cation-permeable membranes. In contrast, polyvalent cations form substantially water-insoluble salts with hydroxide ions and many other anions, and aqueous solutions consisting of polyvalent cations and anions that form substantially water-insoluble salts They tend not to migrate ionically through the membrane into the membrane. If a high rate of precipitate forms in and on the membrane, ion transport may be substantially impeded and membrane discontinuation may occur. Generally, polyvalent cations form hydroxide precipitates in the PH range of about 3 and above.
本発明者は、多価カチオンを不溶性化するイオ
ンまたは剤からなる陰極液中において、酸(この
酸は、1規定液中でPH3以下であり、しかも、多
価カチオンと水溶性塩を形成するものとする)の
可溶性塩を使用することによつて、高セル容量を
達成し維持することができ、しかも、多価カチオ
ンの塩を、アニオンの酸またはハロゲン、ならび
に多価カチオンの水酸化物または他の実質的に水
不溶性の塩に電気透析変換させることができるこ
とを見出した。3またはそれ以上に分室された電
気透析セルの反応器室中において、酸の可溶性塩
を使用することにより、1価および多価カチオン
の塩の混合物を、多価カチオンのイオン的不動性
化を伴つて、そして同時に、前記塩のアニオンを
酸またはハロゲンに、および1価カチオンを実質
的に純粋な水酸化物に変換しながら、電解する方
法が提供される。酸の可溶性塩は、カチオン透過
性膜を通して水酸イオン含有水性液中へ高濃度の
多価カチオンを電気的に移動させる一方で、膜の
よごれおよびセル容量の欠損を防ぐのに驚ろくほ
ど有効である。酸の可溶性塩は、セル容量欠損の
防止に関し、炭酸ナトリウムまたは炭酸水素ナト
リウムの水溶液において、低濃度例えば約
200ppm以下で有効である。酸の可溶性塩の有効
性は、酸の強さと多価カチオンの塩および可溶性
塩の酸の溶解度とに伴つて増加する。低濃度にお
ける可溶性塩の有効性は、酸の可溶性塩からなる
水性液と膜との界面において、塩のアニオンが濃
縮されることを示している。これは、可溶性塩の
アニオンの薄フイルムをもたらし、これは多価カ
チオンに対するイオン的可動性接続として作用
し、膜から水性液に排出され、そこで不溶性化さ
れる。酸の可溶性塩は、水性液または陰極液中に
おいて、多価カチオンの不溶性化を有意には行な
わない。上記の説明は、酸の可溶性塩が多価カチ
オンの電気的移動を行なう理由の考えられうる1
つの説明として記載したものであり、上記の説明
は本発明の限定を意図したものではない。 The present inventor discovered that an acid (this acid has a pH of 3 or less in a 1N solution and forms a water-soluble salt with a polyvalent cation) in a catholyte consisting of an ion or an agent that makes polyvalent cations insoluble. High cell capacity can be achieved and maintained by using soluble salts of polyvalent cations, including salts of polyvalent cations, as well as anionic acids or halogens, as well as hydroxides of polyvalent cations. or other substantially water-insoluble salts. In the reactor chamber of an electrodialysis cell divided into three or more compartments, a mixture of salts of monovalent and polyvalent cations is prepared by using a soluble salt of an acid with ionic immobilization of the polyvalent cations. Concomitantly, and simultaneously, a method is provided for electrolyzing the salt while converting the anion to an acid or halogen and the monovalent cation to a substantially pure hydroxide. Soluble salts of acids are surprisingly effective in electrically transporting high concentrations of polyvalent cations through cation-permeable membranes into hydroxide-containing aqueous fluids while preventing membrane fouling and loss of cell capacity. It is. Soluble salts of acids are useful for preventing cell capacity loss in aqueous solutions of sodium carbonate or sodium bicarbonate at low concentrations, e.g.
Effective at 200ppm or less. The effectiveness of soluble salts of acids increases with the strength of the acid and the acid solubility of the polyvalent cation salt and soluble salt. The availability of soluble salts at low concentrations indicates that the anion of the salt becomes concentrated at the interface between the membrane and the aqueous liquid consisting of the soluble salt of the acid. This results in a thin film of soluble salt anions, which act as ionically mobile connections for the multivalent cations, and are expelled from the membrane into the aqueous fluid, where they become insolubilized. Soluble salts of acids do not significantly render polyvalent cations insoluble in aqueous or catholyte solutions. The above explanation is one possible reason why soluble salts of acids undergo electrotransfer of polyvalent cations.
The above description is not intended to be a limitation of the invention.
酸(この酸は、1規定液中でPH3以下をもち、
しかも、多価カチオンの水溶性塩を形成するもの
とする)の任意の可溶性塩を、本発明の電気透析
法に使用することができる。多価金属カチオンで
形成される塩は、わずかに水溶性であることだけ
が必要である。すなわち、膜上での不溶性多価金
属塩の生成を最少にすることで充分であり、少な
くとも2000ppmの溶解度が好ましい。好ましい酸
の可溶性塩は、イオウ、ハロゲン、窒素、リンお
よび炭素の酸(この酸は、0.1規定液中でPH3未
満、より好ましくは2またはそれ以下をもち、多
価カチオン好ましくは電気透析セルの供給液また
は陽極液中に存在する多価カチオンと水溶性塩を
形成するものとする)のアルカリ塩である。多価
カチオンの塩の混合物を処理する場合には、異な
るカチオンおよびアニオンの酸の可溶性塩の混合
物を使用して、セル容量の保持を行なうことがで
きる。多価カチオンの塩の混合物の処理には、酸
(この酸は、陽極液中において、すべての多価カ
チオンと水溶性塩を形成するものとする)の可溶
性塩を使用することが好ましい。前記の変形およ
び同様の変形は当業者には明らかであるものと考
える。 Acid (this acid has a pH of 3 or less in a 1N solution,
Moreover, any soluble salts of polyvalent cations (which form water-soluble salts of polyvalent cations) can be used in the electrodialysis method of the present invention. Salts formed with polyvalent metal cations need only be slightly water soluble. That is, it is sufficient to minimize the formation of insoluble polyvalent metal salts on the membrane, and a solubility of at least 2000 ppm is preferred. Preferred soluble salts of acids include sulfur, halogen, nitrogen, phosphorous and carbon acids, which have a pH of less than 3, more preferably 2 or less in 0.1 normal solution, and which have a PH of less than 3, more preferably 2 or less, in a polyvalent cation, preferably an electrodialysis cell. (shall form water-soluble salts with polyvalent cations present in the feed solution or anolyte). When treating mixtures of polyvalent cation salts, a mixture of soluble salts of different cationic and anionic acids can be used to provide cell capacity retention. For the treatment of mixtures of salts of polyvalent cations, it is preferred to use soluble salts of acids, which should form water-soluble salts with all polyvalent cations in the anolyte. It is believed that the above and similar variations will be apparent to those skilled in the art.
水性液または陰極液中の酸の可溶性塩の濃度
は、飽和溶液から約200ppmの広い範囲に亘つて
変化することができる。高濃度の酸の可溶性塩を
使用して、低セル電圧下において高セル容量(高
電流密度)で操作することが好ましい。酸の可溶
性塩のアニオンが水性液または陰極液から逆移動
して陽極液の品質に悪影響を与える場合には、低
濃度の酸の可溶性塩を使用し、そして炭酸または
炭酸水素ナトリウムで導電度を調節することが好
ましい。当業者には明らかなことであると考える
が、酸の可溶性塩の濃度は、水性液または陰極液
において多価カチオンを不溶性化するイオンまた
は剤が膜をよごす傾向を最少限にするのに充分で
あることが必要である。 The concentration of the soluble salt of the acid in the aqueous or catholyte solution can vary over a wide range from a saturated solution to about 200 ppm. It is preferred to use high concentrations of soluble salts of acids and operate at high cell capacities (high current densities) at low cell voltages. If the anion of the soluble salt of the acid migrates back from the aqueous or catholyte solution and adversely affects the quality of the anolyte, use a lower concentration of the soluble salt of the acid and increase the conductivity with carbonate or sodium bicarbonate. It is preferable to adjust. As will be apparent to those skilled in the art, the concentration of the soluble salt of the acid is sufficient to minimize the tendency of ions or agents that render polyvalent cations insoluble in the aqueous or catholyte solution to foul the membrane. It is necessary that
本発明の電気透析セルは室を2以上もつことが
できる。2室セルは、カチオン透過性膜で分離さ
れた陽極液室と陰極液室とをもつ。陽極液室は、
多価カチオンの可溶性塩または1価および多価カ
チオンならびにアニオンの塩の混合物からなる水
性陽極液と陽極とをもつ。陰極液室は、酸(この
酸は、1規定液中でPH3以下をもち、しかも多価
カチオンの水溶性塩を形成するものとする)の可
溶性塩および多価カチオン不溶性化剤からなる水
性性陰極液と陰極とをもつ。3室セルは、カチオ
ン透過性膜で分離された陰極液室と反応器室と陰
極液室とをもつ。陽極液室は、多価カチオンの塩
からなる水性液と陽極とを含み、そして反応器室
は、酸の可溶性塩および多価カチオンのイオン的
不動性化剤からなる水性液を含む。陰極液室は、
酸(この酸は、1規定液中でPH3以下をもつもの
とする)の可溶性塩および多価カチオン不溶性化
剤からなる水性液または酸性水性液または可溶性
水酸化物、炭酸塩もしくは炭酸水素酸塩からなる
水溶液と陰極とをもつ。3室セルは、カチオン透
過性膜によつて分離された、陽極液室と供給液室
と陰極液室とをもつこともできる。陽極液は、可
溶性塩を含むかまたは含まない酸性水性液である
ことができ、供給液は、多価カチオンの可溶性塩
からなる水性液であり、そして陰極液は、酸の可
溶性塩および多価カチオンの不溶性化剤の水性液
である。3室よりも多い室をもつ本発明のセル
は、陽極液と次の室との間の膜がカチオン選択性
である限り、カチオン−アニオン−中性イオン透
過性膜と多孔性隔離板との組合せによるか、ある
いはすべてカチオン透過性膜によつて分離するこ
とができる。酸(この酸は、1規定液中でPH3以
下をもつものとする)の可溶性塩を使用して、多
価カチオン不溶性化剤からなる水性液中へカチオ
ン透過性膜を通して多価カチオンを電気的に移動
させることを促進している点、および前記の条件
が存在する前記室中において酸の可溶性塩を使用
する点は、当業者に明らかであるものと考える。
多価カチオンの塩からなる供給液または陽極液室
と陰極液室との間の室は陰極と電気的に連絡して
いることが必要であること、および室がカチオン
透過性の隔離板によつて分離されていることが必
要であることも当業者には明らかであろう。更
に、前記の膜を、反応剤および変換生成物による
化学的攻撃に対して抵抗性のあるものから選択す
ることも明らかであろう。従つて、供給液が塩化
ナトリウムブラインを含み、そして電解によつて
陽極液中に塩素が生成する場合には、それと接触
する膜は、塩素による有害な攻撃に対して抵抗性
のあるものである。 The electrodialysis cell of the present invention can have two or more chambers. A two-chamber cell has an anolyte compartment and a catholyte compartment separated by a cation-permeable membrane. The anolyte chamber is
It has an aqueous anolyte and an anode consisting of a soluble salt of a polyvalent cation or a mixture of salts of monovalent and polyvalent cations and anions. The catholyte chamber is an aqueous solution consisting of a soluble salt of an acid (the acid must have a pH of 3 or less in a 1N solution and form a water-soluble salt of a polyvalent cation) and a polyvalent cation insolubilizing agent. It has a catholyte and a cathode. A three-compartment cell has a catholyte compartment, a reactor compartment, and a catholyte compartment separated by a cation-permeable membrane. The anolyte chamber contains an aqueous liquid consisting of a salt of a polyvalent cation and an anode, and the reactor chamber contains an aqueous liquid consisting of a soluble salt of an acid and an ionic immobilizer of a polyvalent cation. The catholyte chamber is
Aqueous liquids or acidic aqueous liquids or soluble hydroxides, carbonates or bicarbonates consisting of soluble salts of acids (the acids shall have a pH of 3 or less in 1N liquid) and polyvalent cation insolubilizing agents. It has an aqueous solution consisting of and a cathode. A three-compartment cell can also have an anolyte compartment, a feed compartment, and a catholyte compartment separated by a cation-permeable membrane. The anolyte can be an acidic aqueous solution with or without soluble salts, the feed solution is an aqueous solution consisting of soluble salts of polyvalent cations, and the catholyte is an aqueous solution consisting of soluble salts of acids and polyvalent cations. It is an aqueous solution of a cationic insolubilizing agent. Cells of the invention with more than three chambers can be constructed using a cation-anion-neutral ion permeable membrane and a porous separator, as long as the membrane between the anolyte and the next chamber is cation-selective. They can be combined or all separated by cation-permeable membranes. A soluble salt of an acid (the acid shall have a pH of 3 or less in a 1N solution) is used to electrolyze polyvalent cations through a cation-permeable membrane into an aqueous solution consisting of a polyvalent cation insolubilizing agent. The use of soluble salts of acids in the chamber where the conditions described above are present will be apparent to those skilled in the art.
The feed solution consisting of a salt of a polyvalent cation or the chamber between the anolyte and catholyte chambers must be in electrical communication with the cathode and the chamber must be provided with a cation-permeable separator. It will also be clear to those skilled in the art that it is necessary to separate the It will furthermore be obvious that said membranes are chosen to be resistant to chemical attack by reactants and conversion products. Therefore, if the feed solution contains a sodium chloride brine and chlorine is produced in the anolyte by electrolysis, the membrane in contact with it should be resistant to harmful attack by the chlorine. .
本発明の3以上の室をもつ電気透析セルの反応
器室は、酸(この酸は、1規定液中でPH3以下を
もち、しかも、多価カチオンと水溶性塩を形成す
るものとする)の可溶性塩と多価カチオンの選択
的なイオン性不動性化剤との水性液を含む。多価
カチオンは、負電荷をもつかまたは電荷をもたな
い水不溶性の塩、キレートおよび複合体化合物と
してイオン的に不動性化される。酸の可溶性塩お
よび多価カチオンのイオン的不動性化剤の濃度は
変化させることができる。一般に、多価カチオン
の不溶性化剤を低濃度で使用して、前記剤が膜を
よごす傾向を最少にすることが望ましい。酸の可
溶性塩を高濃度で使用して低セル電圧下で高セル
容量を得ることが望ましい。多価カチオンをイオ
ン的に不動性化するために使用することのできる
剤は多数存在し、例えば、可溶性水酸化物、炭酸
塩、炭酸水素塩、シユウ酸およびその可溶性塩、
フツ化水素酸およびその水溶性塩、リン酸、硫化
水素、硫化アルカリ、チオ硫酸塩、重合体酸、な
らびにイオン交換樹脂である。負電荷(アニオ
ン)をもつか、または電荷をもたない、多価カチ
オンのキレートおよび複合体化合物を形成するの
に使用することのできる化合物は多数存在する
(P.C.L.ThorneおよびE.R.Robertsによる
Inorganic Chemistry、Fritz Ephraim、15版、
英国ロンドンのGurney and Jackson.289〜322
頁を参照されたい)。多価カチオンをイオン的に
不動性化するキレートおよび複合体化合物は、例
えばアミノ酢酸、エチレンジアミノ四酢酸、α−
ヒドロキシ酸、ジメチルグリオキシム、ニトロソ
フエニルヒドロキシルアミン、アセチルアセト
ン、8−ヒドロキシキノリンおよびアルカリシア
ニドのような剤によつて形成することができる。
多価カチオンのイオン的不動性化は、セル中にお
いて、またはセルの外側の装置中において実施す
ることができる。多価カチオンを選択的に不溶性
化、キレート化および複合体化して、電気的移
動、抽出、濾過、電気堆積、イオン交換、および
他の化学機械的方法によつて分離を行なうことが
できる。例えば、1種またはそれ以上の多価カチ
オンを反応器室内で選択的に不動性化し、そして
他の多価カチオンを電気的に移動させて第3のま
たは陰極液室へ入れてそこで不溶性化して、異な
る多価カチオンの分離を行なうことができる。反
応器室は多価カチオンをイオン的に不動性化して
多価カチオンと1価カチオンとの分離を可能にす
るために使用すること、および、1よりも多いセ
ル内反応器室または外部反応器を使用することが
できることは当業者には明らかであろう。 The reactor chamber of the electrodialysis cell of the present invention having three or more chambers is an acid (the acid has a pH of 3 or less in a 1N solution and forms a water-soluble salt with a polyvalent cation). and a selective ionic immobilizing agent for polyvalent cations. Multivalent cations are ionically immobilized as negatively charged or uncharged water-insoluble salts, chelates, and complex compounds. The concentration of soluble salts of acids and ionic immobilizers of polyvalent cations can be varied. It is generally desirable to use low concentrations of polyvalent cation insolubilizing agents to minimize the tendency of the agents to foul the membrane. It is desirable to use soluble salts of acids at high concentrations to obtain high cell capacity at low cell voltages. There are a number of agents that can be used to ionically immobilize polyvalent cations, such as soluble hydroxides, carbonates, bicarbonates, oxalic acid and its soluble salts,
Hydrofluoric acid and its water-soluble salts, phosphoric acid, hydrogen sulfide, alkali sulfides, thiosulfates, polymer acids, and ion exchange resins. There are a number of compounds that can be used to form chelates and complex compounds of polyvalent cations, with or without a negative charge (anion) (see PCLThorne and ER Roberts).
Inorganic Chemistry, Fritz Ephraim, 15th edition,
Gurney and Jackson, London, UK.289-322
(see page). Chelates and complex compounds that ionically immobilize polyvalent cations include, for example, aminoacetic acid, ethylenediaminotetraacetic acid, α-
It can be formed with agents such as hydroxy acids, dimethylglyoxime, nitrosophenylhydroxylamine, acetylacetone, 8-hydroxyquinoline, and alkali cyanides.
Ionic immobilization of polyvalent cations can be carried out in the cell or in a device outside the cell. Multivalent cations can be selectively insolubilized, chelated, and complexed to effect separation by electrotransfer, extraction, filtration, electrodeposition, ion exchange, and other chemical-mechanical methods. For example, one or more polyvalent cations may be selectively immobilized within the reactor chamber, and other polyvalent cations may be electrically transferred into a third or catholyte compartment where they become insoluble. , separation of different polyvalent cations can be performed. The reactor chamber is used to ionically immobilize polyvalent cations to enable separation of polyvalent and monovalent cations, and more than one in-cell reactor chamber or external reactor It will be obvious to those skilled in the art that it is possible to use
本発明の2室電気透析セルの陽極液は、多価カ
チオンの可溶性塩または1価および多価カチオン
の塩の混合物からなる水性液である。前記の液は
酸性、すなわち、PH7以下をもち、好ましくはPH
3以下をもつ。多価カチオンの塩の濃度は、数
ppmから飽和溶液まで変化することができる。陽
極液は、複合体イオンへの付加物を含み、塩を可
溶性化し、そして不純物、湿潤剤、洗浄剤ならび
に金属およびプラスチツクの仕上に使う他の添加
剤を沈澱させることができる。陽極液が電気透析
セルへの供給液ではない場合には、陽極液は、可
溶性塩を含むかまたは含まない酸性液であること
ができる。セルへの供給液は、陽極液に関して前
記した多価カチオンの可溶性塩からなる水性液で
ある。 The anolyte of the two-compartment electrodialysis cell of the present invention is an aqueous liquid consisting of soluble salts of polyvalent cations or a mixture of salts of monovalent and polyvalent cations. Said liquid is acidic, i.e. has a pH of 7 or less, preferably a pH of 7 or less.
Have 3 or less. The concentration of polyvalent cation salts is
Can vary from ppm to saturated solution. The anolyte can contain adducts to complex ions, solubilize salts, and precipitate impurities, wetting agents, detergents, and other additives used in metal and plastic finishes. If the anolyte is not the feed to the electrodialysis cell, the anolyte can be an acidic liquid with or without soluble salts. The feed liquid to the cell is an aqueous liquid consisting of soluble salts of polyvalent cations as described above with respect to the anolyte.
多室系の電気透析セルへの供給液は、供給液室
を通して、通常、循環されており、陽極溶出液中
に発生する酸は回収される。同様に、陰極液は、
陰極液室を通つて循環することができ、沈澱した
またはイオン的に不動性化された多価カチオン化
合物は、溶出液から例えば沈降、濾過、イオン交
換または多の通常の手段によつて回収される。同
様に、3室またはそれ以上の室のセルの反応器室
中の液体は循環することができ、溶出液を処理し
て多価カチオン材料を回収する。当業者には明ら
かであると考えるが、流速を選択して、反応生成
物の回収に関してばらつきがない電解に充分な時
間を可能にするようにする。 The feed to a multichamber electrodialysis cell is typically circulated through feed chambers and the acid generated in the anode eluate is recovered. Similarly, the catholyte is
The precipitated or ionically immobilized polycationic compounds may be circulated through the catholyte compartment and recovered from the eluate by, for example, precipitation, filtration, ion exchange, or any other conventional means. Ru. Similarly, the liquid in the reactor chamber of a three or more chamber cell can be circulated and the eluate treated to recover polyvalent cation material. As will be apparent to those skilled in the art, the flow rate is chosen to allow sufficient time for electrolysis without variation with respect to recovery of reaction products.
本発明の電気透析セルの室の分離には、任意の
カチオン透過性膜を使用することができる。前記
のカチオン透過性膜は、ポリマーマトリクス中に
分散した負電荷を固定し、正電荷イオンに対して
透過性である。前記の膜としては、酸および酸誘
導体を含む炭化水素およびハロ炭素ポリマーの膜
が好ましい。特に適当な酸ポリマーは、ペンダン
トスルホン酸基、スルホンアミド基およびカルボ
ン酸基を含むペルハロ炭素ポリマーである。前記
の膜は、異なるポリマーの多層構造であることが
でき、そして充填材、強化材、および化学的変性
剤を含んでいることができる。好ましい膜は、工
程条件に対して実質的に化学的に安定であり、電
気透析法の経済的な操作およびデザインに関し、
機械的に適したものである。強酸化性媒質に対す
る好ましい膜は、ペルフルオロ炭素膜、例えば
Nafion(Dopont製)であり、これはスルホン酸
基、カルボン酸基またはスルホンアミド基を含む
ものである。反応器室をもつ本発明の電気透析セ
ル中の塩化ナトリウムブラインの電解用の好まし
い膜は、反応器室からの陽極液ブライン分離用
の、多価カチオンの高電気移動性および高導電性
のペルフルオロ炭素膜、ならびに、陰極液室から
の反応器室分離用の、高パーム(perm)選択性
(高電解効率)の炭化水素またはペルフルオロ炭
素膜である。 Any cation permeable membrane can be used to separate the chambers of the electrodialysis cell of the present invention. The cation permeable membrane fixes the negative charges dispersed in the polymer matrix and is permeable to positively charged ions. Preferred membranes are membranes of hydrocarbon and halocarbon polymers containing acids and acid derivatives. Particularly suitable acid polymers are perhalocarbon polymers containing pendant sulfonic acid groups, sulfonamide groups and carboxylic acid groups. The membrane can be a multilayer structure of different polymers and can contain fillers, reinforcements, and chemical modifiers. Preferred membranes are substantially chemically stable to the process conditions and are conducive to economical operation and design of the electrodialysis process;
Mechanically suitable. Preferred membranes for strongly oxidizing media are perfluorocarbon membranes, e.g.
Nafion (manufactured by Dopont), which contains sulfonic acid, carboxylic acid, or sulfonamide groups. Preferred membranes for the electrolysis of sodium chloride brine in electrodialysis cells of the invention having a reactor chamber are perfluorinated membranes with high electromobility of polyvalent cations and high conductivity for separation of the anolyte brine from the reactor chamber. Carbon membranes as well as high perm selectivity (high electrolytic efficiency) hydrocarbon or perfluorocarbon membranes for separation of the reactor compartment from the catholyte compartment.
本発明は、水性液中の多価カチオン、ならびに
1価および多価カチオン塩の混合物の電気透析処
理のためのものであり、酸(この酸は、1規定液
中でPH3以下をもつものとする)の可溶性塩を、
電気透析セルの陰極と電気的に連絡している陽極
液または水性液中で使用するものである。多価カ
チオンの塩、ならびに多価および1価カチオンの
塩の混合物の水性液は、化学業界、エレクトロニ
クス業界、鉱業界、金属仕上業界等の全般に見ら
れるものである。或る溶液においては、望ましい
成分が多価カチオンであり、他の供給液において
は、多価カチオンは不純物であつて、精製された
酸が望ましい成分である。クロル−アルキル法に
おいては、多価カチオンは、連続的高処理容量が
望ましい場合において、膜をよごす不純物であ
る。他の観点によれば、多価カチオンの塩の混合
物から多価カチオンを分離し単離することは望ま
しいことである。更に他の観点は、1価および多
価カチオンの塩の混合物から、1価および多価カ
チオンを分離して純粋な1価カチオン水酸化物を
製造することである。多価カチオンの塩でよごれ
た膜を回復することも望ましいことである。本発
明の前記の観点および他の観点は当業者には明ら
かであるものと考える。 The present invention is for the electrodialysis treatment of polyvalent cations and mixtures of monovalent and polyvalent cation salts in aqueous liquids, including acids (the acids having a pH of 3 or less in 1N liquid). soluble salt of)
It is intended for use in an anolyte or aqueous solution that is in electrical communication with the cathode of an electrodialysis cell. Aqueous solutions of salts of polyvalent cations and mixtures of salts of polyvalent and monovalent cations are commonly found in the chemical industry, electronics industry, mining industry, metal finishing industry, etc. In some solutions, the desired component is the polyvalent cation; in other feed solutions, the polyvalent cation is an impurity and the purified acid is the desired component. In the chloro-alkyl process, polyvalent cations are impurities that foul the membrane in cases where continuous high throughput is desired. According to another aspect, it is desirable to separate and isolate polyvalent cations from mixtures of their salts. Yet another aspect is to separate monovalent and polyvalent cations from a mixture of monovalent and polyvalent cation salts to produce pure monovalent cation hydroxides. It is also desirable to restore fouled membranes with polyvalent cation salts. These and other aspects of the invention will be apparent to those skilled in the art.
本発明方法の態様の1つは、多価カチオン含有
ブラインを電解(より一般的に言えば、1価およ
び多価カチオン塩の混合物の電気透析変換)によ
つて、塩素および実質的に純粋な水酸化ナトリウ
ムを製造することである。この態様は、3室電解
セルの反応器室において、酸の可溶性塩(塩化ナ
トリウム)と多価カチオンのイオン的不動性化剤
とを使用することからなる。可溶性塩は膜のよご
れを最少にし、そして多価カチオンのイオン性不
動性化は、反応器室から陰極液室へのナトリウム
のイオンの選択的な電気的移動を可能にする。本
発明のこの観点に関する態様を説明するために、
陽極を含む陽極液室と、反応器室と、陰極を含む
陰極液室とをもつ電気透析セルを組立てた。室は
カチオン透過性膜で分離した。前記セルは電解領
域約58cm2(9in2)をもち、陽極液を陽極液室へ、
反応器液を反応器室へ、そして陰極液(例えば
水)を陰極液室へ連続的に加えるための手段を備
えているものであつた。陽極は、Electrode
Corporationから得られるクロル−アルカリセル
用のルテニウムベース陽極であり、陰極はステン
レススチールメツシユであつた。カチオン透過性
膜は、陽極液室と反応器室とを分離するNafion
膜417、および陰極液室と反応器室とを分離する
Nafion324膜であつた。前記の膜はDupont社か
ら得たものであつた。陽極−陰極合計ギヤツプは
約0.76cm(0.3in)、セル温度は80〜85℃、電流密
度は約0.31アンペア/cm2(2アンペア/in2)で
あつた。セル電圧は、陽極−陰極合計電圧であつ
た。塩素は陽極に生成する。苛性効率は、直流電
気単位当りの生成する苛性ソーダによつて測定し
た。直流電源はHewlett Packard製であり、一
定電流および可変電圧で実験する手段を備えてい
た。対照用の純粋ブラインとして使用するブライ
ンは、カルシウムイオン0.5ppm未満を含みそし
てPH3以下の23重量%塩化ナトリウム(飽和溶
液)であつた。カルシウム、マグネシウム、銅、
鉄および他の多価カチオンの試薬等級塩化物塩
を、前記の純粋ブラインに加えて、所望の組成の
陽極液を得た。反応器液を濾過し、反応器室を通
して循環し、そして、陰極液室からの水酸イオン
の逆移動が溶液のPHを上昇することを除いて、実
験を通じて最初の組成を大むね維持した。所望に
より、可溶性塩の酸を添加することによつて、PH
を調節し維持した。各実施例は、陰極液組成を本
質的に一定に保ち(水の添加によつて調節する)、
陽極液および反応器室液の組成を以下のように変
化させる一連の実験からなる。各実験は約4日間
に亘つて実施した。実験の際の、セル電圧の増加
は、膜のある程度のよごれおよびセル容量の欠損
を示すものである。 One embodiment of the method of the present invention is to electrolytically transform a brine containing polyvalent cations (more generally, electrodialytic conversion of a mixture of monovalent and polyvalent cation salts) into chlorine and substantially pure chlorine. The purpose is to produce sodium hydroxide. This embodiment consists of using a soluble salt of an acid (sodium chloride) and an ionic immobilizer of polyvalent cations in the reactor chamber of a three-compartment electrolytic cell. The soluble salts minimize fouling of the membrane, and the ionic immobilization of the polyvalent cations allows selective electrotransfer of sodium ions from the reactor chamber to the catholyte chamber. To illustrate aspects related to this aspect of the invention:
An electrodialysis cell was constructed having an anolyte chamber containing the anode, a reactor chamber, and a catholyte chamber containing the cathode. The chambers were separated by a cation-permeable membrane. The cell has an electrolytic area of about 58 cm 2 (9 in 2 ) and transports the anolyte into the anolyte chamber;
Means was provided for continuously adding reactor liquid to the reactor chamber and catholyte (eg water) to the catholyte chamber. Anode is Electrode
The cathode was a stainless steel mesh. The cation-permeable membrane separates the anolyte and reactor chambers from Nafion.
membrane 417 and separating the catholyte and reactor chambers;
It was Nafion324 membrane. The membrane was obtained from Dupont. The total anode-to-cathode gap was approximately 0.76 cm (0.3 in), the cell temperature was 80-85°C, and the current density was approximately 0.31 amps/cm 2 (2 amps/in 2 ). Cell voltage was the anode-cathode total voltage. Chlorine is formed at the anode. Caustic efficiency was measured by the amount of caustic soda produced per unit of DC electricity. The DC power supply was from Hewlett Packard and had the means to experiment with constant current and variable voltage. The brine used as a control pure brine was 23% by weight sodium chloride (saturated solution) containing less than 0.5 ppm calcium ions and having a pH below 3. calcium, magnesium, copper,
Reagent grade chloride salts of iron and other polyvalent cations were added to the pure brine described above to obtain the anolyte of the desired composition. The reactor liquid was filtered and circulated through the reactor chamber, and the initial composition was largely maintained throughout the experiment, except that back migration of hydroxide ions from the catholyte chamber increased the PH of the solution. Optionally, adjust the pH by adding soluble salts of acids.
was adjusted and maintained. Each example maintains catholyte composition essentially constant (adjusted by addition of water);
It consists of a series of experiments in which the compositions of the anolyte and reactor chamber fluids are varied as follows. Each experiment was conducted over approximately 4 days. During the experiment, an increase in cell voltage is indicative of some fouling of the membrane and loss of cell capacity.
例 1
3室系において、純粋ブラインを陽極液室およ
び反応器室に加え、陰極液室中の水酸化ナトリウ
ムの濃度を20重量%に調節した。初期セル電圧は
4.2ボルトであつた。4日間の操作後に、セル電
圧は4.4ボルトに上昇した。反応器液はPH10.5で
あり、少量の白色沈澱物(分析の結果、水酸化カ
ルシウムであつた)を含有していた。電流効果
は、91%であつた。次に、陰極液を、10重量%塩
化ナトリウムおよび2重量%水酸化ナトリウムに
変えた。反応器液を22重量%塩化ナトリウムおよ
び2重量%シユウ酸に変えた。初期セル電圧は
4.5であり、2時間の操作後に、電圧は4.2ボルト
に低下した。陰極液を20重量%水酸化ナトリウム
に変え、操作を続けた。初期セル電圧は4.1ボル
トであつた。4日後、セル電圧は4.0ボルトであ
り、電流効率は92%であつた。反応器液中に白色
沈澱が生成し、これは分析の結果、シユウ酸カル
シウムと水酸化カルシウムとの混合物であつた。
4日間の電解後の反応器液のPHは10であつた。次
に、ブライン中に塩化カルシウムを加え、カルシ
ウムイオン5000ppmのブライン供給液を得た。セ
ル操作を3日間続けた。この際、反応器液のPHを
約5に維持した。セル電圧を4.0〜4.1ボルトに一
定に維持した。電流効率は91%であつた。
Example 1 In a three-chamber system, pure brine was added to the anolyte compartment and the reactor compartment, and the concentration of sodium hydroxide in the catholyte compartment was adjusted to 20% by weight. The initial cell voltage is
It was 4.2 volts. After 4 days of operation, the cell voltage increased to 4.4 volts. The reactor liquid had a pH of 10.5 and contained a small amount of white precipitate (which upon analysis was calcium hydroxide). The current effect was 91%. The catholyte was then changed to 10% by weight sodium chloride and 2% by weight sodium hydroxide. The reactor liquor was changed to 22% by weight sodium chloride and 2% by weight oxalic acid. The initial cell voltage is
4.5 and after 2 hours of operation the voltage dropped to 4.2 volts. The catholyte was changed to 20% by weight sodium hydroxide and the operation continued. The initial cell voltage was 4.1 volts. After 4 days, the cell voltage was 4.0 volts and the current efficiency was 92%. A white precipitate formed in the reactor liquid, which upon analysis was a mixture of calcium oxalate and calcium hydroxide.
The pH of the reactor liquid after 4 days of electrolysis was 10. Next, calcium chloride was added to the brine to obtain a brine feed solution containing 5000 ppm of calcium ions. Cell operation continued for 3 days. At this time, the pH of the reactor liquid was maintained at about 5. Cell voltage was kept constant at 4.0-4.1 volts. The current efficiency was 91%.
例 2
例1の組立電解セルを使用した。陽極液は、1
%塩化カルシウムを含む純粋ブラインであり、陰
極液は20重量%水酸化ナトリウムであり、そして
反応器液は、22重量%塩化ナトリウムを含有して
いた。初期セル電圧は4.3であつた。反応器液を
イオン交換樹脂カートリツジに通して固形分を除
去し、続いてAmberlite IRC 718イオン交換樹
脂カラムに通してカルシウムを除去した。反応器
液のPHは実験を通じて9.5〜10であつた。セル電
圧を4.2ボルトの一定に維持し、4日間の電流効
率は92%であつた。フイルターカートリツジは白
色沈澱を含んでいたが、これは分析の結果、酸化
カルシウム水和物であつた。塩酸による再生によ
つて、Amberlite IRC 718樹脂からカルシウム
を除去した。操作を続け、反応器液は22重量%塩
化ナトリウム、1重量%フツ化ナトリウム、1重
量%シユウ酸および1重量%メタケイ酸ナトリウ
ムに変えた。反応器液のPHを、塩酸で4に調節
し、3日間維持した。セル電圧を4.2で一定に維
持し、電流効率は91%であつた。操作を続け、反
応器液は、22重量%塩化ナトリウム、2重量%メ
タリン酸ナトリウムおよび1重量%次亜リン酸に
変えた。PHを11に調節し、3日間約11に維持し
た。カートリツジフイルターにはゼラチン状沈澱
物が含まれており、これはリン酸カルシウムおよ
び水酸化カルシウムを含んでいた。初期セル電圧
は4.2であり、3日後のセル電圧は4.3ボルトであ
つた。操作を続け、反応器液は22重量%塩化ナト
リウムに変化し、反応器液のPHを3に調節し、約
3に維持した。初期セル電圧は4.3であつた。1
時間の操作後にセル電圧は4.8に上昇し、2時間
後に9.5になつた。陰極液を希釈して2重量%水
酸化ナトリウムとし、硫酸ナトリウムを加えて約
2重量%水酸化ナトリウムおよび4重量%硫酸ナ
トリウムを含有する溶液を得た。硫酸ナトリウム
の添加後すぐに、セル電圧が低下を開始し、30分
後に、セル電圧は4.5ボルトになつた。陰極液は
白色沈澱物を含んでいた。操作を続け、反応器室
液を22重量%塩化ナトリウム溶液に変え、この溶
液をフイルターおよびAmberlite IRC 718樹脂
に通して循環した。この溶液のPHを10に調節し、
その値を維持した。陰極液を20重量%水酸化ナト
リウムに変えた。初期セル電圧は4.2であり、3
日後に4.1に低下した。電流効率は92%であつた。
実験を終了した。上記の実験は、反応器室と陰極
室とを分離する、よごれたNafion324膜の回復を
示すものである。Example 2 The assembled electrolytic cell of Example 1 was used. The anolyte is 1
% calcium chloride, the catholyte was 20% sodium hydroxide by weight, and the reactor liquid contained 22% sodium chloride by weight. The initial cell voltage was 4.3. The reactor liquor was passed through an ion exchange resin cartridge to remove solids, followed by an Amberlite IRC 718 ion exchange resin column to remove calcium. The pH of the reactor liquid was between 9.5 and 10 throughout the experiment. The cell voltage was kept constant at 4.2 volts and the current efficiency for 4 days was 92%. The filter cartridge contained a white precipitate, which upon analysis was determined to be calcium oxide hydrate. Calcium was removed from Amberlite IRC 718 resin by regeneration with hydrochloric acid. As the operation continued, the reactor liquor was changed to 22% by weight sodium chloride, 1% by weight sodium fluoride, 1% by weight oxalic acid, and 1% by weight sodium metasilicate. The pH of the reactor liquid was adjusted to 4 with hydrochloric acid and maintained for 3 days. The cell voltage was kept constant at 4.2 and the current efficiency was 91%. As operation continued, the reactor liquor was changed to 22% by weight sodium chloride, 2% by weight sodium metaphosphate, and 1% by weight hypophosphorous acid. The PH was adjusted to 11 and maintained at approximately 11 for 3 days. The cartridge filter contained a gelatinous precipitate, which contained calcium phosphate and calcium hydroxide. The initial cell voltage was 4.2 and the cell voltage after 3 days was 4.3 volts. As the operation continued, the reactor liquor changed to 22% sodium chloride by weight and the reactor liquor PH was adjusted to 3 and maintained at about 3. The initial cell voltage was 4.3. 1
After the time operation the cell voltage increased to 4.8 and after 2 hours it was 9.5. The catholyte was diluted to 2% by weight sodium hydroxide and sodium sulfate was added to yield a solution containing approximately 2% by weight sodium hydroxide and 4% by weight sodium sulfate. Immediately after the addition of sodium sulfate, the cell voltage began to drop and after 30 minutes, the cell voltage was 4.5 volts. The catholyte contained a white precipitate. Continuing the operation, the reactor chamber liquid was changed to a 22% by weight sodium chloride solution and this solution was circulated through the filter and Amberlite IRC 718 resin. Adjust the pH of this solution to 10,
That value was maintained. The catholyte was changed to 20% by weight sodium hydroxide. The initial cell voltage is 4.2 and 3
It dropped to 4.1 after a day. The current efficiency was 92%.
The experiment has ended. The above experiment demonstrates the recovery of a soiled Nafion 324 membrane separating the reactor and cathode chambers.
例 3
例1の組立電解セルを使用した。陽極液は、1
重量%塩化カルシウムを含む純粋ブラインであ
り、陰極液は20重量%水酸化ナトリウムであり、
そして反応器液は、22重量%塩化ナトリウムであ
つた。初期セル電圧は4.2であつた。前記のブラ
インに塩化第二銅と塩化第一鉄とを加えて、1重
量%塩化第二銅と1重量%塩化第一鉄と24重量%
塩化ナトリウムとの、陽極室への、ブライン供給
液を得た。ブラインのPHは2.5であつた。反応器
室液は、これをPH10に調節し、そしてこれは3重
量%亜硫酸ナトリウムを含んでいた。初期セル電
圧は4.2であり、これを4日間一定に維持した。
反応器液は黒褐色沈澱物を含有しており、これを
フイルター上に集めて分析したところ、銅、鉄、
イオウおよび酸素を含んでおり、塩の混合物であ
ることを示した。陰極液は沈澱物を含まず、無色
であつた。電流効率は91%であつた。操作を続
け、反応器液は22重量%塩化ナトリウムおよび
0.5重量%ニトロソフエニルヒドロキシルアミン
に変化した。初期セル電圧は4.2であり、3日間
実質的に4.2に維持した。反応器室中に沈澱物が
生成し、これをカートリツジフイルター上に集め
た。陰極液は沈澱物を含まず、無色であつた。操
作を終了した。Example 3 The assembled electrolytic cell of Example 1 was used. The anolyte is 1
Pure brine containing % calcium chloride by weight, catholyte 20% sodium hydroxide by weight,
The reactor liquid was then 22% by weight sodium chloride. The initial cell voltage was 4.2. Add cupric chloride and ferrous chloride to the above brine to obtain 1% by weight cupric chloride, 1% by weight ferrous chloride and 24% by weight.
A brine feed to the anode chamber with sodium chloride was obtained. The pH of the brine was 2.5. The reactor chamber liquid was adjusted to a pH of 10 and contained 3% by weight sodium sulfite. The initial cell voltage was 4.2 and was kept constant for 4 days.
The reactor liquid contained a dark brown precipitate, which was collected on a filter and analyzed, and it was found that copper, iron,
It contained sulfur and oxygen, indicating that it was a mixture of salts. The catholyte was free of precipitates and colorless. The current efficiency was 91%. Continuing the operation, the reactor liquid was reduced to 22% by weight sodium chloride and
Converted to 0.5% by weight nitrosophenylhydroxylamine. The initial cell voltage was 4.2 and remained substantially at 4.2 for 3 days. A precipitate formed in the reactor chamber and was collected on a cartridge filter. The catholyte was free of precipitates and colorless. The operation has ended.
例 4
例1の組立電気化学セルを使用した。陽極液
は、1重量%塩化カルシウムを含む25重量%純粋
ブラインであり、反応器室は、10重量%水酸化ナ
トリウムを含有しており、そして陰極室は20重量
%水酸化ナトリウムを含有していた。初期セル電
圧は4.3であつた。セル電圧は急速に上昇し始め、
20分後に11.5ボルトになつた。反応器液を22重量
%塩化ナトリウムおよび3重量%シユウ酸に変
え、PHを8.5に調節して維持した。初期セル電圧
は11.2であり、この電圧は急激に低下し始めた。
1時間後にはセル電圧は4.2に、そして2日後に
は4.1になつた。電流効率は92%であつた。本例
は、ブライン中のカルシウムのセル電圧および膜
よごれに対する効果を示している。これは、陽極
室と反応器室とを分離する膜の回復を示すもので
もある。Example 4 The assembled electrochemical cell of Example 1 was used. The anolyte was 25 wt% pure brine containing 1 wt% calcium chloride, the reactor chamber contained 10 wt% sodium hydroxide, and the catholyte chamber contained 20 wt% sodium hydroxide. Ta. The initial cell voltage was 4.3. The cell voltage begins to rise rapidly,
After 20 minutes it was 11.5 volts. The reactor liquor was changed to 22% by weight sodium chloride and 3% by weight oxalic acid and the pH was adjusted and maintained at 8.5. The initial cell voltage was 11.2 and this voltage began to drop rapidly.
After 1 hour the cell voltage was 4.2 and after 2 days it was 4.1. The current efficiency was 92%. This example shows the effect of calcium in brine on cell voltage and membrane fouling. This also indicates the recovery of the membrane separating the anode and reactor chambers.
前記の各実施例は、多価カチオンの含む塩化ナ
トリウムブラインの電解によつて塩素および塩化
ナトリウムを製造することの容易性および効率を
示すものである。多価カチオンのイオン性不移動
性化は、1価および多価カチオンの分離を許容
し、続いて、1価カチオンの高純度水酸化物の製
造を許容する。酸の可溶性塩は、分離膜のよごれ
およびよごれた膜の回復を防止する。 The foregoing examples demonstrate the ease and efficiency of producing chlorine and sodium chloride by electrolysis of a sodium chloride brine containing polyvalent cations. Ionic immobilization of polyvalent cations allows separation of monovalent and polyvalent cations and subsequent production of high purity hydroxides of monovalent cations. Soluble salts of acids prevent fouling of separation membranes and recovery of fouled membranes.
本発明の他の態様を説明するために、ルテニウ
ムベースの陽極に代えて英国IMIから得られる
Ebonex還元化酸化チタン陽極を採用すること以
外は例1と同じ組立セルを使用した。陽極室は、
硫酸からなる酸性水性液を含んでいた。反応器室
(ここでは、供給室)中の水性液の組成は以下の
ように変化した。陰極液中の水性液は酸の可溶塩
から成る。電解効率を測定することは行なわなか
つた。各電解は1日かけて実施した。陽極液組成
は、水を加えることによつて調節した。陰極液組
成は電解によつて変化した。多価カチオンが不溶
性化し、1価カチオンは可溶性水酸化物を生成し
た。セル電圧の低下は、陰極液または供給液組成
物の導電率の上昇を示している。水性液(供給
液)を、陽極室に通しながら、一定速度でセルに
供給した。セル電圧の上昇はカチオン透過性膜の
よごれを示している。 To illustrate another aspect of the invention, instead of a ruthenium-based anode, a
The same assembled cell as in Example 1 was used except that an Ebonex reduced titanium oxide anode was employed. The anode chamber is
It contained an acidic aqueous liquid consisting of sulfuric acid. The composition of the aqueous liquid in the reactor chamber (here the feed chamber) was varied as follows. The aqueous liquid in the catholyte consists of soluble salts of acids. No measurement of electrolytic efficiency was performed. Each electrolysis was performed over one day. Anolyte composition was adjusted by adding water. The catholyte composition changed with electrolysis. Multivalent cations became insoluble, and monovalent cations produced soluble hydroxides. A decrease in cell voltage is indicative of an increase in the conductivity of the catholyte or feed fluid composition. An aqueous liquid (feed liquid) was fed to the cell at a constant rate while passing through the anode chamber. An increase in cell voltage indicates fouling of the cation-permeable membrane.
例 5
上記のとおりに変えた例1の組立セルを使用し
た。陽極液は4.7重量%硫酸水溶液であり、陰極
液は5重量%硫酸ナトリウムおよび陰極で形成さ
れる水酸化イオンからなる水溶液であり、供給液
は3重量%クロム酸、2重量%硝酸、2重量%酢
酸ナトリウムおよび5重量%解離化カドミウム金
属からなる水溶液であつた。初期セル電圧は、約
0.03アンペア/cm2(0.2アンペア/in2)において
6.2であつた。セル電圧は、24時間に亘り、6.2〜
6.0に実質的に一定に維持した。陰極液は、白色
沈澱物を含有していたが、これは分析の結果、水
酸化カドミウムであつた。供給液を、5重量%ク
ロム酸と3重量%塩化第二銅と5重量%クロム酸
第二銅と2重量%ホウ酸とからなる水溶液に変え
た。初期セル電圧は、0.3アンペア/in2において
6.8であり、28時間の電解において6.8ボルトで一
定に維持した。陰極液は水酸化第二銅の沈澱を含
有していた。陽極においては、検出できる塩素は
発生しなかつた。実験を終了し、膜をセルから除
去し、堆積物を検査した。膜は、金属または塩の
堆積物を実質的に含んでいなかつた。陰極は清浄
であり、堆積物がなかつた。Example 5 The assembly cell of Example 1 was used, modified as described above. The anolyte is an aqueous solution of 4.7 wt.% sulfuric acid, the catholyte is an aqueous solution consisting of 5 wt.% sodium sulfate and hydroxide ions formed at the cathode, and the feed solution is 3 wt.% chromic acid, 2 wt.% nitric acid, 2 wt. % sodium acetate and 5% by weight dissociated cadmium metal. The initial cell voltage is approximately
At 0.03 amps/cm 2 (0.2 amps/in 2 )
It was 6.2. Cell voltage ranged from 6.2 to 6.2 over 24 hours.
remained virtually constant at 6.0. The catholyte contained a white precipitate, which upon analysis was cadmium hydroxide. The feed solution was changed to an aqueous solution consisting of 5% by weight chromic acid, 3% by weight cupric chloride, 5% by weight cupric chromate, and 2% by weight boric acid. Initial cell voltage is 0.3 amps/in 2
6.8 and was maintained constant at 6.8 volts during 28 hours of electrolysis. The catholyte contained a precipitate of cupric hydroxide. No detectable chlorine was generated at the anode. The experiment was terminated, the membrane was removed from the cell, and the deposits were inspected. The membrane was substantially free of metal or salt deposits. The cathode was clean and free of deposits.
前記の例5は、多価カチオンおよびアニオンの
塩、例えばクロム酸塩、塩化物、ホウ酸塩、酢酸
塩および硝酸塩を、連続的な高いセル容量におい
て、多価カチオンの実質的に水不溶性の水酸化物
およびアニオンの酸に各々変えることの容易性を
示すものである。酸の可溶性塩(硫酸ナトリウ
ム)は、多価カチオンの電気移動を促進し、膜の
よごれを防止する。陰極に発生する水酸イオンに
よる多価カチオンの不溶性化は、陰極液の長期に
亘る使用を可能にし、固体として使用する多価カ
チオン水酸化物の回収を可能にする。 Example 5 above shows that salts of polyvalent cations and anions, such as chromates, chlorides, borates, acetates and nitrates, are added to the substantially water-insoluble form of the polyvalent cations at continuous high cell volumes. This shows the ease of converting into hydroxide and anionic acids, respectively. Soluble salts of acids (sodium sulfate) promote electromigration of polyvalent cations and prevent membrane fouling. Insolubilization of polyvalent cations by hydroxide ions generated at the cathode enables long-term use of the catholyte and recovery of polyvalent cation hydroxide for use as a solid.
本発明方法の他の態様は、多価カチオンの塩に
よつてよごれた膜の回復である。本発明のこの観
点について実施を説明するために、例1のセルか
ら反応器室を取り除くことによつて、2室電気透
析セルを組立てた。陽極室と陰極室とを、カチオ
ン透過性膜、すなわち、Nafion過フツ化膜901お
よび203によつて分離した。前記の901膜はスルホ
ン酸基とカルボン酸基とからなり、前記の204膜
はスルホン酸基およびスルホンアミド基を含んで
いる。両膜とも、クロル−アルカリ電解に対し、
高苛性効率膜である。陽極液は、PH2をもち、5
重量%塩化カルシウムと20重量%塩化ナトリウム
とからなる水溶液であつた。2種の陰極液を使用
した。陰極液(1)は、電解およびよごれた膜の回復
用で、2重量%水酸化ナトリウムおよび20重量%
塩化ナトリウムからなり、陰極液(2)は、膜のよご
し用で、20重量%苛性物水溶液からなる。電解条
件は例1の条件を使用した。セルは、陰極液(1)に
より、初期電圧をとる前は2時間、そして最終電
圧をとる前は約24時間、操作した。陰極液(1)を陰
極液(2)で置き換え、電圧が約10ボルトに達するま
でセル電圧を観察した。次に、陰極液(2)を陰極液
(1)と置き換えた。セルを約24時間操作し、電圧を
記録した。数回のよごれおよび回復サイクルの結
果は非常によく似たものであつた。結果は以下の
とおりであつた。(a)膜901:初期電圧4.0、陰極液
(2)で30分間11.5、陰極液(1)で28時間3.9ボルト。
(b)膜204:初期電圧3.9、陰極液(2)で60分間12.8ボ
ルト、陰極液(1)で24時間3.9ボルト。上記の結果
は、酸の可溶性塩(例えば塩化ナトリウム)によ
る、よごれた膜の回復における有効性、ならび
に、カチオン透過性膜を通過する水酸イオン含有
水溶液への多価カチオンの電気移動における有効
性を示すものである。同様の実験を、陽極液、水
性供給液、1価および多価カチオン塩、陰極液、
陽極、陰極、膜、不溶性化剤、イオン的不動性作
用をもつキレートおよび複合体多価カチオンの他
の組合せについて行なつた。上記の実験の結果
は、多価カチオンの不溶性化剤を含み、陰極と電
気的に連絡する水性液中で酸の可溶性塩を使用す
ることにより、カチオン透過性膜のよごれを防止
し、カチオン透過性膜を通過する多価カチオンの
連続的高容量電気移動を提供することを示す。 Another aspect of the method of the invention is the recovery of membranes contaminated by polyvalent cation salts. To illustrate the practice of this aspect of the invention, a two-chamber electrodialysis cell was constructed by removing the reactor chamber from the cell of Example 1. The anode and cathode compartments were separated by cation permeable membranes, namely Nafion perfluorinated membranes 901 and 203. The 901 membrane described above consists of a sulfonic acid group and a carboxylic acid group, and the 204 membrane described above contains a sulfonic acid group and a sulfonamide group. For both membranes, against chlor-alkali electrolysis,
High caustic efficiency membrane. The anolyte has a pH of 2 and 5
It was an aqueous solution consisting of 20% by weight of calcium chloride and 20% by weight of sodium chloride. Two catholytes were used. The catholyte (1) is for electrolysis and dirty membrane recovery and contains 2% by weight sodium hydroxide and 20% by weight.
The catholyte (2) is for cleaning the membrane and consists of a 20% by weight aqueous caustic solution. The electrolytic conditions used were those of Example 1. The cell was operated with catholyte (1) for 2 hours before taking the initial voltage and for about 24 hours before taking the final voltage. The catholyte (1) was replaced with the catholyte (2) and the cell voltage was observed until the voltage reached approximately 10 volts. Next, add the catholyte (2) to the catholyte.
Replaced with (1). The cell was operated for approximately 24 hours and the voltage was recorded. The results of several soil and recovery cycles were very similar. The results were as follows. (a) Membrane 901: initial voltage 4.0, catholyte
(2) at 11.5 volts for 30 minutes and catholyte (1) at 3.9 volts for 28 hours.
(b) Membrane 204: initial voltage 3.9, 12.8 volts for 60 minutes with catholyte (2), 3.9 volts for 24 hours with catholyte (1). The above results demonstrate the effectiveness of soluble salts of acids (e.g., sodium chloride) in the recovery of fouled membranes, as well as in the electrotransfer of polyvalent cations through cation-permeable membranes into aqueous solutions containing hydroxide ions. This shows that. Similar experiments were performed on the anolyte, aqueous feed, monovalent and polyvalent cation salts, catholyte,
Other combinations of anodes, cathodes, membranes, insolubilizing agents, chelates with ionic immobilizing effects, and complex polyvalent cations were investigated. The results of the above experiments demonstrate that the use of a soluble salt of an acid in an aqueous liquid containing a polyvalent cation insolubilizer and in electrical communication with the cathode prevents fouling of the cation-permeable membrane and allows cation permeation. The present invention is shown to provide continuous high-capacity electrotransfer of multivalent cations across membranes.
Claims (1)
1価カチオンの塩の溶液とから選ばれた、第1の
水性の供給液または陽極液中の多価金属カチオン
の塩を、その塩アニオンの酸に、またはその塩ア
ニオンがハライドの場合にはハロゲンに、電気透
析変換する方法であつて、 前記水性液からのカチオンを、カチオン透過性
膜を通して、 (a) 酸(この酸は、1規定液中でPH3以下であ
り、しかも、前記多価カチオンの水溶性塩を形
成するものとする)の可溶性塩と (b) 前記多価カチオンと選択的に反応して、前記
多価金属カチオンの沈澱、複合体およびキレー
トから選ばれたイオン的不動性物質を生成する
ことのできる不動性化剤と を含む第2の水性液中へ電気移動することを含ん
でなる、前記の電気透析変換法。 2 前記の第2水性液中の酸の可溶性塩がイオ
ウ、ハロゲン、窒素、リンおよび炭素の酸(この
酸は、0.1N液中で、PH2以下であるものとする)
のアルカリ金属塩から選ばれたものである特許請
求の範囲第1項記載の方法。 3 前記の第2の水性液が、前記多価金属カチオ
ンと反応して沈澱を生成する、可溶性の水酸イオ
ン、炭酸イオン、炭酸水素イオンまたはそれらの
混合物からなる特許請求の範囲第1項記載の方
法。 4 前記の可溶性塩が、0.1N液中でPH2以下で
ある酸の塩である特許請求の範囲第1項記載の方
法。 5 前記の不動性化剤が、アルカリシアニドイオ
ン、ジメチルグロキシムイオン、エチレンジアミ
ノ四酢酸イオン、ニトロソフエニルヒドロキシア
ミンイオン、水酸イオン、炭酸イオン、炭酸水素
イオン、シユウ酸イオン、ケイ酸イオン、フルオ
ライドイオン、リン酸イオン、スルフイドイオ
ン、チオ硫酸イオン、イオン交換樹脂材料および
それらの混合物から選ばれた特許請求の範囲第1
項記載の方法。 6 前記の第2の水性液が、多価カチオンの1部
分のイオン的不動性化剤を含んでおり、他の多価
カチオンは不動性化されずに前記の第2の水性液
から、カチオン透過性膜を通つて、(a)酸(この酸
は、1規定液中でPH3以下であり、しかも、前記
多価カチオンと水溶性塩を形成するものとする)
の可溶性塩と(b)前記多価カチオンと選択的に反応
して、前記多価金属カチオンの沈澱、複合体およ
びキレートから選ばれたイオン的不動性化合物を
生成することのできる不動性化剤との水性液であ
つて、電気透析セルの陰極と電気的に連絡してい
る水性液を含む第3の室へ電気移動される特許請
求の範囲第1項記載の方法。 7 前記の第1の水性液が、多価金属カチオンの
塩の他に1価金属カチオンの塩を含んでおり、第
2の室中の前記1価金属カチオンがカチオン透過
性膜を通過して、7より大きいPHをもつ水性液と
電気透析セル用陰極とを含む第3の室へ移動され
る特許請求の範囲第1項記載の方法。 8 陽極液としての第1の水性液中の多価カチオ
ンおよび1価カチオンの塩の混合物に電気透析変
換を適用する方法であつて、前記の1価および多
価カチオンを、前記の第1の水性液から、カチオ
ン透過性膜を通して、(a)酸(この酸は1規定液中
でPH3以下であり、しかも、前記多価カチオンと
可溶性塩を形成するものとする)の可溶性塩と(b)
前記多価カチオンと選択的に反応し、カチオン透
過性膜を通して前記多価金属カチオンのイオン的
不動性化を行なうことのできる不動性化剤とを含
む第2の水性液中へ電気移動し、そして前記1価
金属カチオンを、前記の第2の水性液から、他の
カチオン透過性膜を通して、陰極と電気的に連絡
し水酸イオンを含む第3の水性液中へ電気移動
し、これによつて、水性液中の1価および多価カ
チオンの電気透析分離を、高セル容量下で効果的
に実施可能とした、特許請求の範囲第1項記載の
方法。 9 前記の第2の水性液中の不動性化剤が、前記
多価金属カチオンと選択的に反応して、電荷をも
たないかもしくは負電荷をもつキレートまたは複
合体化合物を生成することのできる物質から選ば
れた特許請求の範囲第8項記載の方法。 10 前記の第2の水性液中の前記不動性化剤
が、前記多価カチオンと反応して沈澱または水不
溶性塩を生成することのできる物質から選ばれた
特許請求の範囲第8項記載の方法。 11 存在する多価金属カチオンとキレートまた
は複合体化合物を生成することのできる前記不動
性化剤が、アルカリシアード、ジメチルグロキシ
ム、エチレンジアミノ四酢酸またはニトロソフエ
ニルヒドロキシアミンである特許請求の範囲第9
項記載の方法。 12 前記多価カチオンをイオン的に不動性化
し、前記多価カチオンと沈澱または水不溶性化合
物を生成することのできる前記の不動性化剤が、
可溶性の水酸イオン、炭酸イオン、炭酸水素イオ
ン、シユウ酸イオン、フルオライドイオン、ケイ
酸イオン、リン酸イオン、スルフイドイオン、チ
オ硫酸イオン、重合体酸、イオン交換材料、およ
びそれらの混合物から選ばれた特許請求の範囲第
10項記載の方法。 13 前記の1価カチオンの塩がアルカリ金属ハ
ロゲン化物であり、1価および多価金属カチオン
を反応器室中の第2の水性液中へ電気移動する特
許請求の範囲第8項記載の方法。 14 前記のアルカリ金属ハロゲン化物が塩化ナ
トリウムである特許請求の範囲第13項記載の方
法。 15 陰極液が水酸化ナトリウム水溶液である特
許請求の範囲第13項記載の方法。 16 前記多価金属カチオンを不溶性化し、濾過
またはイオン交換によつて反応器室中の水性液か
ら除去する特許請求の範囲第13項記載の方法。 17 (a)よごれた膜の陰極側と接触する、酸(こ
の酸は、1規定液中でPH3以下であり、しかも、
多価カチオンの水溶性塩を形成するものとする)
の可溶性塩の水性液と、(b)前記のよごれた膜の陽
極側と接触する酸性水性液とをもつ電気透析セル
に電流を通し、これによつて多価カチオンを前記
のよごれた膜から、酸の可溶性塩からなる水性液
中へ電気移動することにより、膜をよごしている
多価金属カチオンを変換し膜から除去する特許請
求の範囲第1項記載の方法。 18 前記の酸の可溶性塩が、イオウ、ハロゲ
ン、窒素、リンおよび炭素の酸(この酸は、
0.1N液中でPH2以下であり、前記多価カチオン
と水溶性塩を形成するものとする)のアルカリ金
属塩から選ばれたものである特許請求の範囲第1
7項記載の方法。 19 前記の酸性水性液中の酸が、イオウ、ハロ
ゲン、窒素、リンおよび炭素の酸(この酸は、
0.1N液中でPH2以下であるものとする)または
その混合物から選ばれたものである特許請求の範
囲第17項記載の方法。 20 少なくとも陰極室と陽極室とを含み、多価
金属カチオンの可溶性塩を含んでなる酸性水性液
を含み、陽極室であることはできるが陰極室であ
ることはできない室と、水酸イオン、炭酸イオ
ン、炭酸水素イオンまたはそれらの混合物を含
み、陰極室であることはできるが陽極室であるこ
とはできない他の室と、前記室を分離するカチオ
ン透過性膜とを含む電気透析セルに、電流を通す
ことからなる特許請求の範囲第1項記載の方法。Claims: 1. A salt of a polyvalent metal cation in a first aqueous feed solution or anolyte, selected from a solution of a salt of a polyvalent metal cation and a solution of said salt and a salt of a monovalent cation. to its salt anion acid, or to a halogen if the salt anion is a halide, the method comprising: passing a cation from said aqueous liquid through a cation-permeable membrane; (b) selectively reacts with the polyvalent cation; and electrotransferring the multivalent metal cation into a second aqueous liquid comprising an immobilizing agent capable of producing an ionically immobile material selected from precipitates, complexes, and chelates of the multivalent metal cation. Electrodialysis conversion method as described above. 2 The soluble salt of the acid in the second aqueous liquid is a sulfur, halogen, nitrogen, phosphorus, and carbon acid (this acid shall have a pH of 2 or less in the 0.1N liquid)
The method according to claim 1, wherein the alkali metal salt is selected from the group consisting of alkali metal salts of 3. The second aqueous liquid comprises soluble hydroxide ions, carbonate ions, bicarbonate ions, or a mixture thereof, which reacts with the polyvalent metal cation to form a precipitate. the method of. 4. The method according to claim 1, wherein the soluble salt is a salt of an acid having a pH of 2 or less in a 0.1N solution. 5 The immobilizing agent is an alkali cyanide ion, dimethyl gloxime ion, ethylene diamino tetraacetic acid ion, nitrosophenylhydroxyamine ion, hydroxide ion, carbonate ion, bicarbonate ion, oxalate ion, silicate ion , fluoride ions, phosphate ions, sulfide ions, thiosulfate ions, ion exchange resin materials, and mixtures thereof.
The method described in section. 6. Said second aqueous liquid contains an ionic immobilizer for a portion of the polyvalent cations, and the cations are removed from said second aqueous liquid without immobilization of the other polyvalent cations. Through a permeable membrane, (a) an acid (the acid must have a pH of 3 or less in a 1N solution and form a water-soluble salt with the polyvalent cation);
(b) an immobilizing agent capable of selectively reacting with said polyvalent cation to produce an ionically immobile compound selected from precipitates, complexes and chelates of said polyvalent metal cation; 2. The method of claim 1, wherein the aqueous liquid is electrotransferred to a third chamber containing the aqueous liquid, the aqueous liquid being in electrical communication with the cathode of the electrodialysis cell. 7. The first aqueous liquid contains a salt of a monovalent metal cation in addition to a salt of a polyvalent metal cation, and the monovalent metal cation in the second chamber passes through a cation-permeable membrane. . The method of claim 1, wherein the third chamber contains an aqueous liquid having a pH greater than 7 and a cathode for an electrodialysis cell. 8. A method of applying electrodialytic conversion to a mixture of salts of polyvalent and monovalent cations in a first aqueous liquid as an anolyte, the method comprising: An aqueous solution is passed through a cation-permeable membrane to form a soluble salt of (a) an acid (the acid must have a pH of 3 or less in a 1N solution and form a soluble salt with the polyvalent cation) and (b) )
and an immobilizing agent capable of selectively reacting with the polyvalent cations and effecting ionic immobilization of the polyvalent metal cations through a cation-permeable membrane; and electrotransferring the monovalent metal cations from the second aqueous liquid through another cation-permeable membrane into a third aqueous liquid in electrical communication with the cathode and containing hydroxyl ions; The method according to claim 1, wherein the electrodialytic separation of monovalent and polyvalent cations in an aqueous liquid can be carried out effectively under high cell capacity. 9. The immobilizing agent in the second aqueous liquid selectively reacts with the polyvalent metal cation to form an uncharged or negatively charged chelate or complex compound. 9. The method according to claim 8, wherein the method is selected from materials that can be used. 10. The method of claim 8, wherein the immobilizing agent in the second aqueous liquid is selected from substances capable of reacting with the polyvalent cation to form a precipitate or a water-insoluble salt. Method. 11. The immobilizing agent capable of forming a chelate or complex compound with the polyvalent metal cation present is an alkali shead, dimethyl gloxime, ethylene diamino tetraacetic acid or nitrosophenyl hydroxyamine. 9
The method described in section. 12. The immobilizing agent capable of ionically immobilizing the polyvalent cation and forming a precipitate or a water-insoluble compound with the polyvalent cation,
selected from soluble hydroxide ions, carbonate ions, bicarbonate ions, oxalate ions, fluoride ions, silicate ions, phosphate ions, sulfide ions, thiosulfate ions, polymeric acids, ion exchange materials, and mixtures thereof. The method according to claim 10. 13. The method of claim 8, wherein the monovalent cation salt is an alkali metal halide and the monovalent and polyvalent metal cations are electrotransferred into the second aqueous liquid in the reactor chamber. 14. The method according to claim 13, wherein the alkali metal halide is sodium chloride. 15. The method according to claim 13, wherein the catholyte is an aqueous sodium hydroxide solution. 16. The method of claim 13, wherein the polyvalent metal cation is made insoluble and removed from the aqueous liquid in the reactor chamber by filtration or ion exchange. 17 (a) An acid in contact with the cathode side of the dirty membrane (this acid has a pH of 3 or less in a 1N solution, and
shall form water-soluble salts of polyvalent cations)
(b) an acidic aqueous solution in contact with the anode side of the contaminated membrane, thereby removing polyvalent cations from the contaminated membrane. 2. The method of claim 1, wherein polyvalent metal cations contaminating the membrane are converted and removed from the membrane by electrotransfer into an aqueous solution comprising a soluble salt of an acid. 18 Soluble salts of the above acids include sulfur, halogen, nitrogen, phosphorus and carbon acids (this acid is
Claim 1, which is selected from alkali metal salts having a pH of 2 or less in a 0.1N solution and forming a water-soluble salt with the polyvalent cation.
The method described in Section 7. 19 The acid in the acidic aqueous liquid is a sulfur, halogen, nitrogen, phosphorus and carbon acid (this acid is
18. The method according to claim 17, wherein the method is selected from PH of 2 or less in a 0.1N solution or a mixture thereof. 20 A chamber comprising at least a cathode chamber and an anode chamber, containing an acidic aqueous liquid comprising a soluble salt of a polyvalent metal cation, and capable of being an anode chamber but not a cathode chamber, hydroxide ions, an electrodialysis cell comprising a cation permeable membrane separating said chamber from another chamber containing carbonate ions, bicarbonate ions or mixtures thereof and which can be a cathode chamber but not an anolyte chamber; 2. A method according to claim 1, comprising passing an electric current.
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| US665052 | 1984-10-26 |
Publications (2)
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|---|---|
| JPS60172308A JPS60172308A (en) | 1985-09-05 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1985
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