Электролиз NaCl с ионообменной мембраной

[Fbh18425]

Приветствую всех!
Возник вопрос: наткнулся на информацию об электролизе раствора хлорида натрия с использованием катионитовой мембраны,которая пропускает через себя ионы натрия и не пропускает ионы Cl-.
Таким образом можно без особого труда получать чистый NaOH не заморачиваясь процессами отделения NaCl и выпариванием (как с асбестовой мембраной).
Собственно вопросы:
1) Это на самом деле так и такие мембраны есть?
2)Где можно купить такую мембрану?

[SkydiVAR]

Selective Separation of Singly Charged Chloride and Dihydrogen Phosphate Anions by Electrobaromembrane Method with Nanoporous Membranes

[Jokermaniak]

Есть такие мембраны, и много. Нафион или Фумасеп, например. Подойдут и стандартные, протонные но есть мембраны специально под натрий. Но не всё так просто.

У коммерческих полимерных катионно-транспотрных мембран селективность по катиону доходит до тысячи. Твердотельные суперионные мембраны могут ещё два-три порядка добавить. Но есть проблема - у таких мембран очень большое ионное сопротивление, по сравнению с сепараторами (типа асбеста). Со всеми вытекающими для перенапряжения и тока электролиза. Ну и полимерные мембраны по механической и химстойкости сильно уступают керамическим сепараторам.

[Fbh18425]

Что бы вы могли посоветовать для небольшого экспериментального электролизера с размерами мембраны 300*300 мм. Имеется ввиду оптимальное соотношение цена-качество.
С источником питания проблемм нет, но было бы не плохо если напряжение на ячейке было не выше 12 вольт.
Если я правильно понял, то что бы продлить жизнь полимерной мембраны желательно снизить концентрацию получаемой щелочи, а так же вести процесс при умеренно повышенной температуре что бы уменьшить растворимость хлора в рассоле?
Так же хотел уточнить: в католите получается у нас чистый NaOH без примесей NaCl?
Под селективностью мембраны подразумевается количество ионов (в данном случае Na+)пропускаемых ее в католит в единицу времени через единицу площади?

[Jokermaniak]

Селективность - это, грубо говоря, отношение потока диффузии целевого катиона к общему потоку диффузии ионов через мембрану. В вашем случае, это n(Na)/(n(Na)+n(Cl)). Селективность 1000 означает, что на 1000 прошедших через мембрану ионов натрия есть 1 прошедший через мембрану хлорид-ион.

Я не очень понял вашу идею про чистый NaOH без примеси NaCl и как вам в этом поможет мембрана. Поэтому подсказать при таких вводных ничего не могу. А так катионобменные мембраны все стоят +- одинаково и довольно дорого. Можно на Али заказать нафион, он вполне работает.

[Fbh18425]

Благодарю за подробные ответы, понял очень многое, что до этого было темным лесом.
Получается при селективности 1000 мы получаем католит с примесью NaCl всего 0,14%. Это просто фантастика,учитывая что все это получается в одну стадию без выпариваний и кристаллизаций, и тем более без ртути (если с жидким катодом).
Если я правильно понял все, то достаточно разделить этой мембраной сосуд на две части, анолит заливаем концентрированный раствор NaCl, католит 20% NaOH (допустим это и будет целевой продукт). Подаем напряжение на электроды, и периодически подливаем воду в католит, и р-р NaCl в анолит. Все верно? Или еще какие дополнительные манипуляции делать надо?
Есть ли ограничения на плотность тока проходящую через мембрану или ей без разницы?

[Jokermaniak]

Ну, не совсем. Во-первых селективность здесь несколько условная. У вас разные градиенты концентрации у разных ионов, плюс электрокинетические эффекты - всё сложнее. Электрокинетические эффекты работают на вас, а вот разница в градиентах - против. Так что на конкретное число в 0.14% я бы не рассчитывал, надо пробовать (считать сложно, т.к. нужно знать много чего про мембрану). Ещё осмотические эффекты возникнут.

У мембраны есть электрическое сопротивление. То есть она влияет на ток омически, и соответственно можно просто посчитать падение напряжение от тока. Но сопротивление нелинейное - в какой-то момент с ростом тока оно начинает сильно расти из-за конечной "пропускной способности". Поэтому-то все и не перешли до сих пор на мембраны - они создают намного большее сопротивление переносу ионов, чем условный сепаратор и имеют меньшие "предельные токи". Но зато селективны.

[Fbh18425]

В общем радовался я не долго.
Получается асбест наше все)

[Jokermaniak]

Ну, по ссылке которую я вам прислал, вроде как описана установка как вы описывали, с фторполимерной мембраной. Но насколько оно всё конкурентоспособно - ХЗ. В Википедии относительно этого способа написано "Мембранный метод производства гидроксида натрия наиболее энергоэффективен, однако сложен в организации и эксплуатации". Возможно вы сможете это изменить)

[Fbh18425]

Благодраю Вас за разъяснение данного вопроса, стало понятно что проще по старинке, ну их нафиг все эти нанотехнологии)