RU239091U1

RU239091U1 - Electrolysis cell

Info

Publication number: RU239091U1
Application number: RU2025124768U
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Кузьмин; Дмитрий Владимирович Кузьмин; Виктор Александрович Безбородов; Илья Аркадьевич Бабенко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ИРКУТСКАЯ НЕФТЯНАЯ КОМПАНИЯ"
Filing date: 2025-09-09
Publication date: 2025-11-21

Abstract

Полезная модель относиться к электрохимии, а именно к электролизным ячейкам для окисления брома на аноде в бромсодержащих растворах. Полезная модель может быть использована для извлечения молекулярного брома из бромсодержащих растворов. Заявленная электролизная ячейка обладает повышенной энергоэффективностью. 3 з.п. ф-лы, 1 ил. This utility model relates to electrochemistry, specifically to electrolysis cells for the oxidation of bromine at the anode in bromine-containing solutions. The utility model can be used to extract molecular bromine from bromine-containing solutions. The claimed electrolysis cell boasts increased energy efficiency. 3 indent. cl., 1 fig.

Description

Область техникиField of technology

Полезная модель относиться к электрохимии, а именно к электролизным ячейкам для окисления брома на аноде в бромсодержащих растворах.The utility model relates to electrochemistry, namely to electrolysis cells for the oxidation of bromine at the anode in bromine-containing solutions.

Уровень техникиState of the art

Электрохимическое окисление брома в бромсодержащих растворах широко применяется в промышленности с целью получения молекулярного брома.Electrochemical oxidation of bromine in bromine-containing solutions is widely used in industry to produce molecular bromine.

Из уровня техники известен способ извлечения брома из природных вод по патенту RU 2138581 C1 «Способ извлечения йода и брома из природных вод» (дата приоритета 10.07.1998), где предварительно очищенную от йода бромсодержащую воду направляют в анодную камеру электролизной ячейки, в которой осуществляют окисление брома до достижения окислительно-восстановительного потенциала анолита 950-990 мВ, а затем осуществляют воздушную отгонку брома из анолита.A method for extracting bromine from natural waters is known from the prior art according to patent RU 2138581 C1 “Method for extracting iodine and bromine from natural waters” (priority date 10.07.1998), where bromine-containing water, previously purified from iodine, is sent to the anode chamber of an electrolysis cell, in which bromine is oxidized until the oxidation-reduction potential of the anolyte reaches 950-990 mV, and then air distillation of bromine from the anolyte is carried out.

Из описания изобретения известно, что для осуществления способа может быть использована электролизная ячейка с катионообменной мембраной, анодной камерой, оборудованной оксидно-рутениево-титановым анодом, и катодной камерой, оборудованной катодом из нержавеющей стали.From the description of the invention it is known that for the implementation of the method an electrolysis cell with a cation exchange membrane, an anode chamber equipped with a ruthenium-titanium oxide anode, and a cathode chamber equipped with a stainless steel cathode can be used.

Недостатком данной конструкции электролизной ячейки является малая энергоэффективность из-за применения простого катода из нержавеющей стали.The disadvantage of this electrolysis cell design is low energy efficiency due to the use of a simple stainless steel cathode.

Из уровня техники известен способ извлечения брома из природных вод по патенту RU 2360039 C2 «Способ извлечения брома из природных хлоридных вод с получением бромидного концентрата» (дата приоритета 23.07.2007), в котором проводят окисление бромида в рассоле до молекулярного брома на аноде электролизной ячейки, отделение молекулярного брома, подачу молекулярного брома в каталит с восстановлением брома на катоде с получением бромидного солевого концентрата.A method for extracting bromine from natural waters is known from the prior art according to patent RU 2360039 C2 “Method for extracting bromine from natural chloride waters to obtain a bromide concentrate” (priority date 23.07.2007), in which bromide is oxidized in brine to molecular bromine at the anode of an electrolysis cell, molecular bromine is separated, molecular bromine is fed to a catalyst with the reduction of bromine at the cathode to obtain a bromide salt concentrate.

В процессе применяется электролизная ячейка, включающая анодную камеру с титановым анодом, катодную камеру с катодом в виде углеграфитового пористого материала (ватин), катионообменную мембрану.The process uses an electrolysis cell, which includes an anode chamber with a titanium anode, a cathode chamber with a cathode in the form of a carbon-graphite porous material (batting), and a cation-exchange membrane.

Недостатком данной конструкции электролизной ячейки является малая энергоэффективность из-за низкой электропроводности катода.The disadvantage of this design of electrolysis cell is low energy efficiency due to the low electrical conductivity of the cathode.

Из уровня техники известен способ извлечения брома из природных вод по патенту RU 2814361 C1 «Способ получения бромидов металлов электролитическим методом из поликомпонентного гидроминерального сырья» (дата приоритета 24.05.2023), в котором проводят окисление бромида в рассоле до молекулярного брома на аноде электролизной ячейки, отделение молекулярного брома, подачу молекулярного брома в каталит с восстановлением брома на катоде с получением бромидного солевого концентрата.A method for extracting bromine from natural waters is known from the prior art according to patent RU 2814361 C1 “Method for obtaining metal bromides by an electrolytic method from polycomponent hydromineral raw materials” (priority date 05/24/2023), in which bromide is oxidized in brine to molecular bromine at the anode of an electrolysis cell, molecular bromine is separated, molecular bromine is fed to a catalyst with the reduction of bromine at the cathode to obtain a bromide salt concentrate.

В процессе применяется электролизная ячейка, включающая анодную камеру с титановым анодом, катодную камеру с пористым углеродным катодом, катионообменную мембрану, направляющую сетку из ПВХ, обеспечивающую перпендикулярное движение вещества через катионообменную мембрану к катоду.The process uses an electrolysis cell, which includes an anode chamber with a titanium anode, a cathode chamber with a porous carbon cathode, a cation-exchange membrane, and a PVC guide mesh that ensures perpendicular movement of the substance through the cation-exchange membrane to the cathode.

Недостатком конструкции электролизной ячейки является малая энергоэффективность из-за низкой электропроводности катода.The disadvantage of the electrolysis cell design is low energy efficiency due to the low electrical conductivity of the cathode.

Конструкция электролизной ячейки по патенту RU 2814361 C1 является наиболее близкой к заявляемому техническому решению.The design of the electrolysis cell according to patent RU 2814361 C1 is the closest to the claimed technical solution.

Сущность полезной моделиThe essence of the utility model

Целью настоящей полезной модели является энергоэффективное электрохимическое окисление брома на аноде электролизной ячейки в бромсодержащем растворе.The purpose of this utility model is energy-efficient electrochemical oxidation of bromine at the anode of an electrolysis cell in a bromine-containing solution.

Техническим результатом является повышение энергоэффективности электролизной ячейки для электрохимического окисления брома на аноде в бромсодержащем растворе.The technical result is an increase in the energy efficiency of an electrolysis cell for the electrochemical oxidation of bromine at the anode in a bromine-containing solution.

Технический результат достигается тем, что электролизная ячейка для электрохимического окисления брома на аноде в бромсодержащем растворе, включает анодную камеру с анодом, ионообменную мембрану, направляющую сетку, катодную камеру с катодом, наполнитель для катодной камеры, при этом ионообменная мембрана расположена между анодной и катодной камерой, направляющая сетка расположена между ионообменной мембраной и наполнителем катодной камеры, наполнитель для катодной камеры расположен в катодной камере, катод прилегает к наполнителю для катодной камеры, в качестве анода используется оксидно-рутениево-титановый анод, направляющая сетка представляет собой сетку из полимерного материала, которая обеспечивает перпендикулярное движение вещества к катоду, в качестве наполнителя для катодной камеры используется углеродный войлок, катод выполнен в виде перфорированного листа титана, покрытого карбидом титана.The technical result is achieved in that the electrolysis cell for the electrochemical oxidation of bromine at the anode in a bromine-containing solution includes an anode chamber with an anode, an ion-exchange membrane, a guide grid, a cathode chamber with a cathode, a filler for the cathode chamber, wherein the ion-exchange membrane is located between the anode and cathode chambers, the guide grid is located between the ion-exchange membrane and the filler of the cathode chamber, the filler for the cathode chamber is located in the cathode chamber, the cathode is adjacent to the filler for the cathode chamber, an oxide-ruthenium-titanium anode is used as the anode, the guide grid is a grid made of a polymer material that ensures perpendicular movement of the substance to the cathode, carbon felt is used as the filler for the cathode chamber, the cathode is made in the form of a perforated sheet of titanium coated with titanium carbide.

Технический результат достигается тем, что в качестве катода применяют перфорированный лист титана, покрытый карбидом титана, прилегающий к наполнителю для катодной камеры, выполненному из углеродного войлока, что позволяет повысить электропроводность катодной системы, в качестве части которой выступает углеродный войлок.The technical result is achieved by using a perforated titanium sheet coated with titanium carbide as a cathode, adjacent to a filler for the cathode chamber made of carbon felt, which makes it possible to increase the electrical conductivity of the cathode system, of which the carbon felt is a part.

Повышение электропроводности ведет к повышению энергоэффективности процесса электролиза.Increasing electrical conductivity leads to increased energy efficiency of the electrolysis process.

Наличие направляющей сетки и перфорации катода обеспечивают равномерность переноса ионов в электролите, что также ведет к повышению энергоэффективности процесса электролиза.The presence of a guide mesh and perforation of the cathode ensures uniform transfer of ions in the electrolyte, which also leads to increased energy efficiency of the electrolysis process.

Описание чертежей Description of drawings

Фиг. 1 - общий вид электролизной ячейки.Fig. 1 - general view of the electrolysis cell.

В наиболее общем виде электролизная ячейка по настоящей полезной модели представлена на фиг. 1 и включает: 1 - оксидно-рутениево-титановый анод, 2 - анодную камеру, 3 - катодную камеру, 4 - катод в виде перфорированного листа титана, покрытого карбидом титана, 5 - наполнитель для катодной камеры из углеродного войлока, 6 - ионообменную мембрану, 7 - направляющую сетку.In its most general form, the electrolysis cell according to the present utility model is shown in Fig. 1 and includes: 1 - an oxide-ruthenium-titanium anode, 2 - an anode chamber, 3 - a cathode chamber, 4 - a cathode in the form of a perforated titanium sheet coated with titanium carbide, 5 - a filler for the cathode chamber made of carbon felt, 6 - an ion-exchange membrane, 7 - a guide mesh.

В частном варианте осуществления полезной модели анодная и катодная камеры могут быть выполнены из титана или армированного поливинилхлорида.In a particular embodiment of the utility model, the anode and cathode chambers can be made of titanium or reinforced polyvinyl chloride.

В частном варианте осуществления полезной модели направляющая сетка может быть выполнена из полипропилена или поливинилхлорида.In a particular embodiment of the utility model, the guide mesh can be made of polypropylene or polyvinyl chloride.

В частном варианте осуществления полезной модели ионообменная мембрана может представлять собой перфторированную сульфатокатионную мембрану.In a particular embodiment of the utility model, the ion-exchange membrane may be a perfluorinated sulfate cation membrane.

Заявленную электролизную ячейку используют для электрохимического окисления брома на аноде в бромсодержащем растворе.The claimed electrolysis cell is used for the electrochemical oxidation of bromine at the anode in a bromine-containing solution.

Процесс, протекающий в анодной камере, аналогичен стандартному процессу получения хлора:The process that takes place in the anode chamber is similar to the standard process for producing chlorine:

2Cl^--2e→Cl₂ 2Cl ^- -2e→Cl ₂

Катионы металлов переходят через ионообменную мембрану в катодную камеру, а хлор окисляет бромид ионы, содержащиеся в бромсодержащем растворе до брома.Metal cations pass through the ion-exchange membrane into the cathode chamber, and chlorine oxidizes bromide ions contained in the bromine-containing solution to bromine.

Энергоэффективность заявленной конструкции электролизной ячейки подтверждается представленным примерами.The energy efficiency of the claimed design of the electrolysis cell is confirmed by the presented examples.

Пример 1.Example 1.

Смонтировали электролизную ячейку согласно описанию прототипа (RU2814361C1), электролизная ячейка включала анодную камеру с титановым анодом, катодную камеру с пористым углеродным катодом, катионообменную мембрану, направляющую сетку из ПВХ, обеспечивающую перпендикулярное движение вещества через катионообменную мембрану к катоду.An electrolysis cell was assembled according to the prototype description (RU2814361C1). The electrolysis cell included an anode chamber with a titanium anode, a cathode chamber with a porous carbon cathode, a cation-exchange membrane, and a PVC guide mesh that ensured perpendicular movement of the substance through the cation-exchange membrane to the cathode.

В качестве катионообменной мембраны использовали перфторированную сульфатокатионную мембрану.A perfluorinated sulfate cation membrane was used as a cation exchange membrane.

Катодная и анодная камеры были выполнены из титана.The cathode and anode chambers were made of titanium.

Электролиз проводили при постоянном токе. Бромсодержащий раствор подавали в анодную камеру с получением анолита, из которого отдували бром и проводили оценку его количества, параллельно осуществляли циркуляцию католита в виде водного раствора через катодную камеру.Electrolysis was carried out under direct current. A bromine-containing solution was fed into the anode chamber to form anolyte, from which bromine was removed and its quantity measured. At the same time, the catholyte, as an aqueous solution, was circulated through the cathode chamber.

Напряжение поддерживали на уровне - 2,7 В;The voltage was maintained at -2.7 V;

Силу тока поддерживали на уровне - 1,5 А;The current strength was maintained at 1.5 A;

Удельные затраты электроэнергии на 1 кг брома составили 2,47 кВт⋅ч.The specific energy consumption per 1 kg of bromine was 2.47 kW⋅h.

Пример 2.Example 2.

Смонтировали электролизную ячейку согласно схеме, указанной на фиг. 1, электролизная ячейка включала оксидно-рутениево-титановый анод (), анодную камеру (2), катодную камеру (3), катод в виде перфорированного листа титана, покрытого карбидом титана (4), наполнитель для катодной камеры из углеродного войлока (5), ионообменную мембрану (6), направляющую сетку (7).An electrolysis cell was assembled according to the diagram shown in Fig. 1. The electrolysis cell included a ruthenium-titanium oxide anode (), an anode chamber (2), a cathode chamber (3), a cathode in the form of a perforated titanium sheet coated with titanium carbide (4), a filler for the cathode chamber made of carbon felt (5), an ion-exchange membrane (6), and a guide mesh (7).

В качестве ионообменной мембраны использовали перфторированную сульфатокатионную мембрану.A perfluorinated sulfate cation membrane was used as an ion exchange membrane.

Направляющая сетка была выполнена из ПВХ.The guide mesh was made of PVC.

Напряжение поддерживали на уровне - 1,9 В;The voltage was maintained at -1.9 V;

Удельные затраты электроэнергии на 1 кг брома составили 1,73 кВт⋅ч.The specific energy consumption per 1 kg of bromine was 1.73 kW⋅h.

Таким образом, энергоэффективность заявленной конструкции электролизной ячейки превышает энергоэффективность электролитической ячейки по прототипу (RU 2814361 C1) на 30%.Thus, the energy efficiency of the declared design of the electrolysis cell exceeds the energy efficiency of the electrolytic cell according to the prototype (RU 2814361 C1) by 30%.

Claims

1. An electrolysis cell for the electrochemical oxidation of bromine at an anode in a bromine-containing solution, comprising an anode chamber with an anode, an ion-exchange membrane, a guide grid, a cathode chamber with a cathode, a filler for the cathode chamber, wherein the ion-exchange membrane is located between the anode and cathode chambers, the guide grid is located between the ion-exchange membrane and the filler of the cathode chamber, the filler for the cathode chamber is located in the cathode chamber, the cathode is adjacent to the filler for the cathode chamber, a ruthenium-titanium oxide anode is used as the anode, the guide grid is a grid made of a polymer material that ensures perpendicular movement of the substance to the cathode, carbon felt is used as the filler for the cathode chamber, the cathode is made in the form of a perforated titanium sheet coated with titanium carbide.

2. An electrolysis cell according to claim 1, characterized in that the anode and/or cathode chamber is made of titanium or reinforced polyvinyl chloride.

3. An electrolysis cell according to claim 1, characterized in that the guide mesh is made of polypropylene or polyvinyl chloride.

4. An electrolysis cell according to claim 1, characterized in that a perfluorinated sulfate cation membrane is used as the ion exchange membrane.