BR112021002376A2 - célula eletroquímica de fluxo, sistema eletroquímico de fluxo, métodos para tratamento eletroquímico e para síntese eletroquímica - Google Patents

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BR112021002376A2
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electrochemical
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BR112021002376-3A
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Michael David Horne
Bita Bayatsardami
Theo Rodopoulos
John Tsanaktsidis
Dayalan Romesh Gunasegaram
Christian Hornung
Darren Fraser
Dylan MARLEY
Andrew Joseph URBAN
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Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation
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Abstract

“célula eletroquímica de fluxo, sistema eletroquímico de fluxo, métodos para tratamento eletroquímico e para síntese eletroquímica'' a presente divulgação se refere a um reator eletroquímico de fluxo, como um reator tubular eletroquímico de fluxo contínuo. esta divulgação também se refere a processos, sistemas e métodos compreendendo um reator eletroquímico de fluxo. uma célula eletroquímica de fluxo pode compreender uma câmara de reação, um primeiro eletrodo misturador estático, um segundo contra-eletrodo e um separador disposto entre o primeiro e o segundo eletrodos.

Description

“CÉLULA ELETROQUÍMICA DE FLUXO, SISTEMA ELETROQUÍMICO DE FLUXO, MÉTODOS PARA TRATAMENTO ELETROQUÍMICO E PARA SÍNTESE ELETROQUÍMICA” Campo da Invenção
[001] A presente divulgação se refere a um reator eletroquímico de fluxo, como um reator tubular eletroquímico de fluxo contínuo. Esta divulgação também se refere a processos, sistemas e métodos que compreendem um reator eletroquímico de fluxo.
Histórico da Invenção
[002] Os reatores de fluxo contínuo geralmente compreendem uma câmara de reação onde os fluidos reagentes são continuamente alimentados para serem submetidos a uma reação química para formar produtos que são fornecidos em uma corrente de saída contínua da câmara de reação. As câmaras de reação estão normalmente submersas em um fluido de aquecimento/resfriamento, por exemplo, em uma configuração de trocador de calor do tipo concha e tubo, para facilitar a transferência de calor para a/longe da reação.
[003] Os reatores de fluxo contínuo podem empregar câmaras de reação de leito empacotado, nas quais a câmara de reação é empacotada com partículas de catalisador sólido que proporcionam superfícies catalíticas nas quais a reação química pode ocorrer. Os misturadores estáticos podem ser usados para a pré-mistura das correntes de fluido antes do contato com as câmaras de reação de leito empacotado e a jusante dessas câmaras para transferir calor entre as regiões central e externa dos tubos do reator. Os misturadores estáticos compreendem estruturas sólidas que interrompem o fluxo de fluido para promover a mistura dos reagentes antes da reação nas câmaras de reação de leito empacotado e para promover padrões desejáveis de transferência de calor e massa a jusante dessas câmaras.
[004] Os reatores de fluxo eletroquímico têm sido usados no tratamento das correntes de fluido para remover metais dissolvidos por eletrodeposição de íons metálicos dissolvidos para formar produtos de metal sólidos na superfície dos eletrodos alojados nos reatores eletroquímicos de fluxo. Os reatores eletroquímicos de fluxo para tratamento de água foram direcionados para sistemas de baixo fluxo com eletrodos com grande área de superfície para alta eficiência e controle na remoção de metais dissolvidos das correntes de fluidos aquosos com concentrações diluídas/baixas de íons metálicos dissolvidos. Os reatores de fluxo eletroquímico também são usados na eletrossíntese de vários produtos e, em particular, para formar reagentes ou produtos intermediários.
[005] Há uma necessidade por reatores eletroquímicos de fluxo alternativos ou aprimorados que proporcionem uma mistura eficiente, alta transferência de massa e/ou operação versátil para aplicações industriais.
[006] Deve-se entender que quaisquer publicações do estado da arte aqui referidas não constituem uma admissão de que qualquer um desses documentos faça parte do conhecimento geral comum na arte, na Austrália ou em qualquer outro país.
Descrição Resumida da Invenção
[007] Os presentes inventores realizaram pesquisa e desenvolvimento em reatores eletroquímicos de fluxo alternativos e identificaram que os misturadores estáticos podem ser configurados para operar como um eletrodo dentro de um reator eletroquímico de fluxo de modo a alcançar uma mistura eficiente, alta transferência de massa e/ou operação versátil para uso em aplicações industriais. Os reatores de fluxo eletroquímico podem compreender um eletrodo misturador estático separado de um contra-eletrodo por uma membrana permeável. O eletrodo misturador estático pode ser configurado para melhorar a transferência de massa e a advecção caótica, ao mesmo tempo em que propicia um desempenho eficaz. O eletrodo misturador estático pode ser um eletrodo que compreende uma porção de misturador estático.
[008] Em um aspecto, proporciona-se uma célula eletroquímica de fluxo compreendendo: uma câmara de reação; um primeiro eletrodo; um segundo eletrodo; e um separador disposto entre o primeiro e o segundo eletrodos, o separador definindo pelo menos parcialmente um primeiro canal dentro da câmara de reação configurado para acomodar uma primeira corrente de fluido em contato com o primeiro eletrodo e um segundo canal dentro da câmara de reação configurado para acomodar uma segunda corrente de fluido em contato com o segundo eletrodo, em que o separador compreende uma membrana permeável que permite a comunicação iônica entre o primeiro e o segundo eletrodos por meio das correntes de fluido, enquanto restringe a troca de fluido entre as correntes de fluido, e em que o primeiro eletrodo compreende uma porção de misturador estático que define uma pluralidade de estruturas de divisão que divide a primeira corrente de fluido em uma pluralidade de subcorrentes em uma pluralidade de locais ao longo de um comprimento do primeiro eletrodo.
[009] Em uma forma de realização, a célula eletroquímica de fluxo é um reator tubular de fluxo contínuo.
[0010] Em uma forma de realização, o diâmetro da porção de misturador estático do primeiro eletrodo pode ser aproximadamente igual a um diâmetro do primeiro canal. O primeiro eletrodo pode ser disposto para entrar em contato com o separador. O separador e o segundo eletrodo podem ser dispostos de forma concêntrica e coaxial com um eixo longitudinal central do primeiro eletrodo. O separador e o segundo eletrodo podem ser substancialmente cilíndricos. O segundo eletrodo pode formar pelo menos parte de uma parede da câmara de reação.
[0011] Em uma forma de realização, o primeiro eletrodo compreendendo uma porção de misturador estático pode ser configurado para aumentar a transferência de massa e a advecção caótica pela definição de uma pluralidade de estruturas de divisão que dividem uma corrente de fluido em uma pluralidade de subcorrentes em uma pluralidade de locais ao longo de um comprimento do primeiro eletrodo.
[0012] Em uma forma de realização, as estruturas de divisão adjacentes da porção de misturador estático podem ser dispostas em diferentes ângulos de rotação em torno de um eixo longitudinal central da porção de misturador estático. A porção de misturador estático pode compreender uma pluralidade de módulos estruturais substancialmente similares dispostos consecutivamente ao longo de um comprimento da porção de misturador estático. O primeiro eletrodo compreendendo a porção de misturador estático pode ser configurado para aumentar a advecção caótica, dividindo a primeira corrente de fluido em mais de 200 m-1, que corresponde a um número de vezes que a primeira corrente de fluido é dividida em um determinado comprimento ao longo da porção de misturador estático do primeiro eletrodo.
[0013] Em outra forma de realização, o primeiro eletrodo compreendendo a porção de misturador estático é configurado para operar em um número de Péclet (Pe) de pelo menos cerca de 10.000. O primeiro eletrodo compreendendo a porção de misturador estático pode ser configurado para operar a uma queda de pressão através do primeiro eletrodo (em Pa/m) de entre cerca de 100 a
100.000. O primeiro eletrodo compreendendo a porção de misturador estático pode ser configurado para operar dentro do primeiro canal para proporcionar uma taxa de fluxo volumétrico para a primeira corrente de fluido de pelo menos cerca de 0,1 mL/min.
[0014] Em outro aspecto, proporciona-se um sistema eletroquímico de fluxo compreendendo pelo menos uma primeira célula eletroquímica de fluxo de acordo com qualquer aspecto, forma de realização ou exemplo da célula eletroquímica de fluxo, conforme descrito neste documento.
[0015] Em uma forma de realização, o sistema eletroquímico de fluxo compreende uma primeira e uma segunda célula eletroquímica de fluxo de acordo com qualquer aspecto, forma de realização ou exemplo da célula eletroquímica de fluxo, conforme descrito neste documento. Uma pluralidade de linhas de fluxo pode ser proporcionada para conectar a primeira célula eletroquímica de fluxo à segunda célula eletroquímica de fluxo, de modo que o primeiro canal da primeira célula eletroquímica de fluxo esteja em comunicação de fluido com o segundo canal da segunda célula eletroquímica de fluxo e o segundo canal da primeira célula eletroquímica de fluxo esteja em comunicação de fluido com o primeiro canal da segunda célula eletroquímica de fluxo.
[0016] Em uma forma de realização, o sistema eletroquímico de fluxo compreende ainda: uma bomba para produzir fluxo fluídico das correntes de fluido; uma fonte de alimentação de energia para controlar a corrente através dos eletrodos ou a tensão aplicada aos eletrodos; um controlador para controlar um ou mais parâmetros do sistema compreendendo concentração, taxa de fluxo, temperatura, pressão e tempo de residência.
[0017] Em outro aspecto, proporciona-se um método para o tratamento eletroquímico de uma corrente de fluido compreendendo uma célula eletroquímica de fluxo de acordo com qualquer aspecto, forma de realização ou exemplo da célula eletroquímica de fluxo, reator ou sistema da mesma, conforme descrito neste documento. O método pode ser para tratar águas residuais, remover íons metálicos dissolvidos de uma corrente de fluido ou recuperar metal de uma corrente de fluido.
[0018] Em uma forma de realização do método, a célula eletroquímica de fluxo que compreende o primeiro eletrodo compreendendo a porção de misturador estático pode ser operada para fornecer pelo menos um de: uma advecção caótica pela divisão da primeira corrente de fluido em mais de 200 m-1, que corresponde a um número de vezes que a primeira corrente de fluido é dividida em um determinado comprimento ao longo da porção de misturador estático do primeiro eletrodo; um número de Péclet (Pe) de pelo menos cerca de 10.000; uma queda de pressão através do primeiro eletrodo (em Pa/m) de entre cerca de 100 a 100.000; uma taxa de fluxo volumétrico para a primeira corrente de fluido de pelo menos cerca de 0,1 mL/min; uma densidade de corrente no primeiro e segundo eletrodos de entre cerca de 1 µA m-2 e cerca de 1000 A m-2.
[0019] O método pode compreender operar uma primeira e segunda célula eletroquímica de fluxo de acordo com qualquer aspecto, forma de realização ou exemplo da célula eletroquímica de fluxo, conforme descrito neste documento, em que uma pluralidade de linhas de fluxo conecta a primeira célula eletroquímica de fluxo à segunda célula eletroquímica de fluxo, de modo que o primeiro canal da primeira célula eletroquímica de fluxo esteja em comunicação de fluido com o segundo canal da segunda célula eletroquímica de fluxo e o segundo canal da primeira célula eletroquímica de fluxo esteja em comunicação de fluido com o primeiro canal da segunda célula eletroquímica de fluxo.
[0020] Em outro aspecto, proporciona-se um método para a síntese eletroquímica de um produto compreendendo uma célula eletroquímica de fluxo de acordo com qualquer aspecto, forma de realização ou exemplo da célula eletroquímica de fluxo, reator ou sistema da mesma, conforme descrito neste documento.
[0021] Em outro aspecto, proporciona-se um método para a remoção de uma espécie de uma corrente de fluido que compreende uma célula eletroquímica de fluxo, reator ou sistema da mesma de acordo com quaisquer aspectos, formas de realização ou exemplos dos mesmos, conforme descrito neste documento. A espécie pode ser uma espécie de metal dissolvida na corrente de fluido.
[0022] Pode-se compreender que outros aspectos, formas de realização e exemplos da célula eletroquímica de fluxo, reator ou sistema são descritos neste documento.
Breve Descrição das Figuras
[0023] As formas de realização preferenciais da presente divulgação encontram-se ainda descritas e ilustradas a seguir, a título de exemplo apenas, com referência aos desenhos anexos, nos quais: - Figura 1 ilustra um diagrama esquemático de uma célula eletroquímica de fluxo de acordo com algumas formas de realização; - Figura 2 ilustra um diagrama esquemático de uma célula eletroquímica de fluxo com um separador de acordo com algumas formas de realização; - Figura 3A ilustra uma vista em perspectiva de um eletrodo misturador estático de acordo com algumas formas de realização; - Figura 3B ilustra (isoladamente) uma vista em perspectiva de uma porção de misturador estático do eletrodo misturador estático da Figura 3A; - Figura 3C ilustra (isoladamente) uma vista transversal de uma porção de misturador estático do eletrodo misturador estático da Figura 3A; - Figura 3D ilustra (isoladamente) uma vista lateral de uma porção de misturador estático do eletrodo misturador estático da Figura 3A; - Figura 4A ilustra uma vista em perspectiva de uma célula eletroquímica de fluxo de acordo com algumas formas de realização; - Figura 4B ilustra uma vista em perspectiva da célula de fluxo da Figura 4A em uma configuração desmontada; - Figura 4C ilustra uma vista transversal da célula de fluxo da Figura 4A; - Figura 5 ilustra uma vista em perspectiva de uma tampa terminal da célula de fluxo da Figura 4A;
- Figura 6 ilustra um diagrama esquemático de um sistema eletroquímico de fluxo compreendendo duas células eletroquímicas de fluxo, de acordo com algumas formas de realização; - Figura 7 ilustra as respostas cronoamperométricas em 100 segundos com intervalos de 50 segundos no modo estacionário e 50 segundos em taxa de fluxo constante de 10 a 400 mL min-1 em potenciais constantes de (a) -1,4 V, (b) -1,6 V, (c) -1,8 V e (d) -2 V (0,001 M K3[Fe(CN)6]); - Figura 8 ilustra as respostas cronoamperométricas em 100 segundos com intervalos de 50 segundos no modo estacionário e 50 segundos em taxa de fluxo constante de 10 a 400 mL min-1 em potenciais constantes de (a) -1,4 V, (b) -1,6 V, (c) -1,8 V e (d) -2 V (0,01 M K3[Fe(CN)6]); - Figura 9 ilustra as respostas cronoamperométricas em 100 segundos com intervalos de 50 segundos no modo estacionário e 50 segundos em taxa de fluxo constante de 10 a 400 mL min-1 em potenciais constantes de (a) -1,4 V, (b) -1,6 V, (c) -1,8 V e (d) -2 V (0,1 M K3[Fe(CN)6]); - Figura 10 ilustra uma eficiência de célula eletroquímica de fluxo na remoção de íons de cobre da solução de ácido sulfúrico a 0,01 M em três concentrações diferentes de Cu2+; - Figura 11 ilustra (a) imagem óptica do eletrodo misturador estático de trabalho pré- e pós-processos, (b) análise por EDS e (c-e) imagens de SEM do eletrodo misturador estático após 5 horas de eletrólise; e - Figura 12 ilustra a concentração de cobre em função do tempo ao longo de 24 horas de operação de acordo com uma forma de realização de configuração separada da célula eletroquímica de fluxo.
Descrição Detalhada da Invenção
[0024] A presente divulgação descreve as várias formas de realização não limitantes abaixo, que se referem a investigações realizadas para identificar reatores eletroquímicos de fluxo capazes de proporcionar uma mistura eficiente, alta transferência de massa e/ou operação versátil para aplicações industriais.
Foi surpreendentemente descoberto que um eletrodo compreendendo uma porção de misturador estático pode ser configurado em uma célula eletroquímica de fluxo para obter uma mistura eficiente, alta transferência de massa e/ou operação versátil para uso em aplicações industriais. Também foi descoberto que um reator eletroquímico eficiente poderia ser proporcionado, onde o eletrodo que compreende a porção de misturador estático foi configurado para aumentar a transferência de massa e a advecção caótica. Outras vantagens surpreendentes em torno da operação e desempenho do sistema foram identificadas pela configuração de um separador entre o eletrodo que compreende a porção de misturador estático e o contra-eletrodo para deixar cada um dos eletrodos em comunicação iônica e em canais de fluido separados. Termos
[0025] Ao longo deste relatório descritivo, a menos que especificamente indicado de outra forma ou que o contexto exija de outra forma, a referência a uma única etapa, composição de matéria, grupo de etapas ou grupo de composições de matéria devem ser consideradas como abrangendo um e uma pluralidade (ou seja, um ou mais) daquelas etapas, composições de matéria, grupos de etapas ou grupos de composições de matéria. Assim, como aqui utilizado, as formas singulares "um", "uma" e "o/a" incluem aspectos plurais, a menos que o contexto dite claramente o contrário. Por exemplo, a referência a "um" inclui um único, bem como dois ou mais; a referência a "uma" inclui um, bem como duas ou mais; a referência a "o/a" inclui um único, bem como dois ou mais e assim por diante.
[0026] O termo "e/ou", por exemplo, "X e/ou Y" significa "X e Y" ou "X ou Y" e é considerado para fornecer suporte explícito a ambos os significados ou a qualquer um dos significados.
[0027] Tal como aqui utilizado, o termo "cerca de", salvo indicação em contrário, normalmente se refere a +/- 10%, por exemplo +/- 5%, do valor designado.
[0028] Ao longo deste relatório descritivo, a palavra "compreende", ou variações como "compreender" ou "compreendendo", serão entendidas como aludindo a inclusão de um elemento, número inteiro ou etapa declarada, ou grupo de elementos, números inteiros ou etapas, mas não a exclusão de qualquer outro elemento, número inteiro ou etapa, ou grupo de elementos, números inteiros ou etapas.
[0029] Aqueles técnicos no assunto compreenderão que a divulgação neste documento é suscetível a variações e modificações diferentes daquelas especificamente descritas. Deve ser entendido que a divulgação inclui todas essas variações e modificações. A divulgação também inclui todas as etapas, características, composições e compostos referidos ou indicados neste relatório descritivo, individual ou coletivamente, e qualquer e todas as combinações ou quaisquer duas ou mais das referidas etapas ou características.
[0030] Cada exemplo da presente divulgação descrito aqui deve ser aplicado mutatis mutandis a cada um dos outros exemplos, a menos que especificamente indicado de outra forma. A presente divulgação não deve ser limitada em escopo pelos exemplos específicos descritos neste documento, os quais se destinam apenas para fins de exemplificação. Produtos, composições e métodos funcionalmente equivalentes encontram-se claramente dentro do escopo da divulgação, conforme descrito neste documento.
[0031] A menos que definido de outra forma, todos os termos técnicos e científicos usados neste documento têm o mesmo significado como o comumente entendido por um técnico no assunto ao qual essa invenção pertence. Embora métodos e materiais semelhantes ou equivalentes aos descritos neste documento possam ser usados na prática ou no teste da presente invenção, métodos e materiais adequados são descritos abaixo. Em caso de conflito, o presente relatório descritivo, incluindo as definições, prevalecerá. Além disso, os materiais, métodos e exemplos são apenas ilustrativos e não devem ser limitantes.
Reator eletroquímico de fluxo
[0032] Uma célula eletroquímica de fluxo pode ser proporcionada compreendendo: uma câmara de reação; um primeiro eletrodo compreendendo uma porção de misturador estático; um segundo eletrodo; e um separador disposto entre o primeiro e o segundo eletrodos.
[0033] O separador pode definir pelo menos parcialmente um primeiro canal dentro da câmara de reação para acomodar uma primeira corrente de fluido em contato com o primeiro eletrodo e um segundo canal dentro da câmara de reação para acomodar uma segunda corrente de fluido em contato com o segundo eletrodo. Pode-se compreender que o separador permite a comunicação iônica entre o primeiro e o segundo eletrodos por meio das correntes de fluido. O separador pode ser uma membrana permeável que restringe a troca de fluido entre as correntes de fluido. A porção de misturador estático pode definir uma pluralidade de estruturas de divisão que dividem uma corrente de fluido em uma pluralidade de subcorrentes em uma pluralidade de locais ao longo de um comprimento do primeiro eletrodo. Pode-se compreender que a porção de misturador estático como parte do eletrodo é eletricamente condutora. Outras formas de realização e os detalhes da célula eletroquímica de fluxo encontram- se descritos abaixo.
[0034] Com referência à Figura 1, uma célula eletroquímica de fluxo 100 (sem o separador mostrado) compreende uma câmara de reação 102 contendo um primeiro eletrodo 104 e um segundo eletrodo 106. O segundo eletrodo 106 pode formar pelo menos parte de uma parede da câmara de reação 102, tal como mostrado na Figura 1. O primeiro eletrodo 104 pode compreender um misturador estático. O segundo eletrodo 106 pode compreender um misturador estático. O primeiro e o segundo eletrodos 104, 106 podem ser dispostos concentricamente, com um circundando o outro ou em uma configuração lado a lado.
[0035] Uma fonte de alimentação de energia 110 pode ser conectada ao primeiro e segundo eletrodos 104, 106 através dos respectivos primeiro e segundo condutores ou cabos elétricos 114, 116 para aplicar uma diferença de potencial ou tensão através dos eletrodos 104, 106. Em algumas formas de realização, o primeiro eletrodo 104 pode atuar como um anodo e o segundo eletrodo 106 pode atuar como um catodo. Em algumas formas de realização, o primeiro eletrodo 104 pode atuar como um catodo e o segundo eletrodo 106 pode atuar como um anodo. Em algumas formas de realização, um potencial negativo pode ser aplicado ao primeiro eletrodo 104 e um potencial positivo pode ser aplicado ao segundo eletrodo 106. Em algumas formas de realização, um potencial positivo pode ser aplicado ao primeiro eletrodo 104 e um potencial negativo pode ser aplicado ser aplicado ao segundo eletrodo 106.
[0036] O primeiro e o segundo eletrodos 104, 106 podem ser formados de um material eletricamente condutor ou podem compreender um revestimento de superfície eletricamente condutor. Outras características dos eletrodos 104, 106 são descritas abaixo de acordo com várias formas de realização e exemplos.
[0037] Uma bomba 120 pode ser disposta para fluir o fluido para dentro da câmara de reação 102 por meio de uma primeira linha de fluxo de fluido 124 através de uma primeira entrada 134 na câmara de reação 102 para fluir o fluido através ou em torno do primeiro eletrodo 104. A bomba 120 pode ser disposta também para fluir o fluido para dentro da câmara de reação 102 por meio de uma segunda linha de fluxo de fluido 126 através de uma segunda entrada 136 na câmara de reação 102 para fluir o fluido entre o primeiro eletrodo 104 e o segundo eletrodo 106. O fluido pode então fluir para fora da câmara de reação 102 por meio de uma primeira saída 144 adjacente ao primeiro eletrodo 104 e de uma segunda saída 146 mais próxima do segundo eletrodo 106.
[0038] Em algumas formas de realização, a primeira e a segunda linhas de fluxo 124, 126 podem ser supridas de fluido independentemente de uma primeira bomba 120 e uma segunda bomba 122, tal como mostrado na Figura 2. Em algumas formas de realização, a primeira e a segunda linhas de fluxo 124, 126 podem fornecer fluidos diferentes para a câmara de reação 102. As linhas de fluxo 124, 126 podem compreender canos ou tubos, por exemplo.
[0039] Com referência à Figura 2, uma célula eletroquímica de fluxo 200 é proporcionada de acordo com algumas formas de realização (com o separador mostrado). A célula de fluxo 200 é semelhante à célula de fluxo 100 descrita em relação à Figura 1 e numerais de referência semelhantes são usados para componentes semelhantes. Além dos componentes mostrados na célula de fluxo 100 e recitados acima, a célula de fluxo 200 compreende um separador 202. O separador na forma de realização, tal como mostrado na Figura 2, separa pelo menos parcialmente um primeiro fluido no, em torno ou adjacente ao primeiro eletrodo 104 de um segundo fluido adjacente ao segundo eletrodo 106 entre o primeiro e o segundo eletrodos 104, 106. O separador 202 pode cooperar com as paredes da câmara de reação 102 para definir um primeiro canal 204 e um segundo canal 206. O primeiro eletrodo 104 pode ser disposto no primeiro canal 204 e o segundo eletrodo 106 pode ser disposto no ou formar uma parede do segundo canal 206. As entradas 134, 136 e as saídas 144, 146 podem ser configuradas de modo que o primeiro fluido flua através do primeiro canal 204 e o segundo fluido flua através do segundo canal 206. Em algumas formas de realização, uma razão entre as áreas transversais laterais do primeiro canal 204 e do segundo canal 206 pode estar na faixa de 0,01 a 100, 0,1 a 10, 0,5 a 5, 0,3 a 1, 0,5 a 0,9, 0,5 a 1,5 ou 0,8 a 1,2, por exemplo.
[0040] O separador 202 pode permitir o fluxo da carga elétrica entre os eletrodos 104, 106, mas restringe a maior parte do fluido de passar através do separador 202. Em algumas formas de realização, o separador 202 pode permitir a comunicação iônica entre o primeiro e o segundo eletrodos 104, 106. Por exemplo, os íons poderão passar do primeiro canal 204 para o fluido do canal 206, ou do segundo canal 206 para o primeiro canal 204, enquanto outros componentes dos fluidos podem ser impedidos ou substancialmente restringidos de passar através do separador 202. Em algumas formas de realização, uma pequena quantidade de fluido pode passar através do separador 202, embora o separador 202 possa ser configurado para impedir substancialmente o fluxo de fluido através do separador 202. Em algumas formas de realização, o separador
202 pode compreender uma membrana permeável, uma membrana semipermeável ou uma membrana seletivamente permeável. As características do separador 202 são descritas em mais detalhes abaixo de acordo com várias formas de realização.
[0041] Em algumas formas de realização, o separador 202 e as paredes da câmara de reação 102 podem ser dispostos para definir os canais 204, 206 em uma relação lado a lado. O separador 202 pode ser substancialmente plano, se estendendo entre os canais 204, 206. Em algumas formas de realização, os canais 204, 206 podem se estender substancialmente em paralelo. Em algumas formas de realização, o segundo canal 206 pode envolver parcialmente o primeiro canal 204. Em algumas formas de realização, o primeiro e o segundo canais 204, 206 podem ser dispostos concentricamente. Em algumas formas de realização, o primeiro canal 204 pode ser definido inteiramente por uma superfície interna do separador 202. Em algumas formas de realização, o separador 202 e a câmara 102 podem ser substancialmente cilíndricos. Em algumas formas de realização, a câmara 102 pode ser substancialmente coaxial com o separador 202. Em algumas formas de realização, o segundo eletrodo 106 pode ser substancialmente coaxial com o primeiro eletrodo 104. Em algumas formas de realização, as paredes da câmara 102 e o separador 202 podem ser todos substancialmente cilíndricos e coaxiais com um eixo longitudinal central do primeiro eletrodo 104.
[0042] Em algumas formas de realização, o separador 202 pode definir variações ou ondulações de superfície para aumentar a área de superfície do separador 202. Em algumas formas de realização, o separador 202 pode ser corrugado. Em algumas formas de realização, o separador 202 pode ser substancialmente cilíndrico com ondulações longitudinais. Em algumas formas de realização, o separador 202 pode ser substancialmente cilíndrico com ondulações circunferenciais.
[0043] O primeiro eletrodo 104 (e/ou o segundo eletrodo 106) pode compreender uma porção de misturador estático (por exemplo, elemento de misturador estático ou SME) que define uma estrutura com uma geometria configurada para promover a mistura de fluido que flui através do misturador estático entre a maior parte do fluido e a superfície do eletrodo, bem como dentro do próprio fluido. O primeiro eletrodo pode ser um eletrodo misturador estático. O eletrodo misturador estático 104 pode ser configurado para dividir o fluxo em vários locais de divisão diferentes ao longo de um comprimento do eletrodo 104 para promover a mistura completa por meio da advecção caótica.
[0044] O misturador estático pode definir uma pluralidade de estruturas de divisão dispostas nos locais de divisão para dividir o fluxo. As estruturas de divisão podem ser dispostas em diferentes ângulos azimutais em diferentes locais para dividir o fluxo em diferentes ângulos. Em algumas formas de realização, as estruturas de divisão podem ser configuradas para dividir o fluxo em duas subcorrentes em cada local de divisão. Em algumas formas de realização, as estruturas de divisão podem ser configuradas para dividir o fluxo em pelo menos três subcorrentes em cada local de divisão, como três, quatro, cinco, seis, sete ou oito subcorrentes, por exemplo.
[0045] A geometria do misturador estático pode ser configurada para uma advecção caótica intensificada com base nas propriedades de um determinado fluido. A estrutura do misturador estático pode compreender redes de elementos incluindo um ou mais de: lâminas ou palhetas de interseção, apoios, asperezas, ondulações e saliências, hélices, placas corrugadas, configurações abertas, configurações fechadas, poros, canais, orifícios, tubos, e desenhos multicamadas.
[0046] A geometria pode ser repetida regularmente ao longo do comprimento do misturador ou pode variar em tamanho, tipo e/ou forma. A geometria também pode variar em seu comprimento característico da escala do misturador a nanômetros, e recursos podem ser fornecidos em todas as escalas de comprimento intermediárias.
[0047] Com referência às Figuras 3A a 3D, um eletrodo misturador estático 104 é mostrado de acordo com algumas formas de realização. O eletrodo 104 compreende uma porção de misturador estático 304 que se estende entre uma primeira porção terminal 334 e uma segunda porção terminal 344. As porções terminais 334, 344 podem definir tubos ou canos para direcionar o fluido através do misturador estático.
[0048] A primeira porção terminal 334 pode definir a primeira entrada 134 de uma célula de fluxo e a segunda porção terminal 344 pode definir a primeira saída 144 da célula de fluxo, tal como as células de fluxo 100, 200 descritas acima em relação às Figuras 1 e 2. As porções terminais 334, 344 também podem proporcionar uma área de contato elétrico para conectar o eletrodo 104 à fonte de alimentação de energia 110.
[0049] A porção de misturador estático 304 é mostrada nas Figuras 3B a 3D sem as porções terminais 334, 344 para ilustrar a geometria mais claramente, de acordo com algumas formas de realização. A porção de misturador estático 304 compreende uma pluralidade de estruturas de divisão retilíneas dispostas em módulos repetidos com cada módulo subsequente rotacionado em 90°, em relação ao módulo anterior, em torno de um eixo longitudinal central da porção de misturador estático que se estende de uma extremidade à outra. A porção de misturador estático 334 promove a advecção caótica do fluido que flui através da porção de misturador estático 334, em uma direção geral ao longo do eixo longitudinal central, dividindo e recombinando o fluxo em uma pluralidade de locais de divisão ao longo do comprimento da porção de misturador estático 334. As estruturas de divisão dividem o fluxo em uma pluralidade de subcorrentes em cada local de divisão e as subcorrentes são subsequentemente recombinadas antes de serem divididas pela próxima estrutura de divisão no próximo local de divisão.
[0050] Cada vez que o fluxo é dividido e recombinado, ele coloca diferentes parcelas de fluido da maior parte do fluxo em contato com a superfície do eletrodo 104 e dividir o fluxo várias vezes ao longo do comprimento do misturador estático aumenta a quantidade de fluido que entra em contato com o eletrodo
104.
[0051] Em algumas formas de realização, o diâmetro do eletrodo misturador estático 104 pode ser próximo a um diâmetro interno do separador 202. Ou seja, o primeiro eletrodo 104 pode caber perfeitamente no interior do separador 202. Um envelope externo da geometria do misturador estático do primeiro eletrodo 104 pode ocupar completamente um volume interno definido pelo separador 202. Em algumas formas de realização, o volume do primeiro eletrodo 104 pode estar na faixa de 1% a 99% do volume interno do canal 204, opcionalmente 10% a 90%, 20% a 80%, 30% a 70% ou 40% a 60%. Em algumas formas de realização, o volume do primeiro eletrodo 104 pode ser de pelo menos cerca de 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 98% ou 99%, do volume interno do canal 204. Outras características do misturador estático encontram-se descritas abaixo de acordo com várias formas de realização.
[0052] Com referência às Figuras 4A a 4C, uma célula eletroquímica de fluxo 400 é mostrada, de acordo com algumas formas de realização, em uma configuração montada (Fig. 4A), em uma configuração desmontada (Fig. 4B) e na transversal (Fig. 4C). Componentes semelhantes são indicados com números de referência semelhantes e podem incluir qualquer uma das características das células de fluxo 100, 200 e componentes descritos em relação às Figuras 1 e 2 ou o eletrodo misturador estático 104 descrito em relação às Figuras 3A a 3D.
[0053] A célula de fluxo pode compreender um primeiro eletrodo 104, um segundo eletrodo 106 e um separador 202 disposto entre o primeiro eletrodo 104 e o segundo eletrodo 106. O primeiro eletrodo 104 pode compreender um eletrodo misturador estático 104, conforme descrito em relação às Figuras 3A a 3D, por exemplo.
[0054] O separador 202 pode compreender uma membrana permeável, semipermeável ou seletivamente permeável, que é substancialmente cilíndrica e circunda estritamente a porção de misturador estático 304 do primeiro eletrodo
104. O separador 202 e o primeiro eletrodo 104 podem cooperar para definir um primeiro canal 204 ao longo do qual fluido pode fluir, entrar em contato com o primeiro eletrodo 104 e ser misturado pela porção de misturador estático 304 (vide Figura 4C).
[0055] O segundo eletrodo 106 também pode ser substancialmente cilíndrico e definir uma parede externa da câmara de reação 102 que circunda o separador 202 e o primeiro eletrodo 104. O separador 202 e o segundo eletrodo 106 podem cooperar para definir um segundo canal 206 ao longo do qual o fluido pode fluir e entrar em contato com o segundo eletrodo 106 (vide Figura 4C).
[0056] O separador 202 e o segundo eletrodo 104 podem estar dispostos de forma concêntrica e/ou coaxial substancialmente com um eixo longitudinal central do primeiro eletrodo 104.
[0057] O separador 202 e os eletrodos 104, 106 são mantidos no lugar por duas tampas terminais opostas 500, mostradas em mais detalhes na Figura 5, de acordo com algumas formas de realização. Cada tampa terminal 500 compreende um corpo 501 que define uma sede do separador 502, uma sede do primeiro eletrodo 504 e uma sede do segundo eletrodo 506.
[0058] A sede do segundo eletrodo 506 é definida por um recesso anular no corpo 501 configurado para receber pelo menos parte de uma extremidade do segundo eletrodo 106. A célula de fluxo 400 pode compreender uma junta do segundo eletrodo 426 disposta entre o segundo eletrodo 106 e cada tampa terminal 500 para formar uma vedação entre o segundo eletrodo 106 e a sede do segundo eletrodo 506 (vide Figura 4B).
[0059] A sede do separador 502 é definida por um recesso anular (ou em algumas formas de realização, um recesso circular) configurado para receber respectivamente uma primeira porção terminal 232 ou segunda porção terminal 242 do separador 202 (vide Figura 4B). O corpo 501 define uma abertura 516 localizada entre a sede do separador 502 e a sede do segundo eletrodo 506 e uma passagem da abertura 516 para definir a segunda saída 136 ou segunda entrada 146, respectivamente.
[0060] A sede do primeiro eletrodo 504 é definida por um orifício cilíndrico ou passagem configurada para receber as respectivas porções terminais 334, 344 do primeiro eletrodo 104. A sede do primeiro eletrodo 504 pode ser circundada por um chanfro 514 em um lado do corpo 501 para ajudar na localização do primeiro eletrodo 104 na sede do primeiro eletrodo 504. A passagem pode se estender do chanfro 514 até uma abertura da sede do primeiro eletrodo 524 no outro lado do corpo 501 (vide Fig. 4B). A primeira e a segunda porções terminais 334, 344 do primeiro eletrodo 104 podem se estender através da passagem e abertura 524 e, respectivamente, definir a primeira entrada 134 ou primeira saída
144.
[0061] Uma vedação pode ser formada entre as porções terminais 334, 344 e as tampas terminais 500 com uma placa ou bucim de vedação 410 e uma junta do primeiro eletrodo 424 (vide Fig. 4B). O bucim 410 pode definir uma abertura de eletrodo 414 para permitir a passagem de pelo menos parte das porções terminais 334, 344, e uma pluralidade de aberturas de fixação (não mostradas) para receber uma pluralidade de elementos de fixação 412. O corpo 501 das tampas terminais 500 pode definir uma pluralidade correspondente de recessos para elemento de fixação 512 configurados para receber os elementos de fixação
412. Os elementos de fixação 412 podem engatar (por exemplo, por rosca) nos recessos para elemento de fixação 512 para puxar os bucins 410 contra as tampas terminais 500 comprimindo as juntas do primeiro eletrodo 424 entre as tampas terminais 500 e os bucins 410 e contra as porções terminais 334, 344, formando assim uma vedação entre o primeiro eletrodo 104 e as tampas terminais 500.
[0062] As tampas terminais 500 podem ser mantidas juntas por uma pluralidade de barras de ligação ou tirantes 440 que se estendem entre as tampas terminais 500 e através de uma pluralidade correspondente de aberturas de barras de ligação (tie rod openings) 542 definidas no corpo 501 de cada tampa terminal 500. As barras de ligação 440 podem ser configuradas para receber elementos de fixação de barra de ligação 442 em cada extremidade de cada barra de ligação 440 para puxar as tampas terminais 500 em direção uma à outra e segurar o separador 202 e o primeiro e o segundo eletrodos 104, 106 entre as tampas terminais para definir a câmara de reação 102 e a célula de fluxo 400.
[0063] As células eletroquímicas de fluxo 100, 200 e 400 podem permitir maior eficiência nas reações eletroquímicas em comparação com as células eletroquímicas de fluxo convencionais devido à geometria do misturador estático do primeiro eletrodo 104 (e/ou segundo eletrodo 106), promovendo a mistura aprimorada do fluido, tal como por advecção caótica, por exemplo, para aumentar o volume de fluido que faz contato com o primeiro eletrodo 104 e/ou segundo eletrodo 106.
[0064] As células eletroquímicas de fluxo 200 e 400 podem proporcionar uma vantagem adicional, na medida em que as correntes de fluido podem ser mantidas substancialmente separadas nos canais 204, 206 em cada lado do separador 202. Isso permite que os fluidos de entrada independentes sejam mantidos substancialmente separados, ao mesmo tempo em que permite a ocorrência de reações eletroquímicas. Por exemplo, em alguns processos, uma determinada substância, como íons metálicos, por exemplo, pode ser depositada sobre uma superfície de um dos eletrodos 104, 106 por eletrodeposição.
[0065] Com referência à Figura 6, um sistema eletroquímico de fluxo 600 é mostrado de acordo com algumas formas de realização. O sistema 600 compreende uma primeira célula de fluxo 200a e uma segunda célula de fluxo 200b dispostas em série e alimentadas por duas fontes de alimentação de energia 110a e 110b, respectivamente. Embora, em algumas formas de realização, uma única fonte de alimentação de energia 110 possa alimentar ambas as células de fluxo 200a, 200b. As células eletroquímicas de fluxo 200a, 200b podem ser substancialmente semelhantes às células de fluxo 200 ou 400 e incluem qualquer uma das características dos componentes descritos acima em relação às Figuras 2 a 5.
[0066] O sistema 600 pode compreender uma primeira bomba 120 que fornece um primeiro fluido de uma primeira fonte (Entrada 1) para a primeira entrada 134a da primeira célula de fluxo 200a através da primeira linha de fluxo
124a da primeira célula de fluxo 200a e uma segunda bomba 122 que fornece um segundo fluido de uma segunda fonte (Entrada 2) para a segunda entrada 136a da primeira célula de fluxo 200a através da segunda linha de fluxo 126a da primeira célula de fluxo 200a. O primeiro e o segundo eletrodos 104b, 106b da segunda célula de fluxo 200b podem ser providos de uma tensão elétrica em polaridade reversa em relação a uma tensão aplicada ao primeiro e segundo eletrodos 104a, 106a da primeira célula de fluxo 200a.
[0067] O sistema 600 pode ser configurado de modo que o primeiro fluido que flui para a primeira entrada 134a da primeira célula de fluxo 200a flua através do primeiro canal 204a e saia através da primeira saída 144a da primeira célula de fluxo 200a; em seguida, para a segunda entrada 136b da segunda célula de fluxo 200b através da segunda linha de fluxo 126b; através do segundo canal 206b da segunda célula de fluxo 200b e saia através da segunda saída 146b para um primeiro reservatório (Saída 1). O sistema 600 pode ser configurado ainda de modo que o segundo fluido que flui para a segunda entrada 136a da primeira célula de fluxo 200a flua através do segundo canal 206a e saia através da segunda saída 146a da primeira célula de fluxo 200a; em seguida, para a primeira entrada 134b da segunda célula de fluxo 200b através da primeira linha de fluxo 124b; através do primeiro canal 204b da segunda célula de fluxo 200b e saia através da primeira saída 144b para um segundo reservatório (Saída 2).
[0068] Por exemplo, a primeira fonte de fluido pode incluir um metal contaminante, como cobre, e pode haver um desejo de remover o contaminante da primeira fonte de fluido e transferir o contaminante para o segundo fluido. Quando fluído através do sistema 600, o contaminante será depositado no primeiro eletrodo 104a da primeira célula de fluxo 200a do primeiro fluido, e se houver qualquer contaminante deixado no primeiro fluido após passar pela primeira célula de fluxo 200a, o contaminante também será depositado no segundo eletrodo 106b da segunda célula de fluxo 200b conforme o primeiro fluido flui através do segundo canal 206b da segunda célula de fluxo 200b. O segundo fluido passará através do segundo canal 206a da primeira célula de fluxo 200a e o primeiro canal 204b da segunda célula de fluxo 200b para permitir o contato elétrico e completar o circuito galvânico para cada célula de fluxo 200a, 200b.
[0069] Em sistemas convencionais, quando o contaminante se acumula em um eletrodo por meio da eletrodeposição, o eletrodo é removido do sistema e o contaminante depositado é removido mecanicamente da superfície do eletrodo. No entanto, quando o sistema 600 é empregado, não é necessário remover os eletrodos.
[0070] Uma vez que o contaminante foi depositado no primeiro eletrodo 104a da primeira célula de fluxo 200a e no segundo eletrodo 106b da segunda célula de fluxo 200b, as fontes de fluido podem ser trocadas pela alteração das linhas de fluxo 124a, 126a ou pelo uso de válvulas ou portões em linha (não mostrado) de modo que o primeiro fluido flua através do segundo canal 206a da primeira célula de fluxo 200a e do primeiro canal 204b da segunda célula de fluxo 200b e o segundo fluido flua através do primeiro canal 204a da primeira célula de fluxo 200a e do segundo canal 206b da segunda célula de fluxo 200b. Desta forma, o contaminante será removido das superfícies do primeiro eletrodo 104a da primeira célula de fluxo 200a e do segundo eletrodo 106b da segunda célula de fluxo 200b, e um maior número de contaminantes será removido do primeiro fluido e depositado no segundo eletrodo 106a da primeira célula de fluxo 200a e no primeiro eletrodo 104b da segunda célula de fluxo 200b.
[0071] O sistema eletroquímico de fluxo 600 permite que uma reação eletroquímica prossiga indefinidamente com interrupções relativamente curtas para alternar os caminhos do fluido em comparação com os sistemas convencionais que requerem a remoção física e substituição dos eletrodos quando o material depositado nos eletrodos atingiu um certo limite. Reator Tubular Eletroquímico
[0072] O reator eletroquímico de fluxo, por exemplo, a célula eletroquímica de fluxo descrita acima, pode ser proporcionado na forma de um reator tubular eletroquímico de fluxo contínuo. O reator tubular eletroquímico de fluxo contínuo pode ser proporcionado de acordo com quaisquer formas de realização ou exemplos descritos neste documento para a célula eletroquímica de fluxo.
[0073] Pode-se compreender que um reator tubular pode ser proporcionado sob diversas formas, alongamentos e configurações. Por exemplo, um reator tubular pode incluir uma câmara de reator de uma forma circular ou não circular, ou onde a câmara do reator compreende um ou mais canais de fluido que apresentam uma forma circunferencial circular ou não-circular. Exemplos de formas não-circulares podem incluir a retangular, isósceles triangular, elíptica, trapezoidal e hexagonal. Em uma forma de realização, o reator tubular ou câmara do reator apresenta uma forma substancialmente circular ou cilíndrica.
[0074] O reator tubular eletroquímico de fluxo contínuo pode compreender um compartimento de reator que define uma câmara de reator para acomodar pelo menos um eletrodo misturador estático espaçado de pelo menos um contra- eletrodo. O eletrodo misturador estático pode ser provido de um eletrodo compreendendo uma porção de misturador estático ou elemento de misturador estático, conforme descrito neste documento. Pode-se compreender que a porção de misturador estático ou elemento de misturador estático, ou pelo menos uma porção de qualquer revestimento sobre o mesmo, pode ser eletricamente condutor. O reator também compreende uma membrana permeável que atua como um separador para separar fluidamente o eletrodo misturador estático do contra-eletrodo, enquanto proporciona uma conexão elétrica entre os eletrodos. O reator pode apresentar um canal de fluido para alojar o eletrodo misturador estático que é separado de um canal de fluido que aloja o contra-eletrodo. O par de eletrodos pode fornecer um par de catodo e anodo para conduzir uma reação eletroquímica no reator tubular. O eletrodo misturador estático e o contra- eletrodo podem ser o catodo ou o anodo dependendo do fluxo de corrente na célula eletroquímica. Por exemplo, o par de eletrodos pode ser revertido mudando o fluxo de corrente. O eletrodo misturador estático pode ser configurado também para aumentar a transferência de massa e a advecção caótica.
[0075] Pode-se compreender que o reator tubular é configurado para permitir que pelo menos uma primeira corrente de fluido flua através do eletrodo misturador estático para sofrer advecção caótica e reação eletroquímica antes de sair por uma saída. Pode-se compreender também que cada canal de fluido no reator tubular pode ter pelo menos uma entrada e pelo menos uma saída.
[0076] O reator pode compreender uma ou mais seções de câmara em comunicação de fluido entre si. O eletrodo misturador estático pode ser configurado como um eletrodo substituível para inserção em um reator eletroquímico de fluxo contínuo ou configurado como um eletrodo permanente. Um ou mais reatores, ou uma ou mais seções de câmara de um reator, podem ser configurados para operação em série ou em paralelo.
[0077] O comprimento da câmara de reação 102, do separador 202 e dos eletrodos 104, 106 pode estar na faixa de 2 mm a 100 m, 10 mm a 10 m, 50 mm a 1 m, 100 mm a 500 mm ou 200 mm a 300 mm. O compartimento ou câmara do reator pode ter entre 5 mm e 5 m de diâmetro, com os contra-eletrodos e os eletrodos de trabalho dimensionados de modo a manter um arranjo eletroquímico eficaz. Em algumas formas de realização, a razão de aspecto (L/d) do reator pode ser de pelo menos cerca de 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 75 ou 100. Separador
[0078] O separador 202 pode compreender qualquer material poroso que permita o transporte iônico, mas impeça o fluxo de fluido. O separador pode compreender uma membrana permeável, uma membrana semipermeável ou uma membrana seletivamente permeável. Em algumas formas de realização, o separador 202 pode ser formado de qualquer um ou mais dos seguintes materiais: fibras de não-tecido (algodão, náilon, poliésteres, vidro), filmes de polímero (polietileno, polipropileno, poli (tetrafluoroetileno), cloreto de polivinila), cerâmica e substâncias de ocorrência natural (borracha, amianto, madeira). Em algumas formas de realização, o separador 202 pode incluir materiais poliméricos com poros inferiores a 20 Å. O separador 202 pode ser formado utilizando-se processos de fabricação a seco e/ou úmido. Os separadores de não-tecido 202 podem compreender uma folha, teia ou esteira fabricada de fibras orientadas direcional ou aleatoriamente.
[0079] Em algumas formas de realização, o separador 202 pode compreender uma membrana líquida suportada, compreendendo fases sólidas e líquidas contidas dentro de uma estrutura microporosa.
[0080] Em algumas formas de realização, o separador 202 pode compreender eletrólitos de polímero que formam complexos com sais de metal alcalino, que produzem condutores iônicos que servem como eletrólitos sólidos. Os condutores de íons sólidos podem servir tanto como separador quanto como eletrólito.
[0081] O separador 202 pode ser formado por uma única camada ou múltiplas camadas de material.
[0082] Em algumas formas de realização, o separador 202 pode ser feito por sinterização de material em pó, como cerâmica, vidros, plásticos, cermets e suas combinações em uma estrutura de membrana.
[0083] Em algumas formas de realização, o separador 202 pode ser configurado para permitir a passagem de íons enquanto impede o fluxo de fluido. Em algumas formas de realização, o separador 202 pode permitir que uma pequena quantidade de fluido passe.
[0084] O separador 202 pode ter um diâmetro interno configurado para se ajustar estreitamente em torno do primeiro eletrodo 104. Por exemplo, o diâmetro interno do separador 202 pode estar na faixa de 0,5 mm a 5m, 5 mm a 1m ou 5 mm a 10 mm.
[0085] A espessura do separador 202 pode variar dependendo de sua porosidade. Para separadores nanoporosos, a espessura pode estar entre 1 mícron e 100 micra e para membranas microporosas a espessura pode estar entre 100 micra e 10 mm. O tamanho médio dos poros dentro do material separador pode variar entre 10 Å e 100 micra.
[0086] Pode-se compreender que uma membrana permeável geralmente estabelece canais de fluido separados para cada eletrodo misturador estático e contra-eletrodo, enquanto mantém uma conexão elétrica necessária para a célula eletroquímica de fluxo. A membrana permeável geralmente inibe o fluxo de fluido através da membrana, permitindo o transporte de íons. Por exemplo, se durante a operação, o eletrodo misturador estático é operado como o eletrodo negativo (ou seja, catodo) e o contra-eletrodo é operado como o eletrodo positivo (ou seja, anodo), então uma corrente de fluido de católito para fluir através do eletrodo misturador estático (ou seja, catodo) pode ser preparado para uma aplicação particular que é diferente de uma corrente de fluido de anólito para fluir através do contra-eletrodo positivo (isto é, anodo). Em outras palavras, a membrana permeável permite a comunicação iônica entre os dois eletrodos para fornecer a conexão elétrica enquanto separa as duas correntes de fluido individuais que passam por cada catodo e anodo, o que fornece vantagens de desempenho e flexibilidade de processo.
[0087] A membrana permeável pode estar localizada concentricamente ao longo do reator tubular para separar o eletrodo misturador estático do contra- eletrodo. O reator pode compreender uma passagem de fluxo coaxial interna que aloja um eletrodo e uma passagem de fluxo concêntrica externa que aloja o outro eletrodo. Um eletrodo misturador estático pode ser alojado na passagem de fluxo coaxial interna, na passagem de fluxo concêntrica externa ou em ambas as passagens de fluxo coaxial interna e concêntrica externa. A passagem de fluxo também pode ser referida neste documento como um canal de fluido.
[0088] O separador pode ser uma membrana semipermeável. A membrana semipermeável pode ser um filme tubular poroso, um tubo de filtro de cerâmica poroso ou um tubo de plástico poroso que circunda intimamente o eletrodo misturador estático. Pode-se compreender que a membrana semipermeável restringe substancialmente o fluido que passa através da membrana enquanto permite o transporte de íons através da membrana para manter uma comunicação elétrica entre o eletrodo misturador estático e o contra-eletrodo separados.
[0089] O separador pode ser uma membrana seletivamente permeável. A membrana seletivamente permeável pode fornecer seletividade onde se permite transportar através da membrana, por exemplo, fluidos ou íons específicos. Pode-se compreender que a membrana seletivamente permeável restringe seletivamente o que pode passar através da membrana enquanto permite o transporte de íons específicos através da membrana para manter uma comunicação elétrica entre o eletrodo misturador estático separado e o contra- eletrodo.
[0090] Pode-se compreender que cada passagem de fluxo separada é proporcionada com pelo menos uma entrada e pelo menos uma saída. Correntes de fluido separadas podem ser proporcionadas para a passagem de fluxo coaxial interna e passagem de fluxo concêntrica externa. Por exemplo, uma corrente de fluido de católito pode ser proporcionada para a passagem de fluxo coaxial interna que aloja o eletrodo misturador estático e uma corrente de fluido de anólito pode ser proporcionada para a passagem de fluxo concêntrica externa que aloja o contra-eletrodo. Conforme descrito anteriormente, o eletrodo misturador estático também pode estar alinhado de forma coaxial substancialmente ao longo do eixo do reator tubular. Eletrodo Misturador Estático
[0091] Como discutido acima, o primeiro eletrodo 104 ou o segundo eletrodo 106 ou ambos o primeiro e o segundo eletrodos 104, 106 podem compreender uma porção de misturador estático que define uma geometria para promover a mistura de um fluido que flui através ou em torno da porção de misturador estático. Isso pode ser referido como um eletrodo misturador estático ou SME.
[0092] O reator pode compreender mais de um eletrodo misturador estático e/ou mais de um contra-eletrodo. O contra-eletrodo também pode ser provido de um eletrodo misturador estático, por exemplo, cada catodo e anodo no reator eletroquímico de fluxo pode ser provido de um eletrodo misturador estático separado. O eletrodo misturador estático pode ser alojado concentricamente dentro da passagem de fluxo coaxial interna e o contra-eletrodo pode ser alojado dentro da passagem de fluxo concêntrica externa.
[0093] Pode-se compreender que o eletrodo misturador estático pode compreender uma superfície eletricamente condutora. O eletrodo misturador estático pode ser operado como um anodo ou catodo, dependendo da direção do fluxo de corrente que está sendo aplicado. Para uma célula eletroquímica de fluxo, compreende-se geralmente que um anodo é um eletrodo positivo onde ocorre a oxidação e os elétrons são liberados por um reagente, e o catodo é um eletrodo negativo onde ocorre a redução e os elétrons são consumidos por outro reagente.
[0094] O eletrodo misturador estático pode ser preparado a partir de um material capaz de fornecer densidades de corrente em qualquer eletrodo em uma faixa de 1 μA m-2 a cerca de 1000 A m-2. O eletrodo misturador estático ou estrutura do mesmo pode compreender um material eletricamente condutor, por exemplo, material de carbono condutor, como grafite, carbono vítreo ou diamante dopado com boro, metais, ligas ou intermetálicos como pós, folhas, hastes ou tarugos, semimetais ou semicondutores dopados ou com baixo valor de bandgap, partículas revestidas de metal, cerâmicas condutoras. A estrutura pode, alternativamente, ser produzida de um material eletricamente não- condutor e, subsequentemente, ser revestido com um condutor elétrico. Os materiais não-condutores podem ser não-condutores particulados, como plásticos, cerâmicas, vidros ou minerais, resinas termoendurecíveis, resinas termoplásticas e produtos naturais, como a borracha e a madeira. Os revestimentos eletricamente condutores podem ser formados a partir de metais, ligas metálicas, compostos intermetálicos, compostos condutores ou de quaisquer materiais eletricamente condutores, conforme descrito acima.
[0095] O eletrodo misturador estático pode ser produzido por fabricação subtrativa utilizando-se uma ou combinações de técnicas de processamento, como fresagem, corte, perfuração, torneamento, rotação (spinning), dobra e torção, por fundição, moldagem ou forjamento, por extrusão, por prensagem, por sistemas microeletromecânicos de usinagem (MEMS), processos de fabricação aditiva, soldagem a laser ou e-beam, sinterização a laser seletiva, fusão a laser seletiva, sinterização direta de metal a laser, modelagem de rede projetada a laser, extrusão de material, laminação de folha, polimerização e fotopolimerização, jateamento de material ou aglutinante e impressão.
[0096] Em algumas formas de realização, o corpo ou estrutura do eletrodo misturador estático pode ser eletricamente condutor, por exemplo, um metal ou liga de metal, como níquel, titânio ou aço inoxidável. Em algumas formas de realização, um revestimento condutor pode ser aplicado à superfície do eletrodo, por exemplo, uma estrutura de titânio revestida com platina. O revestimento pode ser formado de um metal, semimetal ou semicondutor dopado ou com baixo valor de bandgap, uma cerâmica ou composto condutor, uma forma de carbono condutora (por exemplo, grafite, grafeno ou materiais de carbono dopados), um polímero condutor (por exemplo, polianilina) ou uma combinação dos mesmos. O revestimento pode ser aplicado à superfície por um ou mais dos seguintes: processos eletroquímicos, metalização por pulverização, pulverização a frio, deposição de vapor químico ou físico, revestimento por imersão, revestimento por pulverização, revestimento por rotação, sinterização ou outro processamento térmico, ou qualquer um desses processos que resulte na aplicação de uma camada fina de um material apropriado.
[0097] O eletrodo misturador estático pode ser configurado para melhorar a mistura, incluindo características de transferência de calor e massa para redistribuir o fluido em direções transversais ao fluxo principal, por exemplo, nas direções radial e tangencial ou azimutal em relação a um eixo longitudinal central do eletrodo misturador estático. Em particular, os eletrodos misturadores estáticos podem ser configurados para aumentar a advecção caótica, reduzindo assim as limitações nas taxas de reação impostas pela difusão. O eletrodo misturador estático pode ser configurado para garantir que o máximo de área de superfície possível seja apresentado ao fluxo para facilitar as reações eletroquímicas e para melhorar a mistura do fluxo, de modo que as moléculas reagentes entrem em contato com as superfícies de contato do eletrodo misturador estático com mais frequência. O eletrodo misturador estático pode ser apresentado com diversas configurações geométricas ou relações de aspecto que permitam a correlação com aplicações específicas. O eletrodo misturador estático pode ser configurado para aumentar as características de turbulência, mistura e transferência de massa das correntes de fluido. As configurações também podem ser projetadas para aumentar a eficiência, o grau de reação química ou eletroquímica ou outras propriedades, como queda de pressão (enquanto retém taxas de fluxo predeterminadas), distribuição de tempo de residência ou coeficientes de transferência de calor e massa.
[0098] O eletrodo misturador estático pode compreender uma estrutura integral eletricamente condutora que define uma pluralidade de seções de passagem configuradas para aumentar a transferência de massa e a advecção caótica, por exemplo, dividindo as correntes de fluido que fluem entre cada uma das seções de passagem. Uma parte substancial da superfície da estrutura pode ser eletricamente condutora.
[0099] O eletrodo misturador estático pode ser configurado para se estender coaxialmente ao longo do comprimento e transversalmente ao longo do diâmetro de uma passagem de fluxo. Em um exemplo, o envelope do eletrodo misturador estático pode ser configurado para se estender coaxialmente ao longo do comprimento da passagem de fluxo coaxial interna e transversalmente ao longo do diâmetro da passagem de fluxo coaxial interna a fim de ocupar a passagem de fluxo coaxial interna de forma substancial.
[00100] O primeiro eletrodo 104 pode ter um diâmetro externo configurado para caber perfeitamente no interior do separador 202. Por exemplo, o diâmetro externo do primeiro eletrodo 104 pode estar na faixa de 0,5 mm a 5m, 5 mm a 1m ou 5 mm a 10 mm. Nas formas de realização, tais como a célula de fluxo 400 descrita em relação às Figuras 4A a 4C, onde o primeiro e o segundo eletrodos estão dispostos de forma concêntrica e coaxial entre si, o diâmetro interno do segundo eletrodo 106 pode estar na faixa de 0,5 mm a 5 m, 5 mm a 1 m ou 10 mm a 20 mm.
[00101] Uma razão entre o diâmetro interno do separador 202 e o diâmetro interno do segundo eletrodo 106 pode estar na faixa de 0,02 a 0,99, 0,1 a 0,9, 0,3 a 0,7 ou 0,4 a 0,6, por exemplo.
[00102] A estrutura integral eletricamente condutora do eletrodo misturador estático pode compreender uma rede contígua de elementos eletricamente condutores sólidos distribuídos ao longo da passagem de fluxo coaxial interna e configurada para induzir a advecção caótica do fluido que flui através da passagem de fluxo coaxial interna. A rede contígua de elementos sólidos condutores de eletricidade pode ser provida de uma rede de segmentos interconectados configurados para definir uma pluralidade de aberturas para induzir a advecção caótica do fluido que flui através da passagem de fluxo coaxial interna.
[00103] O eletrodo misturador estático pode ser proporcionado em uma configuração selecionada de uma ou mais das seguintes configurações exemplificativas gerais não limitantes: · Configurações abertas com hélices; · Configurações abertas com lâminas; · Chapas onduladas; · Projetos multicamadas; · Configurações fechadas com canais ou furos; · Redes interligadas de apoios, asperezas, ondulações e protuberâncias.
[00104] Em uma forma de realização, a estrutura do eletrodo misturador estático pode ser proporcionada em uma configuração de malha com uma pluralidade de unidades integrais que definem uma pluralidade de passagens configuradas para facilitar a mistura de um ou mais reagentes fluídicos.
[00105] Em outra forma de realização, o eletrodo misturador estático pode compreender uma estrutura provida de uma rede de segmentos interconectados configurados para definir uma pluralidade de aberturas para promover a mistura de fluido que flui através da câmara do reator. A estrutura pode ser configurada também para promover transferência de calor e massa, bem como mistura de fluido.
[00106] Em algumas formas de realização, o eletrodo misturador estático pode ser configurado para aumentar a advecção caótica e, por exemplo, a mistura turbulenta, tal como mistura turbulenta transversal, diagonal (ao fluxo) ou localizada. A geometria do eletrodo misturador estático, ou a estrutura do mesmo, pode ser configurada para alterar a direção do fluxo localizado ou para dividir o fluxo mais do que um certo número de vezes dentro de um determinado comprimento ao longo de um eixo longitudinal do elemento misturador estático, tal como mais de 100 m-1, opcionalmente mais de 200 m-1, opcionalmente mais de 400 m-1, opcionalmente mais de 800 m-1, opcionalmente mais de 1500 m-1, opcionalmente mais de 2000 m-1, opcionalmente mais de 2500 m-1, opcionalmente mais de 3000 m-1, opcionalmente mais de 5000 m-1. A geometria ou configuração do eletrodo misturador estático, a estrutura do mesmo, pode compreender mais do que um certo número de estruturas de divisão de fluxo dentro de um determinado volume do misturador estático, tal como mais de 100 m-3, opcionalmente mais de 1000 m-3, opcionalmente mais de 1x104 m-3, opcionalmente mais de 1x106 m-3, opcionalmente mais de 1x109 m-3, opcionalmente mais de 1x1010 m-3.
[00107] A geometria ou configuração do eletrodo misturador estático, ou a estrutura do mesmo, pode ser configurada para acompanhar um canal de uma célula de reator, como um reator tubular. Conforme descrito anteriormente, pode- se compreender que o termo "tubular" inclui configurações não circulares, por exemplo, elípticas. O eletrodo misturador estático, ou a estrutura do mesmo, pode ser formado a partir de ou compreender uma pluralidade de segmentos. Alguns ou todos os segmentos podem ser segmentos retos. Alguns ou todos os segmentos podem compreender prismas poligonais, como prismas retangulares, por exemplo. A estrutura pode compreender uma pluralidade de superfícies planas. Os segmentos retos podem ser angulados em relação uns aos outros.
Os segmentos retos podem estar dispostos em uma série de ângulos diferentes em relação a um eixo longitudinal da estrutura, como dois, três, quatro, cinco ou seis ângulos diferentes, por exemplo. O eletrodo misturador estático, ou a estrutura do mesmo, pode compreender uma estrutura repetida. O eletrodo misturador estático, ou a estrutura do mesmo, pode compreender uma pluralidade de estruturas semelhantes repetidas periodicamente ao longo do eixo longitudinal da estrutura. A geometria ou configuração pode ser consistente ao longo do comprimento do eletrodo misturador estático, ou da estrutura do mesmo. A geometria pode variar ao longo do comprimento do eletrodo misturador estático ou da estrutura do mesmo. Os segmentos retos podem ser conectados por um ou mais segmentos curvos. O eletrodo misturador estático, ou a estrutura do mesmo, pode compreender um ou mais segmentos helicoidais. O eletrodo misturador estático, ou a estrutura do mesmo, pode definir geralmente um helicoide. O eletrodo misturador estático, ou a estrutura do mesmo, pode compreender um helicoide incluindo uma pluralidade de aberturas em uma superfície do helicoide.
[00108] As dimensões do eletrodo misturador estático podem variar dependendo da aplicação. O eletrodo misturador estático, ou reator que compreende o eletrodo misturador estático, pode ser tubular. O eletrodo misturador estático ou tubo do reator pode, por exemplo, ter um diâmetro (em mm) na faixa de 1 a 5000, 2 a 2500, 3 a 1000, 4 a 500, 5 a 150 ou 10 a 100. O eletrodo misturador estático ou tubo do reator pode, por exemplo, ter um diâmetro (em mm) de pelo menos cerca de 1, 5, 10, 25, 50, 75, 100, 250, 500 ou
1000. O eletrodo misturador estático ou tubo do reator pode, por exemplo, ter um diâmetro (em mm) inferior a cerca de 5000, 2500, 1000, 750, 500, 250, 200, 150, 100, 75 ou 50. As relações de aspecto (L/d) do eletrodo misturador estático, ou das câmaras do reator compreendendo o eletrodo misturador estático, podem ser proporcionadas em uma faixa adequada para as taxas de fluxo em escala industrial para uma reação particular. As relações de aspecto podem, por exemplo, estar na faixa de cerca de 1 a 1000, 5 a 750, 10 a 500, 25 a 250, 50 a
150 ou 75 a 125. As relações de aspecto podem, por exemplo, ser inferiores a cerca de 1000, 750, 500, 250, 200, 150, 125, 100, 75, 50, 25, 20, 15, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3 ou 2. As relações de aspecto podem, por exemplo, ser superiores a cerca de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 ou 100. As relações de aspecto podem ser proporcionadas em uma faixa de quaisquer dois dos valores acima "inferiores a" e "superiores a".
[00109] Os eletrodos misturadores estáticos podem ser configurados para aumentar as propriedades, como mistura e transferência de calor e massa, para taxas de fluxo laminar ou taxas de fluxo turbulento. Pode-se compreender que, para fluidos Newtonianos que fluem em um tubo oco, a correlação dos fluxos laminares e turbulentos com os valores do número de Reynolds (Re) forneceria tipicamente taxas de fluxo laminar onde Re é < 2300, transiente onde 2300 < Re < 4000 e geralmente turbulento onde Re é > 4000. Pode-se compreender que os eletrodos misturadores estáticos reduzem esses valores de Re típicos para a produção de fluxo turbulento. Os eletrodos misturadores estáticos podem ser configurados para taxas de fluxo laminar ou turbulento de modo a proporcionar propriedades aprimoradas selecionadas a partir de um ou mais de mistura, grau de reação, transferência de calor e massa, advecção caótica e queda de pressão. Pode-se compreender que aumentar ainda mais um tipo particular de reação eletroquímica exigirá suas próprias considerações específicas. Para fluxo em um tubo, o número de Reynolds pode ser definido como Re = ρuD H/μ (ρ é a densidade de um fluido em kg.m-3, u é a velocidade média do fluido m.s-1, DH é o diâmetro hidráulico do tubo em metros e μ é a viscosidade dinâmica do fluido em Pa.s).
[00110] Em uma forma de realização, o eletrodo misturador estático pode ser configurado para operar a um Re de pelo menos 0,01, 0,1, 1, 5, 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 4500, 5000, 5500, 6000, 6500, 7000, 7500, 8000, 8500, 9000, 9500, 10000, 11000, 12000, 13000, 14000, ou 15000. O eletrodo misturador estático pode ser configurado para operar em uma faixa de Re de cerca de 0,1 a 2000, 1 a 1000, 10 a 800, ou 20 a 500. O eletrodo misturador estático pode ser configurado para operar em uma faixa de Re de cerca de 1000 a 15000, 1500 a 10000, 2000 a 8000 ou 2500 a 6000. O eletrodo misturador estático pode ser configurado para operar em um Re em uma faixa entre quaisquer dois dos valores de "pelo menos" descritos acima.
[00111] Em algumas formas de realização, o eletrodo misturador estático pode ser descrito pelo número de Péclet (Pe), que é outra classe de números adimensionais relevantes para fenômenos de transporte em um continuum. O número de Péclet fornece uma razão entre a taxa de advecção de uma quantidade física pelo fluxo e a taxa de difusão da mesma quantidade direcionada por um gradiente apropriado. No contexto de transferência de espécies ou massa, o número de Péclet é o produto do número de Reynolds (Re) e o número de Schmidt (Sc). No contexto dos fluidos térmicos, o número de Péclet térmico é equivalente ao produto do número de Reynolds (Re) e o número de Prandtl (Pr). O número de Péclet é definido como: Pe = taxa de transporte advectivo /taxa de transporte difusivo. Para transferência de massa, define-se como: PeL = Lu/D = ReL.Sc. Para transferência de calor, define-se como PeL = Lu/α = ReL.Pr, onde α = k/ρcp. L é o comprimento característico, u, a velocidade de fluxo local, D, o coeficiente de difusão de massa e α, a difusividade térmica, ρ, a densidade e cp, a capacidade térmica. O eletrodo misturador estático pode ser configurado para fornecer valores de Péclet mais altos a fim de aumentar a advecção caótica sobre a difusão para propiciar uma distribuição de tempo de residência mais uniforme e reduzir a dispersão. Em outras palavras, a configuração do eletrodo misturador estático para fornecer valores de Péclet mais elevados pode, pelo menos de acordo com algumas formas de realização e exemplos descritos neste documento, proporcionar melhor desempenho e controle de processo.
[00112] Em uma forma de realização, o eletrodo misturador estático pode ser configurado para operar a um valor de Péclet (Pe) de pelo menos 100, 1000,
2000, 5000, 10000, 15000, 20000, 25000, 50000, 75000, 100000, 250000, 500000, 106, ou 107. O eletrodo misturador estático pode ser configurado para operar a um valor de Péclet (Pe) inferior a cerca de 108, 107, 106, 500000, 250000, 100000, 75000, 50000, 25000, 20000, 15000, 10000, 5000, 2000 ou
1000. O elemento misturador estático pode ser configurado para operar em uma faixa de Pe de cerca de 103 a 108, 103 a 107, ou 104 a 106. O elemento de misturador estático pode ser configurado para operar em uma faixa de Pe entre quaisquer dois dos valores superiores e/ou inferiores acima.
[00113] A % de deslocamento de volume do eletrodo misturador estático em relação à passagem de fluxo que aloja o eletrodo pode estar na faixa de cerca de 1 a 90, 5 a 70, 10 a 30 ou 5 a 20. A % de deslocamento de volume do eletrodo misturador estático em relação à passagem de fluxo que aloja o eletrodo pode ser inferior a 90%, 80%, 70%, 60%, 50%, 40%, 30%, 20%, 10% ou 5%. A % de deslocamento de volume do eletrodo misturador estático em relação à passagem de fluxo que aloja o eletrodo pode ser superior a 1%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 50%, 60%, 70% ou 80%. A % de deslocamento de volume pode ser proporcionada em uma faixa de quaisquer dois dos valores superiores e/ou inferiores acima.
[00114] As configurações do eletrodo misturador estático podem ser proporcionadas para aumentar as propriedades de transferência de calor e massa no reator, por exemplo, um diferencial de temperatura reduzido na transversal de saída. A transferência de calor e massa do eletrodo misturador estático pode, por exemplo, apresentar um perfil de temperatura transversal ou diagonal que tem um diferencial de temperatura inferior a cerca de 20°C/mm, 15°C/mm, 10°C/mm, 9°C/mm, 8°C/mm, 7°C/mm, 6°C/mm, 5°C/mm, 4°C/mm, 3°C/mm, 2°C/mm, ou 1°C/mm.
[00115] O eletrodo misturador estático ou estrutura do mesmo pode ser configurado de modo que, em uso, a queda de pressão (isto é, o diferencial de pressão ou contrapressão) através do eletrodo misturador estático (em Pa/m) esteja em uma faixa de cerca de 0,1 a 1000.000 Pa/m (ou 1 MPa/m), incluindo qualquer valor ou faixa de quaisquer valores intermediários. Por exemplo, a queda de pressão através do eletrodo misturador estático (em Pa/m) pode ser inferior a cerca de 500.000, 250.000, 100.000, 50.000, 10.000, 5.000, 1000, 750, 500, 250, 100, 75, 50, 25, 20, 15, 10 ou 5 Pa/m. Por exemplo, a queda de pressão através do eletrodo misturador estático (em Pa/m) pode ser de pelo menos cerca de 10, 100, 1000, 5.000, 10.000, 50.000, 100.000 ou 250.000. A queda de pressão através do eletrodo misturador estático (em Pa/m) pode ser apresentada em uma faixa de quaisquer dois dos valores superiores e/ou inferiores acima. Por exemplo, em uma forma de realização, a queda de pressão através do eletrodo misturador estático (em Pa/m) pode estar na faixa de entre cerca de 10 e 250.000, 100 e 100.000 ou 1000 e 50.000. O eletrodo misturador estático pode ser configurado para apresentar uma queda de pressão inferior em relação a uma taxa de fluxo específica. A este respeito, o eletrodo misturador estático, reator, sistema e processos, conforme descrito neste documento, podem ser proporcionados com parâmetros adequados para aplicação industrial. As quedas de pressão acima podem ser mantidas onde a taxa de fluxo volumétrico é de pelo menos 0,1, 0,5, 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50 mL/min.
[00116] Em uma forma de realização, os eletrodos misturadores estáticos podem ser configurados para operar com uma taxa de fluxo volumétrico de pelo menos 0,1, 0,5, 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 75, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900 ou 1000 mL/min. Em outra forma de realização, a taxa de fluxo volumétrico pode ser inferior a cerca de 1000, 900, 800, 700, 600, 500, 450, 400, 350, 300, 250, 200, 150, 100, 75, 50, 40, 30, 20, 10 ou 5 mL/min. A taxa de fluxo pode ser uma faixa proporcionada por quaisquer dois desses valores superiores e/ou inferiores, por exemplo, uma faixa entre cerca de 50 e 400, 10 e 200, ou 20 e 200.
[00117] O eletrodo misturador estático pode ser configurado como uma inserção modular para um reator eletroquímico de fluxo contínuo ou câmara do mesmo. O eletrodo misturador estático pode ser configurado para uso com um reator eletroquímico de fluxo contínuo em linha ou uma câmara do mesmo. O reator eletroquímico de fluxo contínuo em linha pode ser um reator do tipo loop de reciclagem ou um reator de passagem única.
[00118] A configuração do eletrodo misturador estático pode ser determinada utilizando-se o software Computational Fluid Dynamics (CFD), que pode ser usado para melhorar a configuração para a mistura de reagentes para um melhor contato e ativação dos reagentes na superfície do eletrodo misturador estático.
[00119] O eletrodo misturador estático pode ser um eletrodo misturador estático fabricado aditivamente. A fabricação aditiva do eletrodo misturador estático, opcionalmente com revestimentos catalíticos e/ou resistentes à corrosão, pode proporcionar um eletrodo misturador estático configurado para uma mistura eficiente, transferência de calor e massa, reação eletroquímica ou reação catalítica adicional. O processo de fabricação aditiva permite que o eletrodo misturador estático seja testado fisicamente quanto à confiabilidade e desempenho e, opcionalmente, reprojetado e reconfigurado posteriormente utilizando-se tecnologia de fabricação aditiva (por exemplo, impressão 3D). A fabricação aditiva oferece flexibilidade no projeto e teste preliminar e, posteriormente, reprojetar e reconfigurar os eletrodos misturadores estáticos. Uma impressora 3D de feixe de elétrons ou uma impressora 3D de feixe de laser pode ser usada. O material aditivo para a impressão 3D pode ser, por exemplo, metal puro, como ferro, cobalto, níquel, cobre, zinco ou uma liga, como pós à base de liga de titânio (por exemplo, faixa de diâmetro de 45-105 micrômetros), pós à base de liga de cobalto-cromo (por exemplo, FSX-414 ou Stellite S21) ou aço inoxidável ou liga de alumínio-silício ou qualquer das ligas à base de níquel (por exemplo, Inconel, Hastelloy). Os diâmetros de pó associados às impressoras de feixe de laser são normalmente menores do que aqueles usados com impressoras de feixe de elétrons. Alternativamente, a estrutura pode ser fabricada aditivamente a partir de um material inerte, como plástico ou vidro e, em seguida, revestido com um material eletricamente condutor adequado. Além da superfície eletricamente condutora, o eletrodo misturador estático ou a estrutura do mesmo pode, opcionalmente, compreender ainda materiais catalíticos, dependendo da reação particular ou aplicação necessária. Contra-eletrodo
[00120] Pode-se compreender que o contra-eletrodo é eletricamente condutor. O contra-eletrodo pode ser operado como um anodo ou catodo, dependendo da direção do fluxo de corrente que está sendo aplicado. O contra- eletrodo pode ser composto de material ou configurado de acordo com quaisquer formas de realização ou exemplos descritos acima para o eletrodo misturador estático.
[00121] Pode-se compreender que o contra-eletrodo pode compreender uma superfície eletricamente condutora. O contra-eletrodo pode ser preparado a partir de um material capaz de fornecer densidades de corrente em qualquer um dos eletrodos em uma faixa de 1 μA m-2 a cerca de 1000 A m-2. O contra-eletrodo pode compreender um material eletricamente condutor, por exemplo, material de carbono condutor, como grafite, carbono vítreo ou diamante dopado com boro, metais, ligas ou intermetálicos como pós, folhas, hastes ou tarugos, semimetais ou semicondutores dopados ou com baixo valor de bandgap, partículas revestidas de metal, cerâmicas condutoras. O contra-eletrodo pode ser produzido de um material eletricamente não-condutor e revestido com um condutor elétrico. Os materiais não-condutores podem ser não-condutores particulados, como plásticos, cerâmicas, vidros ou minerais, resinas termoendurecíveis, resinas termoplásticas e produtos naturais, como a borracha e a madeira. Os revestimentos eletricamente condutores podem ser formados a partir de metais, ligas metálicas, compostos intermetálicos, compostos condutores ou de quaisquer materiais eletricamente condutores, conforme descrito acima para o contra-eletrodo ou eletrodo misturador estático. Configuração da Tampa Terminal e Reator
[00122] O reator pode ser proporcionado como um conjunto compreendendo o compartimento do reator, primeiro eletrodo, segundo eletrodo, separador e uma ou duas tampas terminais opcionais. As tampas terminais podem ser configuradas para vedar o compartimento do reator e configuradas opcionalmente ainda para associação com um ou mais do primeiro eletrodo, segundo eletrodo, separador, para suporte estrutural e de alinhamento na montagem e operação do reator.
[00123] Em uma forma de realização, o reator tubular pode compreender uma primeira e segunda tampas terminais, cada primeira e segunda tampas terminais sendo configurada cooperativamente para proteger as extremidades opostas do compartimento do reator e servindo de suporte ao arranjo no reator do eletrodo misturador estático, do contra-eletrodo e do separador.
[00124] As tampas terminais podem ser uma parte integrante do eletrodo misturador estático e/ou do contra-eletrodo (por exemplo, as tampas terminais podem ser feitas como parte de um do eletrodo). As tampas terminais podem ser fornecidas como uma parte integrante da célula eletroquímica de fluxo ou reator tubular eletroquímico de fluxo contínuo (por exemplo, toda a célula eletroquímica de fluxo é feita por fabricação aditiva).
[00125] As tampas terminais podem ser proporcionadas de acordo com quaisquer outras formas de realização ou exemplos das mesmas, conforme descrito neste documento. Sistema eletroquímico de fluxo
[00126] Um sistema para produzir uma reação eletroquímica de fluxo contínuo pode compreender uma célula eletroquímica de fluxo, ou reator tubular eletroquímico, de acordo com qualquer um ou mais aspectos, formas de realização ou exemplos aqui descritos.
[00127] O sistema pode compreender ainda uma bomba para produzir um fluxo fluídico para um ou mais reagentes fluídicos e quaisquer produtos dos mesmos através do reator. O sistema pode compreender ainda uma unidade elétrica para fornecer e controlar a tensão elétrica aplicada ou a corrente que flui através dos eletrodos para conduzir a reação eletroquímica na interface da corrente de fluido e eletrodos. O sistema pode compreender ainda um controlador para controlar um ou mais dos parâmetros do sistema selecionados dentre a concentração, taxa de fluxo, temperatura, pressão e tempo de residência de um ou mais reagentes fluídicos, ou fontes ou produtos dos mesmos.
[00128] O sistema de reator pode compreender um conjunto de célula de fluxo ou vários conjuntos configurados em paralelo ou em série. As polaridades dos eletrodos em cada configuração podem ser conectadas da mesma maneira em cada célula ou de uma maneira alternada, em que os eletrodos externos são, alternativamente, anodo, catodo, anodo, catodo (ou vice-versa) e o eletrodo interno são alternativamente catodo, anodo, catodo, anodo (ou vice-versa). O sistema pode ser configurado de acordo com qualquer combinação dessas polaridades. As magnitudes das tensões ou correntes aplicadas a cada célula no sistema podem ser idênticas ou podem variar e as velocidades de bombeamento através das células no sistema podem ser idênticas ou podem variar.
[00129] O sistema de reator pode ser construído e controlado de modo a aceitar a entrada de energia variável no tempo, por exemplo, de uma fonte de energia renovável. Por exemplo, as taxas de fluxo do reagente podem ser variadas de acordo com a energia disponível para eletrólise, de modo que o reator de fluxo continue operando quando a fonte de energia flutuar.
[00130] As relações de aspecto do reator podem, por exemplo, ser semelhantes àquelas descritas anteriormente para o eletrodo misturador estático, de modo que um módulo de eletrodo misturador estático possa ser configurado para inserção no reator.
[00131] O reator pode compreender um trocador de calor opcional para controlar a temperatura do reator, seção da câmara, misturador estático ou componentes fluídicos dos mesmos. O trocador de calor pode ser um projeto ou configuração de trocador de calor do tipo casco e tubo.
[00132] A presente divulgação também proporciona um sistema para um processo de reação eletroquímica de fluxo contínuo que compreende:
um reator eletroquímico de fluxo contínuo compreendendo um ou mais eletrodos misturadores estáticos de acordo com qualquer uma das formas de realização ou exemplos aqui descritos; uma bomba para produzir um fluxo fluídico para um ou mais reagentes fluídicos e quaisquer produtos dos mesmos através do reator; um meio de controle para controlar um ou mais dos parâmetros do sistema selecionados dentre as concentrações de reagentes, taxas de fluxo, fluxo de corrente, tensão aplicada, pressão e tempo de residência.
[00133] O sistema pode compreender um trocador de calor opcional para controlar a temperatura do reator ou dos componentes fluídicos do mesmo.
[00134] O sistema pode compreender ainda um espectrômetro, que pode ser usado para identificar e determinar as concentrações para qualquer um ou mais reagentes fluídicos ou produtos dos mesmos.
[00135] Um ou mais do reator, câmara do reator, seção da câmara e eletrodo misturador estático podem ser fornecidos em forma modular para associação complementar dos mesmos. O sistema pode compreender uma pluralidade de reatores que pode apresentar configuração interna e/ou externa semelhante ou diferente. Os reatores podem operar em série ou em paralelo, ou em uma combinação de ambos. Pode-se compreender que o sistema, reator ou cada seção de câmara pode incluir uma ou mais entradas e saídas para fornecer reagentes, obter produtos ou para recircular vários reagentes e/ou produtos.
[00136] Compreende-se também que o reator ou sistema pode ser projetado para a reciclagem dos vários reagentes, fontes de reagentes, produtos intermediários ou produtos desejados fornecidos e produzidos nas seções da câmara. O reator ou sistema pode ser proporcionado sob diversos projetos e formas, por exemplo, sob a forma de um reator tubular. Em outra forma de realização, o reator é um reator de passagem única.
[00137] O sistema e os processos podem ser integrados também em sistemas mais complexos, tais como sistemas e processos compreendendo um gaseificador de carvão, reticulação e purificação de água, eletrolisador e/ou reformador de gás natural, síntese química e purificação etc. Aplicações eletroquímicas
[00138] O reator eletroquímico de fluxo, célula eletroquímica de fluxo ou reator tubular eletroquímico de fluxo contínuo, de acordo com quaisquer formas de realização ou exemplos aqui descritos, podem ser usados para várias aplicações, incluindo a recuperação de metal, recuperação de metais pesados e preciosos de efluentes e águas residuais de mina, tratamento de águas residuais, desinfecção ou purificação de água (por exemplo, água potável) e recuperação de metais de resíduos sólidos (por exemplo, lodo, rejeitos e produtos descartados) e eletrossíntese de vários produtos (por exemplo, geração de gás, armazenamento e conversão de energia, regeneração de reagentes e polimerização).
[00139] O reator que compreende o eletrodo misturador estático pode ser para uso em um sistema e processo de reação eletroquímica de fluxo contínuo. O processo pode ser um processo de fluxo contínuo em linha. O processo de fluxo contínuo em linha pode ser um ciclo de reciclagem ou um processo de passagem única. Em uma forma de realização, o processo de fluxo contínuo em linha é um processo de passagem única.
[00140] Como mencionado acima, o reator eletroquímico que compreende o eletrodo misturador estático é capaz de realizar reações de forma contínua. O reator eletroquímico pode usar correntes de produto e alimentação monofásica ou multifásica. Em uma forma de realização, a alimentação de substrato (compreendendo um ou mais reagentes) pode ser fornecida como uma corrente fluídica contínua, por exemplo, uma corrente líquida contendo: a) o substrato como um soluto dentro de um solvente apropriado, ou b) um substrato líquido, com ou sem um cossolvente. Pode-se compreender que a corrente fluídica pode ser fornecida por uma ou mais correntes gasosas, por exemplo, um gás hidrogênio ou uma fonte do mesmo. A alimentação de substrato é bombeada para o reator utilizando fluxo induzido por pressão, por exemplo, por meio de uma bomba. Em outra forma de realização, a alimentação de substrato pode ser provida de sólidos suspensos em uma corrente de fluido e, ainda em outra forma de realização, a corrente de fluido reagente pode compreender sólidos, líquidos e gases.
[00141] Em uma forma de realização, proporciona-se um método para o tratamento eletroquímico de uma corrente de fluido que compreende uma célula eletroquímica de fluxo ou reator tubular eletroquímico de fluxo contínuo de acordo com quaisquer formas de realização ou exemplos dos mesmos, conforme descrito neste documento.
[00142] O método acima pode ser para remover íons metálicos dissolvidos de uma corrente fluídica pela aplicação de uma corrente contínua através do eletrodo misturador estático e contra-eletrodo para formar um depósito sólido compreendendo metais e/ou compostos metálicos na superfície do eletrodo misturador estático. O método pode ser para recuperar metal de uma corrente fluídica obtida de rejeitos de mina. O método pode compreender operar em paralelo e/ou em série conforme descrito acima para o sistema de reator. Em uma forma de realização, o método é operado em série.
[00143] Em um exemplo, o método compreende pelo menos um primeiro e um segundo reator tubular eletroquímico de fluxo contínuo, cada reator configurado de modo que a membrana permeável separe o eletrodo misturador estático do contra-eletrodo para definir uma passagem de fluxo coaxial interna que aloja um eletrodo e uma passagem de fluxo concêntrica externa que aloja o outro eletrodo, cada passagem de fluxo tendo pelo menos uma entrada e pelo menos uma saída. O método pode permitir o carregamento de metal em um eletrodo misturador estático do primeiro reator tubular, enquanto fornece ao segundo reator em série a polaridade dos eletrodos invertida para remover o metal previamente carregado em um eletrodo misturador estático do segundo reator tubular.
[00144] Em um outro exemplo deste método acima, uma primeira corrente de fluido pode ser introduzida na passagem de fluxo coaxial interna do primeiro reator tubular e a sua saída introduzida na passagem de fluxo concêntrica externa do segundo reator tubular. Uma segunda corrente de fluido pode ser simultaneamente introduzida na passagem de fluxo concêntrica externa do primeiro reator tubular e a saída da mesma introduzida na passagem de fluxo coaxial interna do segundo reator tubular. O primeiro reator tubular pode ser operado para ter o primeiro eletrodo misturador estático sob redução para acumular espécies metálicas sólidas e o segundo reator tubular operado para ter o segundo eletrodo misturador estático sob oxidação para remover qualquer espécie de metal presente nele.
[00145] Outra vantagem do reator eletroquímico de fluxo e sistema do mesmo de acordo com várias formas de realização ou exemplos aqui descritos é que a célula eletroquímica de fluxo ou reator tubular não precisa ser desmontado e o catodo substituído e oferece flexibilidade para operar em série ou com modo reverso ao alternar a corrente e alternar em diferentes fluxos fluídicos para remover o metal, compostos metálicos ou outros produtos contendo metal formados no eletrodo misturador estático como o catodo em uma reação de redução.
[00146] A presente divulgação também proporciona um processo para sintetizar um produto pela reação de um ou mais reagentes fluídicos, o processo compreendendo as etapas de: proporcionar um reator eletroquímico de fluxo contínuo compreendendo um eletrodo misturador estático ou sistema de acordo com qualquer uma das formas de realização ou exemplos aqui descritos; proporcionar pelo menos um primeiro reagente fluídico ao reator por meio de uma entrada de reagente; operar o reator, ou meios de controle do mesmo, para proporcionar fluxo e reação do pelo menos primeiro reagente fluídico através do eletrodo misturador estático; e obter um fluxo de saída compreendendo um produto de uma reação do pelo menos primeiro reagente.
[00147] Pode-se compreender que vários parâmetros e condições usados no processo, tais como fluxo de corrente, pressões e concentração/quantidades de materiais e reagentes, podem ser selecionados dependendo de uma gama de variáveis do processo, incluindo o produto a ser sintetizado, reação eletroquímica ou mecanismos envolvidos, fonte do reagente ou tipo do reator a ser usado e materiais e configuração dos mesmos. Por exemplo, existirão diferenças quando um ou mais reagentes fluídicos, ou cossolventes (por exemplo, transportadores inertes), etc., forem gases, líquidos, sólidos ou combinações dos mesmos.
[00148] O reator eletroquímico de fluxo pode ser operado com densidades de corrente em qualquer eletrodo em uma faixa de 1 µA m-2 a cerca de 1000 A m-2. A densidade de corrente (em A m-2) pode, por exemplo, ser inferior a cerca de 1000, 500, 200, 100, 50, 20, 10, 5,0, 2,0, 1,0, 0,5, 0,2, 0,1, 0,05, 0,02, 0,01, 0,005, 0,002, 0,001, 0,0005, 0,0002, 0,0001, 0,00005, 0,00002, 0,00001, 0,000005, 0,000002, ou 0,000001. A densidade de corrente (em A m-2) pode, por exemplo, ser superior a cerca de 0,000002, 0,000005, 0,00001, 0,00002, 0,00005, 0,0001, 0,0002, 0,0005, 0,001, 0,002, 0,005, 0,01, 0,02, 0,05, 0,1, 0,2, 0,5, 1,0, 2,0, 5,0, 10, 20, 50, 100, 200 ou 500. A densidade de corrente pode ser proporcionada em qualquer faixa de dois valores selecionados a partir de qualquer um dos valores acima. Pode-se compreender que várias aplicações e configurações podem aplicar diferentes densidades de corrente.
[00149] Em alguns exemplos, as tensões aplicadas através dos eletrodos podem ser inferiores a cerca de 2,0, 1,8, 1,6, 1,4, 1,2, 1,0, 0,8, 0,6, 0,4 ou 0,2. Em alguns exemplos, as tensões aplicadas através dos eletrodos podem ser de pelo menos cerca de 0,2, 0,4, 0,6, 0,8, 1,0, 1,2, 1,4, 1,6 ou 1,8. As tensões podem estar em uma faixa proporcionada por quaisquer dois desses valores superiores e/ou inferiores.
[00150] Em um exemplo, o desempenho operacional do reator eletroquímico de fluxo pode ser medido por sua eficiência de recuperação. A eficiência de recuperação envolve a quantidade de uma espécie (por exemplo, contaminante),
como uma espécie de metal dissolvida, presente em um fluido que pode ser removido do fluido pela célula eletroquímica de fluxo.
Em um exemplo, a eficiência de recuperação medida como uma % do contaminante recuperado (ou removido) de um fluido é de pelo menos 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98 ou 99. Em alguns exemplos, qualquer uma das eficiências de recuperação pode ser fornecida a partir da operação contínua (por exemplo, reciclagem em reator do tipo loop de reciclagem) ao longo de uma duração inferior a cerca de 48 horas, 36 horas, 24 horas, 12 horas, 6 horas, 3 horas, 2 horas ou 1 hora.
Em outro exemplo, uma espécie (por exemplo, contaminante), como uma espécie de metal dissolvida (por exemplo, espécie de cobre), pode ser removida de um fluido onde a espécie está presente no fluido em uma concentração inferior a cerca de (em mol/L) 1, 0,5, 0,1, 0,05, 0,01, 0,005, 0,001, 0,0005, 0,0001, 0,00005 ou 0,00001. Em outro exemplo, uma espécie (por exemplo, contaminante), como uma espécie de metal dissolvida, pode ser removida de um fluido onde a espécie está presente no fluido em uma concentração superior a cerca de (em mol/L) 0,0001, 0,0005, 0,001, 0,005, 0,01, 0,05, 0,1 ou 0,5. As espécies removidas podem estar em uma concentração entre quaisquer duas dessas faixas superiores e/ou inferiores.
As eficiências de recuperação e/ou durações de reciclagem acima são aplicáveis a qualquer uma dessas concentrações de espécies (por exemplo, contaminante). Por exemplo, o desempenho operacional do reator, sistema ou métodos do mesmo, pode proporcionar uma eficiência de recuperação de pelo menos cerca de 50% de uma espécie de metal dissolvida a partir de um fluido com uma concentração inicial inferior a cerca de 0,01 mol/L.
Em outro exemplo, a eficiência de recuperação pode ser de pelo menos cerca de 60% de uma espécie de metal dissolvida a partir de um fluido com uma concentração inicial inferior a cerca de 0,005 mol/L.
Em outro exemplo, a eficiência de recuperação pode ser de pelo menos cerca de 70% de uma espécie de metal dissolvida a partir de um fluido com uma concentração inicial inferior a cerca de 0,001 mol/L.
Em outro exemplo, a eficiência de recuperação pode ser de pelo menos cerca de 80% de uma espécie de metal dissolvida a partir de um fluido com uma concentração inicial inferior a cerca de 0,0005 mol/L. Em outro exemplo, a eficiência de recuperação pode ser de pelo menos cerca de 90% de uma espécie de metal dissolvida a partir de um fluido com uma concentração inicial inferior a cerca de 0,0001 mol/L.
[00151] Em outro exemplo, uma espécie (por exemplo, contaminante), como uma espécie de metal dissolvida (por exemplo, espécie de cobre), pode ser removida de um fluido onde a espécie está presente no fluido em uma concentração inicial de cerca ou inferior a cerca de (em ppm) 1000, 750, 500, 250, 100, 75, 50, 25, 10, 5 ou 1. Em outro exemplo, uma espécie (por exemplo, contaminante), como uma espécie de metal dissolvida, pode ser removida de um fluido onde a espécie está presente no fluido em uma concentração inicial de cerca ou superior a cerca de (em ppm) 5, 10, 25, 50, 75, 100, 250, 500, 750 ou
1000. As espécies removidas podem estar em uma concentração inicial no fluido entre quaisquer duas dessas faixas superiores e/ou inferiores. Em um exemplo, a eficiência de recuperação medida como uma % do contaminante recuperado (ou removido) de um fluido é de pelo menos 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98 ou 99. Em alguns exemplos, qualquer uma das eficiências de recuperação pode ser fornecida a partir da operação contínua (por exemplo, reciclagem em reator do tipo loop de reciclagem) ao longo de uma duração inferior a cerca de 48 horas, 36 horas, 24 horas, 12 horas, 6 horas, 3 horas, 2 horas ou 1 hora. As eficiências de recuperação e/ou durações de reciclagem acima são aplicáveis a qualquer uma dessas concentrações de espécies (por exemplo, contaminante). Por exemplo, o desempenho operacional do reator, sistema ou métodos do mesmo, pode proporcionar uma eficiência de recuperação de pelo menos cerca de 50% de uma espécie de metal dissolvida a partir de um fluido com uma concentração inicial inferior a cerca de 100 ppm da espécie de metal dissolvida durante uma operação contínua inferior a cerca de 3 horas. Em outro exemplo, a eficiência de recuperação pode ser de pelo menos cerca de 95% de uma espécie de metal dissolvida de um fluido com uma concentração inicial de cerca de 100 ppm durante uma operação contínua inferior a cerca de 24 horas.
[00152] As temperaturas (°C) em relação ao processo podem estar em uma faixa entre -50 e 400, ou em qualquer número inteiro ou faixa de quaisquer números inteiros intermediários. Por exemplo, a temperatura (°C) pode ser de pelo menos cerca de -50, -25, 0, 25, 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300 ou 350. Por exemplo, a temperatura (°C) pode ser inferior a cerca de 350, 300, 250, 200, 150, 100 ou 50. A temperatura pode ser fornecida também a aproximadamente qualquer um desses valores ou em uma faixa entre qualquer um desses valores, tal como uma faixa entre cerca de 0 a 250°C, cerca de 25 a 200°C, ou cerca de 50 a 150°C.
[00153] Em uma forma de realização, o processo pode ser operado para proporcionar um Re de pelo menos 0,01, 0,1, 1, 5, 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 4500, 5000, 5500, 6000, 6500, 7000, 7500, 8000, 8500, 9000, 9500, 10000, 11000, 12000, 13000, 14000 ou 15000. O processo pode ser operado em uma faixa Re de cerca de 0,1 a 2000, 1 a 1000, 10 a 800 ou 20 a 500. O processo pode ser operado em uma faixa Re de cerca de 1000 a 15000, 1500 a 10000, 2000 a 8000 ou 2500 a 6000. O processo pode ser operado em uma faixa Re proporcionada por quaisquer dois dos "pelo menos" valores acima.
[00154] Em uma forma de realização, o processo pode ser operado a um valor de Péclet (Pe) de pelo menos 100, 1000, 2000, 5000, 10000, 15000, 20000, 25000, 50000, 75000, 100000, 250000, 500000, 10 6 ou 107. O processo pode ser operado a um valor de Péclet (Pe) inferior a cerca de 108, 107, 106, 500000, 250000, 100000, 75000, 50000, 25000, 20000, 15000, 10000, 5000, 2000 ou
1000. O processo pode ser operado em uma faixa de Pe de cerca de 103 a 108, 103 a 107, ou 104 a 106. O processo pode ser operado em uma faixa de Pe entre quaisquer dois dos valores superiores e/ou inferiores acima.
[00155] O processo pode proporcionar uma queda de pressão (ou contrapressão) através do eletrodo misturador estático (em Pa/m) em uma faixa de cerca de 0,1 a 1000.000 Pa/m (ou 1 MPa/m), incluindo qualquer valor ou faixa de quaisquer valores intermediários. Por exemplo, a queda de pressão através do eletrodo misturador estático (em Pa/m) pode ser inferior a cerca de 500.000,
250.000, 100.000, 50.000, 10.000, 5.000, 1000, 750, 500, 250, 100, 75, 50, 25, 20, 15, 10 ou 5 Pa/m. Por exemplo, a queda de pressão através do eletrodo misturador estático (em Pa/m) pode ser de pelo menos cerca de 10, 100, 1000,
5.000, 10.000, 50.000, 100.000 ou 250.000. A queda de pressão através do eletrodo misturador estático (em Pa/m) pode ser proporcionada em uma faixa de quaisquer dois dos valores superiores e/ou inferiores acima. Por exemplo, em uma forma de realização, a queda de pressão através do eletrodo misturador estático (em Pa/m) pode estar na faixa dentre cerca de 10 e 250.000, 100 e
100.000 ou 1000 e 50.000. A este respeito, o eletrodo misturador estático, reator, sistema e processos, conforme descrito neste documento, podem ser fornecidos com parâmetros adequados para aplicação industrial. As quedas de pressão acima, ou faixas das mesmas, podem ser proporcionadas onde a taxa de fluxo volumétrico é de pelo menos 0,1, 0,5, 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 100, 500, 1000 mL/min.
[00156] Em uma forma de realização, uma taxa de fluxo volumétrico de pelo menos 0,1, 0,5, 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 75, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900 ou 1000 mL/min pode ser proporcionada. Em outra forma de realização, a taxa de fluxo volumétrico inferior a cerca de 1000, 900, 800, 700, 600, 500, 450, 400, 350, 300, 250, 200, 150, 100, 75, 50, 40, 30, 20, 10 ou 5 mL/min pode ser proporcionada. A taxa de fluxo pode ser uma faixa proporcionada por quaisquer dois desses valores superiores e/ou inferiores, por exemplo, uma faixa entre cerca de 50 e 400, 10 e 200, ou 20 e 200.
[00157] O processo pode envolver um tempo médio de residência no misturador estático ou reator em uma faixa de cerca de 0,1 segundo a cerca de
60 minutos. O tempo médio de residência pode, por exemplo, ser inferior a cerca de 60 minutos, 45 minutos, 30 minutos, 15 minutos, 10 minutos, 5 minutos, 1 minuto, 30 segundos, 10 segundos ou 5 segundos. O tempo médio de residência pode, por exemplo, ser superior a cerca de 1 segundo, 5 segundos, 10 segundos, 30 segundos, 1 minuto, 5 minutos, 10 minutos, 15 minutos, 30 minutos ou 45 minutos. O tempo médio de residência pode ser proporcionado como uma faixa selecionada a partir de quaisquer dois desses valores mencionados anteriormente. Por exemplo, o tempo médio de residência pode estar na faixa de 5 segundos a 10 minutos, 1 segundo a 5 minutos, ou 1 minuto a 60 minutos.
[00158] O processo pode proporcionar uma eficiência Faradaica (% de carga passada que participa da reação de interesse) de pelo menos 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 98 ou 99. O processo pode proporcionar uma eficiência Faradaica (% de carga passada que participa da reação de interesse) inferior a 99, 98, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15 ou 10. O processo pode proporcionar uma eficiência Faradaica (% de carga passada participa da reação de interesse) em uma faixa proporcionada por quaisquer dois dos valores superiores e/ou inferiores acima.
[00159] As correntes de anólito e/ou católito podem incluir qualquer solvente adequado, espécie eletroativa e eletrólito de suporte. As concentrações das espécies dissolvidas podem variar de partes por bilhão até os limites de sua solubilidade (dezenas de moles por litro). Além das espécies dissolvidas, as correntes fluídicas podem conter também múltiplas fases em qualquer combinação: sólidos não dissolvidos (por exemplo, sólidos suspensos em uma corrente fluídica), líquidos imiscíveis e gases. Assim, as correntes fluídicas podem compreender solventes aquosos ou não aquosos, solventes moleculares, sais fundidos, líquidos iônicos, solventes supercríticos ou misturas dos mesmos. As espécies dissolvidas podem ser iônicas, moleculares ou substancialmente pareadas com íons em solução. Eles podem ser sólidos dissolvidos, gases, líquidos miscíveis ou misturas dos mesmos. As outras fases presentes podem ser sólidas ou géis suspensos, polímeros orgânicos ou inorgânicos, produtos naturais ou misturas dos mesmos. Podem ser gases ou vapores deliberadamente introduzidos ou produzidos pela ação do fluxo e/ou atividade eletroquímica. Em outro exemplo, o fluido é um líquido ou um líquido complexo, como um líquido que compreende uma dissolução e/ou suspensão de sólidos.
[00160] Em uma forma de realização, um método para a remoção de uma espécie de uma corrente de fluido pode ser proporcionado, o qual compreende uma célula eletroquímica de fluxo ou sistema da mesma de acordo com quaisquer aspectos, formas de realização ou exemplos dos mesmos, conforme descrito neste documento. A espécie pode ser uma espécie de metal dissolvida na corrente de fluido. Pode-se compreender que qualquer uma das formas de realização ou exemplos acima relacionados ao desempenho da célula eletroquímica de fluxo podem se aplicar a esta forma de realização.
Exemplos
[00161] A presente divulgação é descrita ainda pelos seguintes exemplos. Deve ser entendido que a seguinte descrição tem o propósito de descrever formas de realização particulares apenas e não deve ser limitante em relação à descrição acima. Exemplo 1
[00162] Um reator eletroquímico de fluxo foi preparado compreendendo um separador 200 (Figura 2), junto com uma linha de alimentação de líquido incluindo uma (-) bomba(s) peristáltica(s) (Masterflex L/S Variable-Speed Drive w/Remote I/O; 600 rpm) 120 para controlar o fluxo de eletrólito na célula e uma fonte de alimentação de energia 110 (potenciostato Autolab 302N da Metrohm Autolab BV, Utrecht, Holanda) para controlar o potencial/corrente eletroquímica aplicada que flui através da célula.
[00163] Um eletrodo misturador estático metálico fabricado aditivamente (SME) 104, 204 como o eletrodo de trabalho foi ajustado perfeitamente no interior de um separador polimérico poroso tubular 202 (GenPore Reading, EUA) na configuração separada que define o compartimento de trabalho. Duas portas em cada extremidade do eletrodo são incorporadas ao projeto para fornecer conexões para o fluxo de fluido. O fluido é admitido no compartimento de trabalho por meio desses tubos. Tal como acontece com todos os misturadores estáticos, o momento da solução induz a mistura à medida que flui pelas muitas faces anguladas da superfície do misturador. Um contra-eletrodo tubular inerte 102, feito de carbono vítreo neste experimento em particular, circunda o compartimento de trabalho a uma pequena distância do separador, criando um contra-compartimento de baixo volume e forma o revestimento externo da célula. Todo o conjunto é vedado por duas tampas terminais 500 (Figuras 4A, 4B e 4C). As portas 144 usinadas nas tampas terminais fornecem fluxo de fluido para o compartimento do contra-eletrodo. Esta configuração permite que diferentes fluidos sejam usados nos dois compartimentos, caso o experimento assim o exija.
[00164] A eficiência com a qual a célula funciona pode ser avaliada comparando a corrente limite medida em várias taxas de fluxo com os resultados de um eletrodo de disco rotativo (RDE) na mesma solução. Essas comparações são indicadores úteis de desempenho e não são usadas para tirar qualquer conclusão sobre as condições hidrodinâmicas na superfície do misturador estático.
[00165] Para avaliar o desempenho das duas configurações do atual reator eletroquímico de fluxo, conduziu-se uma série de experimentos para investigar a redução eletroquímica da solução de ferricianeto ([Fe(CN)6]3+) (10-3-10-1 M) em cloreto de potássio a 0,5 M como eletrólito de suporte usando o eletrodo misturador estático revestido de platina (ou seja, eletrodo de trabalho) e o tubo de carbono vítreo (ou seja, anodo). Uma reação de redução típica na configuração separada do reator oi conduzida da seguinte forma.
[00166] As medições cronoamperométricas foram realizadas nas etapas de potencial de -1,4 V, -1,6 V, -1,8 V e -2 V foram aplicadas à célula ao longo de 100 segundos, com a célula sendo operada durante o primeiro intervalo de 50 segundos no modo estacionário (ou seja, 0 mL min -1) e o último intervalo de 50 segundos a uma taxa de fluxo constante entre 10 e 400 mL min-1 (Figuras 7-9). As correntes de estado estacionário foram observadas para todas as taxas de fluxo e, ao aumentar a taxa de fluxo, a corrente registrada aumentou em todas as etapas de potencial. Embora as correntes registradas tenham aumentado com o aumento do potencial, algumas bolhas de gás foram observadas na solução que saía da célula de fluxo quando -1,8 V e -2 V foram aplicados. Nestes potenciais mais elevados para esta configuração experimental de evolução do hidrogênio, ocorre uma redução de [Fe(CN)6]3+ no catodo, o que pode complicar a análise.
[00167] Os resultados experimentais mostraram que em concentrações mais baixas de íons eletroativos, onde a reação é limitada pelo transporte de massa (ou seja, [Fe(CN)6]3+ a 0,001 e 0,01 M), a configuração da célula eletroquímica de fluxo aumenta significativamente a taxa de reação. Na concentração mais alta (ou seja, 0,1 M de [Fe(CN)6]3+), onde a reação é controlada pelo transporte de massa e fatores cinéticos (controle misto), o aumento da taxa de reação é menor, entre 1,5 a 3,7 mais rápido ao usar o eletrodo misturador estático. Exemplo 2
[00168] A eficiência da célula eletroquímica de fluxo na remoção dos íons de cobre da solução ácida contaminada contendo 10-100 ppm de Cu2+ em H2SO4 a 0,01M foi avaliada utilizando-se um eletrodo misturador estático de aço inoxidável (ou seja, eletrodo de trabalho) e tubo de carbono vítreo (ou seja, anodo) nas taxas de fluxo que variam de 10 a 1000 mL min-1 em uma forma de realização de configuração separada da célula eletroquímica de fluxo. Conforme mostrado na Figura 10, ao aumentar a taxa de fluxo acima de 50 mL min-1, a eficiência de remoção diminuiu, o que é devido à diminuição do tempo de residência dos íons eletroativos na superfície do eletrodo de trabalho para completar a reação de redução (Figuras 10A e 10B). Por outro lado, ao aumentar a taxa de fluxo, a carga que passou pelo eletrodo de trabalho foi aumentada e a recuperação de corrente aumentou correspondentemente (Figuras 10C e 10D). No entanto, o aumento da taxa de fluxo é eficiente até um ponto além da diminuição de eficiência devido à redução do tempo de residência dos íons eletroativos na superfície do eletrodo. Exemplo 3
[00169] Experimentos exaustivos de eletrólise também foram realizados para mostrar a eficácia com que a célula eletroquímica de fluxo pode remover os íons de cobre de um volume fixo de uma solução aquosa contaminada. Uma solução de dois litros de água contaminada com cobre (ou seja, 100 ppm de CuSO4.4H2O em H2SO4 a 0,01M) foi processada utilizando-se a célula eletroquímica de fluxo a uma taxa de fluxo constante de 50 mL min-1 por 24 horas. Os resultados de imagem óptica e SEM/EDS confirmaram a deposição dos íons de cobre no eletrodo misturador estático de trabalho (Figura 11) e os resultados de ICP-MS mostraram que uma redução de 99,7% na concentração de cobre foi alcançada em 24 horas em configurações separadas da célula eletroquímica de fluxo (Figura 12).

Claims (29)

Reivindicações
1. CÉLULA ELETROQUÍMICA DE FLUXO, caracterizada por compreender: uma câmara de reação; um primeiro eletrodo; um segundo eletrodo; e um separador disposto entre o primeiro e o segundo eletrodos, o separador definindo pelo menos parcialmente um primeiro canal dentro da câmara de reação configurado para acomodar uma primeira corrente de fluido em contato com o primeiro eletrodo e um segundo canal dentro da câmara de reação configurado para acomodar uma segunda corrente de fluido em contato com o segundo eletrodo, em que o separador compreende uma membrana permeável que permite a comunicação elétrica entre o primeiro e o segundo eletrodos por meio das correntes de fluido, enquanto restringe a troca de fluido entre as correntes de fluido, e em que o primeiro eletrodo compreende uma porção de misturador estático que define uma pluralidade de estruturas de divisão que divide a primeira corrente de fluido em uma pluralidade de subcorrentes em uma pluralidade de locais ao longo de um comprimento do primeiro eletrodo.
2. CÉLULA ELETROQUÍMICA DE FLUXO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela célula eletroquímica de fluxo ser um reator tubular de fluxo contínuo.
3. CÉLULA ELETROQUÍMICA DE FLUXO, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo diâmetro da porção de misturador estático do primeiro eletrodo ser aproximadamente igual a um diâmetro do primeiro canal.
4. CÉLULA ELETROQUÍMICA DE FLUXO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo primeiro eletrodo estar disposto em contato com o separador.
5. CÉLULA ELETROQUÍMICA DE FLUXO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo separador e o segundo eletrodo estarem dispostos de forma concêntrica e coaxial com um eixo longitudinal central do primeiro eletrodo.
6. CÉLULA ELETROQUÍMICA DE FLUXO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo separador e o segundo eletrodo serem substancialmente cilíndricos.
7. CÉLULA ELETROQUÍMICA DE FLUXO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo segundo eletrodo formar pelo menos parte de uma parede da câmara de reação.
8. CÉLULA ELETROQUÍMICA DE FLUXO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelas estruturas de divisão adjacentes da porção de misturador estático estarem dispostas em diferentes ângulos de rotação em torno de um eixo longitudinal central da porção de misturador estático.
9. CÉLULA ELETROQUÍMICA DE FLUXO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pela porção de misturador estático compreender uma pluralidade de módulos estruturais substancialmente similares dispostos consecutivamente ao longo de um comprimento da porção de misturador estático.
10. CÉLULA ELETROQUÍMICA DE FLUXO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo primeiro eletrodo compreendendo a porção de misturador estático ser configurado para melhorar a advecção caótica, dividindo a primeira corrente de fluido em mais de 200 m-1, que corresponde a um número de vezes que a primeira corrente de fluido é dividida em um determinado comprimento ao longo da porção de misturador estático do primeiro eletrodo.
11. CÉLULA ELETROQUÍMICA DE FLUXO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo primeiro eletrodo compreendendo a porção de misturador estático ser configurado para operar em um número de Péclet (Pe) de pelo menos 10.000.
12. CÉLULA ELETROQUÍMICA DE FLUXO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo primeiro eletrodo compreendendo a porção de misturador estático ser configurado para operar a uma queda de pressão através do primeiro eletrodo (em Pa/m) entre 1000 a 100.000.
13. CÉLULA ELETROQUÍMICA DE FLUXO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizada pelo primeiro eletrodo compreendendo a porção de misturador estático ser configurado para operar dentro do primeiro canal para proporcionar uma taxa de fluxo volumétrico para a primeira corrente de fluido de pelo menos 0,1 mL/min.
14. SISTEMA ELETROQUÍMICO DE FLUXO, caracterizado por compreender pelo menos uma primeira célula eletroquímica de fluxo, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 13.
15. SISTEMA ELETROQUÍMICO DE FLUXO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por compreender ainda: uma segunda célula eletroquímica de fluxo, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 13; e uma pluralidade de linhas de fluxo conectando a primeira célula eletroquímica de fluxo à segunda célula eletroquímica de fluxo, de modo que o primeiro canal da primeira célula eletroquímica de fluxo esteja em comunicação de fluido com o segundo canal da segunda célula eletroquímica de fluxo e o segundo canal da primeira célula eletroquímica de fluxo esteja em comunicação de fluido com o primeiro canal da segunda célula eletroquímica de fluxo.
16. SISTEMA ELETROQUÍMICO DE FLUXO, de acordo com a reivindicação 14 ou 15, caracterizado por compreender ainda: uma bomba para produzir fluxo fluídico das correntes de fluido; uma fonte de alimentação de energia para controlar a corrente através dos eletrodos ou a tensão aplicada aos eletrodos;
um controlador para controlar um ou mais parâmetros do sistema compreendendo concentração, taxa de fluxo, temperatura, pressão e tempo de residência.
17. MÉTODO PARA TRATAMENTO ELETROQUÍMICO de uma corrente de fluido caracterizado por compreender uma célula eletroquímica de fluxo, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 13 ou o sistema conforme definido em qualquer uma das reivindicações 14 a 16.
18. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por tratar águas residuais, remover íons metálicos dissolvidos de uma corrente de fluido ou recuperar metal de uma corrente de fluido.
19. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por remover uma espécie de metal dissolvida da primeira corrente de fluido, em que a remoção da espécie de metal ocorre na superfície da porção de misturador estático do primeiro eletrodo.
20. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 19, caracterizado pela célula eletroquímica de fluxo que compreende o primeiro eletrodo compreendendo a porção de misturador estático ser operada para aumentar a advecção caótica, dividindo a primeira corrente de fluido em mais de 200 m-1, que corresponde a um número de vezes que a primeira corrente de fluido é dividida em um determinado comprimento ao longo da porção de misturador estático do primeiro eletrodo.
21. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 20, caracterizado pela célula eletroquímica de fluxo que compreende o primeiro eletrodo compreendendo a porção de misturador estático ser operada para proporcionar um número de Péclet (Pe) de pelo menos 10.000.
22. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 21, caracterizado pela célula eletroquímica de fluxo que compreende o primeiro eletrodo compreendendo a porção de misturador estático ser operada para proporcionar uma queda de pressão através do primeiro eletrodo (em Pa/m) entre 1000 a 100.000.
23. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 22, caracterizado pela célula eletroquímica de fluxo ser operada para proporcionar uma taxa de fluxo volumétrico para a primeira corrente de fluido de pelo menos 0,1 mL/min.
24. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 23, caracterizado pela primeira corrente de fluido compreender uma espécie de metal dissolvida a uma concentração inferior (em mol/L) a 0,01 mol/L.
25. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 24, caracterizado pela célula eletroquímica de fluxo ser operada para proporcionar uma eficiência de recuperação de um contaminante ou espécie de metal na primeira corrente de fluido de pelo menos cerca de 90% do contaminante ou espécie de metal inicialmente presente na primeira corrente de fluido.
26. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 25, caracterizado pela célula eletroquímica de fluxo ser operada para proporcionar densidades de corrente no eletrodo misturador estático e contra-eletrodo em uma faixa de 1µA m-2 a cerca de 1000 A m-2.
27. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 26, caracterizado por operar uma primeira e segunda células eletroquímicas de fluxo, conforme definidas em qualquer uma das reivindicações 1 a 13, em que uma pluralidade de linhas de fluxo conecta a primeira célula eletroquímica de fluxo à segunda célula eletroquímica de fluxo, de modo que o primeiro canal da primeira célula eletroquímica de fluxo esteja em comunicação de fluido com o segundo canal da segunda célula eletroquímica de fluxo e o segundo canal da primeira célula eletroquímica de fluxo esteja em comunicação de fluido com o primeiro canal da segunda célula eletroquímica de fluxo.
28. MÉTODO PARA SÍNTESE ELETROQUÍMICA de um produto caracterizado por compreender uma célula eletroquímica de fluxo conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 13, ou o sistema conforme definido em qualquer uma das reivindicações 14 a 16.
29. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado por reagir uma primeira corrente de fluido que compreende um ou mais reagentes no primeiro canal da célula eletroquímica de fluxo e obter uma corrente de saída compreendendo um produto da reação.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210179457A1 (en) * 2019-12-11 2021-06-17 Dynamic Water Technologies Global, LLC Systems and methods for the removal of minerals from conductive protonic fluids
GB2605761A (en) * 2021-03-19 2022-10-19 Supercritical Solutions Ltd An electrolyser
CH718650B1 (de) * 2021-05-20 2023-10-13 Symbioswiss Sarl Anlage und Verfahren zur Elektrolyse von Sole.
WO2023180283A2 (en) * 2022-03-24 2023-09-28 Karl-Franzens-Universität Graz Electrochemical reactor and processes using the electrochemical reactor
CN114749118B (zh) * 2022-04-08 2023-04-14 南京工业大学 一种高通量多孔混合器

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3859195A (en) * 1972-09-20 1975-01-07 Du Pont Apparatus for electrochemical processing
US4388162A (en) * 1982-02-08 1983-06-14 Institute Of Gas Technology Continuous flow electrochemical cell and process
US5296107A (en) * 1992-03-04 1994-03-22 Hydro-Quebec Indirect cerium medicated electrosynthesis
EP0697374B1 (de) * 1994-08-15 2000-03-22 Sulzer Chemtech AG Vorrichtung zum Behandeln von Fluiden mit UV-Strahlung
JPH1157720A (ja) * 1996-11-07 1999-03-02 Honda Motor Co Ltd 電解機能水、その製造方法及び製造装置
JP4190173B2 (ja) * 2001-08-30 2008-12-03 株式会社神戸製鋼所 電気化学的処理方法及び電気化学的処理装置
US6942767B1 (en) * 2001-10-12 2005-09-13 T-Graphic, Llc Chemical reactor system
JP2006101876A (ja) * 2005-09-12 2006-04-20 Green Kankyo Technology:Kk ポリ乳酸の製造方法、及び乳酸製造装置
JP2011005369A (ja) * 2009-06-23 2011-01-13 Yokogawa Electric Corp マイクロ処理装置
CN103596883B (zh) * 2011-06-06 2015-06-10 安克信水技术公司 使用电化学电池有效处理废水
US8343646B1 (en) * 2012-02-23 2013-01-01 Zinc Air Incorporated Screen arrangement for an energy storage system
KR20140008781A (ko) * 2012-07-12 2014-01-22 김헌익 전기분해와 교반기능을 겸하는 유수 처리용 전극관로 및 그의 제작방법
US8974940B1 (en) * 2012-12-21 2015-03-10 Vizn Energy Systems, Inc. Electrode configured for turbulence
KR20150000005U (ko) * 2013-06-24 2015-01-02 김헌익 나선형 정적믹서를 전극으로 채용한 유수처리 방전셀
DE102014203372A1 (de) * 2014-02-25 2015-08-27 Condias Gmbh Elektrodenanordnung für eine elektrochemische Behandlung einer Flüssigkeit
CN104701563B (zh) * 2015-03-05 2017-03-01 东南大学 仿生电化学池
KR101605070B1 (ko) * 2015-05-04 2016-03-24 김정일 저온 수중 플라즈마 발생 장치
KR20180044147A (ko) * 2016-10-21 2018-05-02 유근수 전기분해를 이용한 연수화 장치
US11309530B2 (en) * 2017-01-13 2022-04-19 Concurrent Technologies Corporation Additive manufactured electrode for flow battery

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