預定孔隙率的隔膜以及制造其的方法和用于其的設備技術

本發明專利技術涉及沉積在隔膜電解槽的陰極本體上的多孔隔離器，所述隔離器特征在于通過真空抽吸含有纖維和可選的顆粒物質的懸浮液獲得的預定粗糙度分布。真空度優選地通過作用在懸浮液流上的中央處理單元而作為沉積物質的百分比的函數進行連續調節。待獲得的孔隙度分布基于懸浮液的組成和規劃的工業操作條件而選取。所述多孔隔離器可以通過多個聚合物纖維平面的疊置而形成，包括由所述纖維之間的多個主空隙的互連而產生的主孔，所述主孔的尺寸具有2μm至10μm的平均值而標準方差不高于所述平均值的50%。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及多孔隔離器，具體地涉及適于在隔膜式氯堿電解槽中使用的隔離器。
技術介紹
若干電解エ藝在通過隔離器分成兩個室(陽極室和陰極室)的槽中進行，所述隔離器由適于使陽極反應產物和陰極反應產物隔離的多孔隔膜構成，除了エ藝效率損失以外，這些產物的混合還能夠導致危險混合物的形成。隔離器必須對容納在槽中的流體具有化學抗性，并且具有合適的電導率以確保電流輸送所需的連續性。隔膜的孔在操作期間可能由容納在槽內部的エ藝電解質溶液填充容納在孔內部的溶液部分確保所需的隔膜電導率。與其他類型的隔離器(例如離子交換膜)所發生的相 反，多孔隔膜容許溶液的宏觀通過并且由此不會完全阻止陽極產物和陰極產物的混合?；旌系某潭热Q于隔膜的厚度和孔隙率以及エ藝條件，特別是在兩個室之間的壓力差和電流密度。用于設有呈多孔隔膜形式的隔離器的電解槽的最エ業相關領域被示出為用于生產氯和堿的堿水電解，下面將對其具體進行參照而沒有限制的意圖。過去，安裝在槽中的用于這種エ藝的隔膜典型地由包括石棉纖維(可選地通過添加聚合物粘合劑而穩定)的層構成。后來，對石棉使用的越來越多的限制導致了由含氟聚合物纖維構成的隔膜的發展，該隔膜通過將從水懸浮液中抽吸的纖維層沉積到陰極表面上獲得，該陰極表面例如由導電物質的網或穿孔板構成。由于所采用的聚合物具有遠超過石棉的比密度，因此懸浮液添加有顯著増大其粘度的增稠劑，從而抵消沉降過程，但是仍不能完全抑制沉降過程。為此，懸浮液在攪拌下進行存儲盡管這在一段時間中維持可接受的均勻性方面是關鍵的，但是其仍然能夠通過使纖維分裂成較短的塊而導致纖維的退化。為了使隔膜在操作條件下易于浸沒，聚合物纖維能夠涂覆親水顆粒，例如基于惰性的金屬(例如鋯)陶瓷氧化物；懸浮液也可能包含未鍵合至纖維的、但由相似的物質構成的親水顆粒。這種隔膜的沉積通過調節穿過陰極本體的懸浮液的流速并且使真空度作為獨立的變量而進行。所抽吸的懸浮液的量實際上直接對應于沉積的物質的量，使得流速的控制容許以簡單的方式進行物質的逐步累積以及由此隔膜重量的逐步累積，這與孔隙率的性質一起是表征其在槽中的功能的最重要參數之一。真空度的從屬變量的性質仍然與該エ藝的主要缺點相關只要懸浮液的組成保持恒定，真空度對于沉積物質的依賴關系實際上就能夠在不同的沉積之間復制。但是，懸浮液的組成由于包括纖維沉淀、纖維碎裂、親水顆粒從涂覆纖維中釋放、粘度在微生物群的作用下改變在內的現象的組合而趨于以不可預見的方式改變。這些現象的后果是真空度的不可預見性，真空度例如對于在攪拌下存儲較長時間的懸浮液趨于更急劇地増大真空度在沉積物質的壓縮的效果下逐漸自增強，并且能夠導致形成抑制懸浮液的流動的致密層。作為懸浮液流動的過早阻塞的第一后果，除了致密性不總是與エ業設備的操作條件兼容以外，所獲得的沉積物可以具有遠低于程序設定值且高度分散的重量。具體地，執行鹵水(尤其富含可沉淀雜質)電解的設備趨于將特別致密的隔膜堵塞到不可控制的程度。另ー方面，不足的致密度能夠使隔膜的隔離作用完全無效由此期望的是，具有能夠獲得可控且可復制的孔隙率分布且致密度總是滿足電解エ藝的操作條件的多孔隔離器。還期望的是，這種孔隙率分布能夠例如基于エ藝電解液的特征而預先確定。
技術實現思路
本專利技術的多個方面在所附權利要求中闡明。在一個實施例中，本專利技術包括沉積在隔膜電解槽的陰極本體上的多孔隔離器，所述隔離器由多個聚合物纖維平面的疊置而形成，所述隔離器包括由纖維之間的主空隙的互連而形成的主孔，所述主孔具有2 μ m至10 μ m的平均尺寸而標準方差不大于平均尺寸的50%。在一個實施例中，聚合物纖維機械粘合至陶瓷氧化物顆粒，例如擠入或嵌入纖維中的呈水合形式的氫氧化鋯。聚合物纖維能夠例如通過燒結エ藝以及隨后可選地使粘合至其上的氧化物顆粒再水化而成網狀。呈水合形式的氧化物在此指包括化學鍵合到至少ー個 羥基上的金屬原子(例如鋯)的氧化物。這能夠具有向隔離器賦予足夠的親水度的優點。在一個實施例中，多孔隔離器還包括由第二空隙的互連而產生的第二孔，所述第ニ空隙由滯留在所述主空隙的內部的顆粒物質的顆粒形成；所述顆粒物質和所述第二孔具有O. 5μπι至5μ 的平均尺寸而標準方差不大于平均尺寸的50%。控制到這種程度的孔隙率的有效性能夠具有向隔離器提供非?？蓮椭频耐高^性的優點，這能夠聯接至合適的エ藝電解質。具體地，所獲得的沒有顆粒物質的隔離器適于在供給有質量差(就易于沉淀的雜質(例如O. 3ppm-2ppm的鈣和/或鎂)而言)的鹵水的設備中的操作。相反，通過滯留在所述主孔內部的顆粒物質獲得的隔離器趨于更適于與較高質量的鹵水(例如易于沉淀的雜質的濃度低于O. 3ppm的鹵水)一起操作。在一個實施例中，滯留在所述主空隙內部的顆粒物質包括水合陶瓷氧化物的顆粒，例如特征在于存在永久的Zr-OH化學鍵的氧化鋯。在一個實施例中，用于將具有受控且預定的孔隙率分布的多孔隔膜沉積在隔膜電解槽的陰極本體上的方法包括將含有聚合物纖維和可選的顆粒物質的懸浮液真空抽吸穿過陰極本體，同時執行真空度的連續調節，所述真空度根據預定的分布作為沉積纖維的百分量的函數而施加直到沉積終結。專利技術人已經意外地發現，在以沉積纖維的百分量的函數來控制真空度(而非控制穿過陰極本體的流速)的同時沉積所述隔膜能夠獲得具有孔隙率在平均尺寸方面更可預見而在孔尺寸的標準方差方面更嚴格控制的隔離器。真空度的控制能夠根據不同的分布基于孔隙率和希望獲得的致密性而設置。在一個實施例中，在沉積期間施加的真空度根據特定的斜率(作為時間的函數)而逐漸増大直到達到300mmHg至650mmHg的最大值為止。300mmHg — 350mmHg的最終值典型地為更開放的隔膜,所述隔膜適宜于被使用在特別富含易于沉淀的雜質的エ藝電解質，而600mmHg — 650mmHg的最終值對應于非常封閉的隔膜，所述隔膜用于超純鹵水。在一個實施例中，在沉積周期的最后，將帶有所施加的隔膜的陰極本體從纖維懸浮液中取出并且在沉積終結時的真空度下保持30分鐘至3小時的額外時間。這具有進ー步優化隔膜致密性控制的優點，這是由于用于給定孔分布的更致密的隔膜對應于在沉積池外部的更長的真空處理。在一個實施例中，沉積和隨后的真空度的維持被延長直到獲得具有如所述的受控孔隙率和相等控制的厚度(例如在3mm至IOmm范圍內)的隔I吳為止。在一個實施例中，用于執行隔膜的沉積(其中將真空度作為沉積纖維的百分量的函數進行控制和調節)的設備包括容器，所述容器適于容納聚合物纖維和可選的顆粒物質的懸浮液，配備有高度傳感器；真空泵或等同裝置，所述真空泵用于使隔膜電解槽的陰極本體減壓，包括壓カ傳感器和調節閥；處理裝置，所述處理裝置用于插入所述陰極本體并且從所述容器中取出所述陰極本體，在所述陰極本體上，所述隔膜必須沉積到所述容器內；中央處理單元(CPU)，所述中央處理單元連接至所述高度傳感器和所述壓カ傳感器并且適于通過執行包括在軟件程序中的指令致動所述處理裝置和調節閥。所述高度傳感器具有間接計算沉積到作為過濾器的陰極本體上的懸浮物質的量，但是本領域的技術人員能夠設置相似的設備以控制沉積物質的量。在另ー實施例中，命令所述中央處理單元的軟件程序能夠每次從預設置的程序庫中選取，以作為待采用的エ藝電解質的條件或可得類本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2009.12.03 IT MI2009A0021391.一種沉積在隔膜電解槽的陰極本體上的多孔隔離器，所述隔離器通過多個聚合物纖維平面的疊置而形成，所述隔離器包括由所述纖維之間的多個主空隙的互連而產生的主孔，所述主孔的尺寸具有2 μ m至10 μ m的平均值而標準方差不高于所述平均值的50%。2.根據權利要求I所述的隔離器，包括由所述纖維與嵌入所述主空隙內的顆粒物質的顆粒之間形成的多個第二空隙的互連而產生的第二孔，所述顆粒物質的尺寸和所述第二孔的尺寸具有O. 5μπι至5μπι的平均值而標準方差不高于所述平均值的50%。3.根據權利要求I或2所述的隔離器，其中，所述聚合物纖維被機械粘合至水合陶瓷氧化物顆粒。4.根據權利要求2或3所述的隔離器，其中，所述顆粒物質包括水合陶瓷氧化物顆粒。5.根據前述權利要求中任一項所述的隔離器，其中，所述多個聚合物纖維平面的所述疊置具有3mm至IOmm的厚度。6.ー種在隔膜電解槽的陰極本體上沉積多孔隔離器的方法，所述方法包括真空抽吸含有聚合物纖維和可選的顆粒...

【專利技術屬性】
技術研發人員：G·梅內吉尼，C·莫加納，F·普拉多，
申請(專利權)人：德諾拉工業有限公司，
類型：發明
國別省市：