BRPI0808853A2

BRPI0808853A2 - Dispositivos e métodos para geração de ácido e base

Info

Publication number: BRPI0808853A2
Application number: BRPI0808853-5A
Authority: BR
Inventors: Joseph D Gifford; Evgeniya Freydina
Original assignee: Siemens Water Tech Corp
Priority date: 2007-03-13
Filing date: 2008-03-13
Publication date: 2014-09-09
Also published as: CN201605329U; MX2009009756A; CA2681003A1; WO2008112253A1; EP2122012A1; JP3163188U; US20100133115A1; EP2122012A4

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVOS E MÉTODOS PARA GERAÇÃO DE ÁCIDO E BASE".

Campo de Invenção

A presente invenção refere-se em geral a técnicas eletroquímicas e, mais particularmente, a dispositivos e a métodos eletroquímicos para geração de ácido e base.

Antecedentes

Dispositivos capazes de tratar correntes de líquido com um campo elétrico aplicado para remover espécies iônicas indesejáveis nas 10 mesmas são conhecidos. Os referidos aparelhos de separação eletricamente motivados incluindo, mas não limitados a, dispositivos de eletrodiálise e eletrodesionização são convencionalmente usados para gerar água purificada, tal como água (DI) desionizada.

Dentro dos referidos dispositivos estão compartimentos de concentração e de diluição separados por membranas íon seletivas. Um dispositivo de eletrodesionização tipicamente inclui membranas de troca de ânion e cátion semipermeáveis eletroativas alternadas. Espaços entre as membranas são configurados para criar compartimentos de fluxo de líquido com entradas e saídas. Os compartimentos tipicamente contêm meio de adsorção, tal como resina de troca de íon, para facilitar transferência de íon. Um campo elétrico aplicado imposto por meio de eletrodos causa íons dissolvidos, atraídos para seus respectivos contraeletrodos, para migrar através das membranas de troca de ânion e cátion. Isto em geral resulta em que o líquido do compartimento de diluição seja esgotado de íons, e o líquido no compartimento de concentração seja enriquecido com os íons transferidos. Tipicamente, o líquido no compartimento de diluição é desejado (o "produto" líquido), enquanto o líquido no compartimento de concentração é descartado (o líquido de "refugo").

Sumário

Aspectos referem-se em geral a dispositivos e a métodos ele

troquímicos para geração de ácido e base.

De acordo com um ou mais aspectos, um dispositivo eletroquímico pode compreender um primeiro compartimento de concentração pelo menos parcialmente definido por uma primeira membrana seletiva de ânion e uma segunda membrana seletiva de ânion, um compartimento de eletrólise pelo menos parcialmente definido pela segunda membrana seletiva de ânion 5 e uma membrana seletiva de cátion, e um segundo compartimento de concentração pelo menos parcialmente definido pela membrana seletiva de cátion e uma terceira membrana seletiva de ânion.

De acordo com um ou mais aspectos, um dispositivo eletroquímico pode compreender um primeiro compartimento de concentração pelo 10 menos parcialmente definido por uma primeira membrana seletiva de cátion e uma segunda membrana seletiva de cátion, um segundo compartimento de concentração pelo menos parcialmente definido pela segunda membrana seletiva de cátion e uma membrana seletiva de ânion, e um compartimento de eletrólise pelo menos parcialmente definido pela membrana seletiva de 15 ânion e uma terceira membrana seletiva de cátion.

De acordo com uma ou mais modalidades, um método de operar um dispositivo eletroquímico pode compreender introduzir uma espécie catiônica e uma espécie aniônica em um primeiro compartimento de concentração do dispositivo eletroquímico, introduzir água desionizada em um se20 gundo compartimento de concentração e um compartimento de esgotamento do dispositivo eletroquímico, eletrolisar água desionizada no compartimento de esgotamento, e recuperar uma corrente de ácido em uma saída do primeiro compartimento de concentração.

Ainda outros aspectos, modalidades, e vantagens dos referidos 25 aspectos e modalidades exemplificativos, são discutidos em detalhes abaixo. Adicionalmente, deve ser entendido que não só a informação anterior e a descrição detalhada a seguir são meramente exemplos ilustrativos dos diversos aspectos e modalidades, e são pretendidos para proporcionar uma visão geral ou estrutura para o entendimento da natureza e da característica 30 dos aspectos e modalidades reivindicadas. Os desenhos anexos são incluídos para proporcionar ilustração e um entendimento adicional dos diversos aspectos e modalidades, e são incorporados e constituem uma parte da presente especificação. Os desenhos, junto com o restante da especificação, servem para explicar os princípios e as operações dos aspectos e modalidades descritos e reivindicados.

Breve Descrição dos Desenhos Diversos aspectos de pelo menos uma modalidade são discuti

dos abaixo com referência às figuras anexas. Nas figuras, as quais não são pretendidas para serem desenhadas em escala, cada componente idêntico ou quase idêntico que é ilustrado em diversos figuras é representado por um numeral semelhante. Por uma questão de clareza, nem todos os componen10 tes podem ser marcados em cada desenho. As figuras são proporcionadas com o objetivo de ilustração e explicação e não são pretendidas como uma definição dos limites da presente invenção. Nas figuras:

a figura 1 ilustra um dispositivo eletroquímico de acordo com uma ou mais modalidades;

a figura 2 ilustra um dispositivo eletroquímico de acordo com

uma ou mais modalidades;

a figura 3 ilustra um dispositivo eletroquímico de acordo com uma ou mais modalidades;

as figuras 4A - 4E ilustram diversas configurações de tubulação do sistema como discutido em um Exemplo anexo;

as figuras 5 A e 5B apresentam tabelas resumindo as condições de teste e os resultados como discutido em um Exemplo anexo;

as figuras 6A - 6E apresentam gráficos de energia de módulo de eletrodesionização como discutido em um Exemplo anexo; e as figuras 7 A e 7B apresentam dados relativos ao efeito da cor

rente elétrica como discutido em um Exemplo anexo.

Descrição Detalhada

Uma ou mais modalidades refere-se em geral a dispositivos e a métodos eletroquímicos. Os dispositivos e métodos podem ser eficazes em gerar correntes de ácido e/ou base. Técnicas de geração in situ aqui descritas podem ser implementadas em uma grande variedade de aplicações nas quais o uso de um ácido ou base é necessário, mas o armazenamento e/ou manipulação do mesmo é indesejável. Modalidades podem também ser implementadas para recuperar e purificar um ácido ou base a partir de uma mistura com um ou mais outros componentes. Modalidades dos dispositivos e métodos descritos podem adicionalmente ser implementadas para alterar 5 um nível de pH de uma corrente de processo. Assim, menos correção de pH, por exemplo, por meio de adição química, pode ser necessário para efetuar qualquer neutralização desejada ou ajuste de pH. Pelo menos uma modalidade pode ser eficiente em gerar um ácido e/ou a base sem usar uma membrana bipolar. Beneficamente, determinadas modalidades podem ser usadas 10 para gerar um sistema reagente de resistência e qualidade suficiente para ser enviado a uma aplicação a montante ou a jusante.

Deve ser observado que modalidades dos sistemas e métodos discutidos aqui não são limitadas em aplicação aos detalhes de construção e a disposição dos componentes determinada na descrição a seguir ou ilustrada nos desenhos anexos. Os sistemas e métodos são capazes de implementação em outras modalidades e de serem praticados ou de serem realizadas em diversas formas. Exemplos de implementações específicas são proporcionados aqui apenas com fim ilustrativo e não são pretendidos ser limitantes. Em particular, atos, elementos e características discutidas em relação a qualquer uma ou mais modalidades não são pretendidas ser excluídas a partir de um papel similar em quaisquer outras modalidades. Também, a fraseologia e a terminologia usada aqui são para o objetivo de descrição e não devem ser observadas como limitantes. O uso aqui de "incluindo", "compreendendo", "dotado de", "contendo", "envolvendo", e variações dos mesmos tem o objetivo de englobar os itens relacionados aqui posteriormente e os equivalentes dos mesmos assim como itens adicionais.

Dispositivos e métodos de acordo com uma ou mais modalidades podem em geral ser implementados para gerar correntes de ácido e/ou base a partir de espécies iônicas. Em pelo menos algumas modalidades, 30 dispositivos e métodos podem concentrar um ácido e/ou a base como um produto. Em algumas modalidades, dispositivos e métodos podem em geral envolver técnicas de separação elétrica. Dispositivos e métodos podem ser usados para separar ou purificar correntes de ácido e/ou base a partir de misturas. Dispositivos e métodos podem também ser aplicáveis para ajustar um nível de pH da corrente de processo. Algumas modalidades também pertencem a métodos de fabricação, promoção, e uso dos referidos métodos, sistemas, e dispositivos. Os dispositivos eletroquímicos podem ser operados em qualquer modo adequado que alcance o produto e/ou efeitos desejados do tratamento desejado. Por exemplo, as diversas modalidades da presente invenção podem ser operadas continuamente, ou essencialmente continuamente ou continuadamente, intermitentemente, periodicamente, ou mesmo de acordo com a demanda. Um dispositivo de separação elétrico pode ser associado de modo operacional a um ou a mais outras unidades, conjuntos, e/ou componentes. Componentes e/ou subsistemas subordinados podem incluir tubos, bombas, tanques, sensores, sistemas de controle, assim como fornecimento de energia e subsistemas de distribuição os quais cooperativãmente permitem a operação do sistema.

Um dispositivo eletroquímico, tal como um dispositivo de eletrodesionização, é em geral capaz de separar um ou mais componentes de um líquido, por exemplo, íons dissolvidos e/ou suspensos no mesmo, ao usar um campo elétrico para influenciar e/ou induzir transporte ou de outro modo 20 proporcionar mobilidade das espécies dissolvidas e/ou suspensas no líquido deste modo pelo menos parcialmente efetuando separação, ou remoção, das espécies a partir do líquido. Como uma ou mais espécies no líquido podem ser consideradas, com relação a determinados aspectos, uma espécie "alvo".

De acordo com uma ou mais modalidades, e como discutido em

maiores detalhes aqui, a corrente de processo pode ser introduzida a pelo menos um compartimento de um dispositivo eletroquímico. A corrente de processo pode conter uma ou mais espécies-alvo ou íons-alvo. As espéciesalvo podem ser um precursor a um produto de ácido ou base. A corrente de 30 processo pode ser uma fonte de um precursor de ácido ou base. O precursor pode compreender um ou mais íons, em geral presentes na corrente de processo. Em pelo menos algumas modalidades, os íons podem ser dissociados na corrente de processo. Em algumas modalidades, a corrente de processo pode em geral compreender uma solução salina. Uma fonte de água, tal como água purificada ou água desionizada, pode também ser introduzida a pelo menos um compartimento do dispositivo eletroquímico. Em algumas 5 modalidades, a água pode ser fornecida a um ou mais compartimentos diferentes daqueles aos quais a corrente de processo é fornecida. Em outras modalidades, as mesmas podem ser fornecidas a um ou mais dos mesmos compartimentos. Um campo elétrico aplicado pode promover a dissociação da água em íons de hidrogênio ou hidroxônio, assim como íons hidroxila. O 10 campo elétrico aplicado pode também promover a migração de um ou mais íons dentro do dispositivo eletroquímico. Os íons de hidrogênio, hidroxila e/ou precursores podem migrar. A migração iônica pode ser através de uma ou mais membranas íon seletivas do dispositivo eletroquímico. íons podem ser concentrados ou capturados em um ou mais compartimentos, por exem15 pio, com base em sua carga ou natureza. Por exemplo, um produto acídico pode se tornar concentrado em um compartimento, e um produto básico pode se tornar concentrado em outro compartimento. A orientação e a natureza de diversas membranas íon seletivas dentro do dispositivo eletroquímico podem influenciar a migração nas mesmas assim como quais tipos de pro20 dutos podem ser formados nos diversos compartimentos. Correntes de produtos gerados podem deixar o dispositivo eletroquímico por meio de saídas associadas com os diversos compartimentos, por exemplo, uma saída de solução acídica e/ou uma saída de solução básica.

De acordo com uma ou mais modalidades, um sistema de gera25 ção de ácido ou base pode incluir um ou mais dispositivos eletroquímicos. Exemplos não limitantes de dispositivos de separação elétricos, ou aparelhos de separação eletricamente orientados, incluem dispositivos de eletrodiálise e eletrodesionização. O termo "eletrodesionização" é dado a sua definição simples como usado na técnica. Tipicamente dentro dos referidos 30 dispositivos exemplificativos são compartimentos de concentração e de diluição separados por meio dotado de permeabilidade seletiva, tal como membranas ânion seletivas e cátion seletivas. Nos referidos dispositivos, o campo elétrico aplicado faz com que espécies ionizáveis, íons dissolvidos, migrem através do meio seletivamente permeável, isto é, membranas ânion seletivas e cátion seletivas, resultando em que o líquido no compartimento de diluição seja esgotado de íons, e o líquido no compartimento de concentração seja 5 enriquecido com os íons migrantes transferidos. Um dispositivo de eletrodesionização pode incluir "meio" sólido (por exemplo, meio eletro ativo ou meio de adsorção, tal como meio de troca de íon) em um ou mais compartimentos dentro do dispositivo. O meio eletro ativo tipicamente proporciona um trajeto para transferência de íon, e/ou serve como uma ponte de maior condutivida10 de entre as membranas seletivas para facilitar o movimento de íons dentro dos compartimentos do dispositivo. O meio é em geral capaz de coletar ou descarregar espécies tônicas e/ou outras espécies, por exemplo, por mecanismos de adsorção/dessorção. O meio pode portar carga elétrica permanente e/ou temporária, e pode operar, em alguns casos, para facilitar rea15 ções eletroquímicas projetadas para alcançar ou aumentar o desempenho do dispositivo de eletrodesionização, por exemplo, separação, quimioabsorção, fisioabsorção, e/ou eficiência de separação. Exemplos de meios que podem ser utilizados de acordo com algumas modalidades da presente invenção incluem, mas não são limitados a, meio de troca de íon em formatos 20 tais como partículas, fibras, e membranas. Os referidos materiais são conhecidos na técnica e são prontamente comercialmente disponíveis. Combinações de qualquer dos formatos acima mencionados podem ser utilizadas em qualquer uma ou mais das diversas modalidades da presente invenção. Em algumas modalidades, o dispositivo eletroquímico pode compreender um 25 ou mais unidades de eletrodesionização. Em pelo menos uma modalidade, o dispositivo eletroquímico pode consistir essencialmente em uma ou mais unidades de eletrodesionização.

De acordo com uma ou mais modalidades, a corrente de processo pode ser fornecida a um ou mais compartimentos do dispositivo eletroquímico. A corrente de processo pode incluir uma ou mais espécies-alvo. As espécies-alvo podem em geral ser quaisquer espécies que são dissolvidas e/ou suspensas em um fluido de processo, tipicamente um líquido, o qual se deseja que seja removido ou transferido a partir de uma primeira solução para outra solução, tipicamente usando um dispositivo de separação elétrico. Exemplos de espécies-alvo que são desejavelmente removidas ou transportadas entre soluções usando dispositivos de separação elétricos 5 podem incluir determinadas espécies iônicas, moléculas orgânicas, substâncias fracamente ionizadas, e substâncias ionizáveis no ambiente operacional dentro do dispositivo. Espécies-alvo iônicas que são desejavelmente removidas ou transportadas de acordo com alguns aspectos da presente invenção podem ser um ou mais íons capazes de precipitar a partir da solução, 10 e/ou são capazes de reagir com outras espécies e/ou íons em uma solução para formar sais e/ou outros compostos que são capazes de precipitar a partir da solução. Exemplos não limitantes de espécies-alvo iônicas podem incluir Ca2+, Mg2+, Si4+, Cu2+, Al3+, Fe3+, Mn2+, Pb3+, Pb4+, SO42', SiO42', e HCO3', assim como combinações de quaisquer dois ou mais dos referidos. 15 Em algumas modalidades, as espécies-alvo podem ser espécies nãoprecipitáveis ou espécies solúveis sob condições durante a operação do dispositivo eletroquímico, em geral com referência a espécies as quais podem ser um componente iônico do mesmo que não prontamente precipita a partir da solução, ou reage com outras espécies e/ou íons em uma solução para 20 formar sais e/ou outros compostos que precipitam. Por exemplo, uma lista não inclusiva de espécies não precipitáveis inclui os íons, Na+, Cl', K+, e H+. Em algumas modalidades alternativas, as espécies-alvo podem incluir cálcio, carbonato e sulfato.

A corrente de processo contendo um ou mais íons-alvo podem 25 ser processada com dispositivos e métodos de acordo com uma ou mais modalidades. Isolamento e conversão de um ou mais íons-alvo podem ser desejável como discutido aqui. Por exemplo, os íons-alvo na corrente de processo podem ser manipulados pelos dispositivos e métodos para formar uma corrente de produto de valor ou de outro modo desejável. Em algumas 30 modalidades, os dispositivos e métodos podem isolar íons-alvo e usar os mesmos para formar ou gerar um composto alvo. Assim, os íons-alvo presentes na corrente de processo podem ser precursores de um composto alvo. Em algumas modalidades, um íon-alvo pode ser um precursor a um produto de ácido ou base desejado. Em pelo menos uma modalidade, a corrente de processo pode ser uma solução aquosa, tal como uma solução salina. A solução salina, ou íons da mesma, pode ser um precursor para um 5 produto de ácido ou base desejado. Em algumas modalidades, íons-alvo podem em geral ser dissociados na corrente de processo. De acordo com uma ou mais modalidades, a corrente de processo pode proporcionar uma fonte de espécies iônicas, tal como primeiras espécies catiônicas e primeiras espécies aniônicas. As primeiras espécies catiônicas e/ou as primeiras es10 pécies aniônicas podem ser precursoras para um produto ácido ou produto base, respectivamente, ou vice-versa.

De acordo com uma ou mais modalidades, pode ser desejável gerar compostos alvo de ácido e base. Ácidos e/ou bases podem ser produtos dos dispositivos e métodos eletroquímicos. Correntes de produto de áci15 do e/ou base podem ser geradas pelos dispositivos e métodos eletroquímicos. Em pelo menos uma modalidade, produtos de ácido e/ou base podem ser concentrados pelos dispositivos e métodos eletroquímicos. Em algumas modalidades, o composto alvo a ser gerado pode ser um composto cáustico, tal como hidróxido de sódio ou sulfato de amônia. Em outras modalidades, o 20 composto alvo a ser gerado pode ser um ácido, tal como ácido clorídrico. Qualquer ácido ou base pode ser gerada como uma corrente de produto a partir de um ou mais íons-alvo. íons-alvo na corrente de processo fornecida ao dispositivo eletroquímico podem ser selecionados com base em uma corrente de produto desejada. Dispositivos e métodos podem em geral resultar 25 em uma ou mais correntes de produto contendo um ou mais compostos alvo. Compostos alvo gerados podem então ser fornecidos a montante ou a jusante do dispositivo eletroquímico para uso. Em algumas modalidades, os íonsalvo podem estar presentes na corrente de processo como um subproduto reagente em virtude do consumo a montante de um consumível ou reagente. 30 Em algumas modalidades, o composto alvo a ser gerado como um produto pode ser o original consumível ou reagente que deu origem ao íon-alvo na corrente de processo. De acordo com uma ou mais modalidades, uma solução aquosa a ser processada pode ser introduzida em um dispositivo de eletrodesionização a partir de uma fonte ou ponto de entrada. Um conduto pode servir como uma tubulação que conecta fluidamente a fonte de corrente de processo a 5 um ou mais compartimentos de um ou mais dispositivos de eletrodesionização. A fonte de fluido de processo pode tipicamente estar conectada de modo fluido a pelo menos um compartimento de esgotamento e/ou pelo menos um compartimento de concentração. A solução aquosa pode ser uma solução salina compreendendo pelo menos uma espécie catiônica solúvel e/ou 10 pelo menos uma espécie aniônica solúvel como discutido acima. Modalidades adicionais de dispositivos podem também envolver configurações com uma fonte de uma segunda solução, isto é, uma segunda fonte de outra solução aquosa, tipicamente uma solução aquosa que difere em composição a partir de uma solução aquosa a partir da primeira fonte. A segunda fonte po15 de proporcionar, por exemplo, uma solução salina compreendendo uma segunda espécie catiônica e uma segunda espécie de ânion. A segunda fonte pode ser conectada de modo fluido ao mesmo compartimento ou a compartimentos diferentes do da primeira fonte. Evidentemente, variantes das referidas configurações são contempladas incluindo, por exemplo, uma plurali20 dade de fontes de soluções. Modalidades particulares da presente invenção, entretanto, contemplam configurações em que uma ou mais das soluções aquosas compreendem espécies solúveis ou mesmo não precipitantes. Por exemplo, algumas modalidades envolvem uma fonte de uma solução salina, tal como uma compreendendo íons de sódio e cloreto.

De acordo com uma ou mais modalidades, uma fonte de água

desionizada (DI) ou tratada pode ser conectada de modo fluido a um ou mais compartimentos do dispositivo eletroquímico. A água tratada ou desionizada pode em geral facilitar a geração de produtos de ácido e/ou base. A água tratada ou desionizada pode proporcionar uma fonte de hidrogênio, hidroxô30 nio ou íons hidroxila para a geração de ácido ou base. Aquele versado na técnica deve não introduzir água Dl em um dispositivo de eletrodiálise em virtude da alta resistividade para eletrolisar água Dl. Âgua Dl ou tratada pode em geral ser fornecida a um ou mais compartimentos diferentes daqueles aos quais a corrente de processo está sendo fornecida. Em outras modalidades, a mesma pode ser adicionada a um ou mais dos mesmos compartimentos. Em algumas modalidades, a água tratada ou desionizada pode ser 5 dissociada em íons hidrogênio ou hidroxônio e hidroxila para facilitar a geração de ácido ou base pelo dispositivo eletroquímico. Em algumas modalidades, o campo elétrico aplicado no dispositivo de eletrodesionização cria um fenômeno de polarização, o qual tipicamente promove a dissociação de água em íons hidroxônio e hidroxila. De acordo com uma ou mais modalida10 des, o referido fracionamento da água Dl pode proporcionar uma fonte de um segundo ânion e uma fonte de um segundo cátion. O dispositivo eletroquímico pode promover a migração de íons de modo que o segundo ânion e o segundo cátion podem se associar a um primeiro cátion e a um primeiro ânion, respectivamente, a partir da corrente de processo para produzir um 15 ou mais correntes de produto desejáveis como discutido aqui. Por exemplo, um íon precursor de cátion na corrente de processo pode parear com um ânion a partir da água Dl para produzir uma primeira corrente de produto. Um íon precursor de ânion na corrente de processo pode parear com um cátion a partir da água Dl para produzir uma segunda corrente de produto.

A água tratada ou desionizada pode ser proporcionada por

qualquer fonte. Em alguns casos, a água tratada ou desionizada pode ser proporcionada por um aparelho eletricamente acionado ou outra fonte. A fonte de água Dl ou tratada não é limitada a uma água autoproduzida. Fontes externas de água Dl ou tratada podem ser usadas, ou outras fontes do 25 segundo ânion e um segundo cátion, por exemplo, espécies hidroxônio e hidroxila, podem ser usadas. A pureza da água fornecida pode depender de uma variedade de fatores, por exemplo, as aplicações pretendidas ou a desejada qualidade do produto a ser produzido. Em determinados casos, água Dl ou purificada dotada de uma resistividade elétrica maior do que cerca de 30 0,1 megohm-cm, maior do que cerca de 1 megohm-cm, maior do que cerca de 3 megohm-cm, maior do que cerca de 6 megohm-cm, maior do que cerca de 9 megohm-cm, maior do que cerca de 12 megohm-cm, maior do que cerca de 15 megohm-cm, ou pelo menos cerca de 18 megohm-cm é usada.

De acordo com um ou mais aspectos particulares, a presente invenção pode referir-se a métodos, sistemas, e dispositivos para induzir a migração de componentes de espécies ionizadas tais como minerais, sais,

íons e orgânicos sob a influência de uma força aplicada a partir de um primeiro líquido a uma segundo líquido. Por exemplo, íons podem migrar para ou a partir de fluido de processo fornecido para água Dl fornecida para produzir uma ou mais correntes de produto. Em alguns aspectos, líquido em um compartimento de diluição pode ser desejado, isto é, um produto, enquanto 10 o líquido em um compartimento de concentração pode ser descartado como um refugo. Entretanto, alguns aspectos da presente invenção contemplam aplicações direcionadas à recuperar espécies ionizadas ou mesmo espécies ionizáveis, em uma corrente de líquido, especialmente correntes aquosas. Por exemplo, correntes acídicas e/ou básicas podem ser recuperadas como 15 as correntes de produto. O ácido e/ou base podem ser gerados a partir de um ou mais íons-alvo precursores. Uma ou mais das referidas espécies podem ser recuperadas, por exemplo, para reutilização em uma operação de unidade a montante ou para uso em uma operação de unidade a jusante. Assim, em alguns aspectos, um líquido em um ou mais compartimentos de 20 concentração pode ser desejado como um produto, como discutido adicionalmente aqui.

Algumas modalidades da presente invenção pertinentes a, por exemplo, sistemas de tratamento, podem utilizar uma ou mais etapas de prétratamento para reduzir a concentração de espécies dentro do líquido de 25 entrada que pode causar, por exemplo, descamação ou sujeira. Assim, modalidades direcionadas aos sistemas e técnicas da presente invenção podem envolver um ou mais operações ou etapas de pré-amolecimento. Assim, alguns pré-sistemas de tratamento e técnicas podem ser direcionados à redução da probabilidade de formação de escamas. Modalidades direciona30 das aos referidos aspectos podem se basear, por exemplo, em considerações relacionadas às propriedades físico-químicas de dureza relacionada às espécies. A corrente de processo e/ou a corrente de água Dl pode ser prétratada de acordo. Entre o ponto de entrada e o dispositivo de eletrodesionização pode haver qualquer número de operações ou redes de distribuição que pode operar no líquido. Por exemplo, um ou mais operações de unidade tais como aquelas envolvendo osmose reversa, filtragem, tal como microfil5 tragem ou nanofiltragem, sedimentação, filtros de carbono ativado, eletrodiáIise ou dispositivos de eletrodesionização podem ser incluídos. Em algumas modalidades, uma corrente de líquido fornecida ao dispositivo eletroquímico pode se originar a partir de uma unidade operação produzindo um líquido e/ou operando em um líquido, tal como, mas não limitado a, operações de 10 unidade para ultrafiltragem, nanofiltragem, sedimentação, destilação, umidificação, osmose reversa, diálise, extração, reações químicas, calor e/ou troca de massa. Em determinadas modalidades, um líquido pode se originar a partir de um reservatório, tal como um vaso de armazenamento, um tanque, ou um reservatório, ou a partir de um corpo natural ou artificial de água.

Em uma ou mais modalidades pertinentes aos aspectos direcio

nadas às técnicas de separação eletroquímica técnicas, dispositivos de separação eletricamente acionados podem compreender um ou mais compartimentos de esgotamento e um ou mais compartimentos de concentração. Compartimentos ou células podem em geral diferir funcionalmente com rela20 ção ao tipo, e/ou composição do fluido introduzido nas mesmas. Diferenças estruturais, entretanto, podem também distinguir os diversos compartimentos. Em algumas modalidades, um dispositivo pode incluir um ou mais tipos de compartimentos de esgotamento e um ou mais tipos de compartimentos de concentração. A natureza de qualquer determinado compartimento, tal 25 como se o mesmo é um compartimento de concentração ou de esgotamento, pode ser em geral informado pelos tipos de membranas que margeiam o compartimento, assim como o tipo de alimentação(s) fornecida ao compartimento. A natureza de compartimentos próximos pode influenciar um ao outro. Em algumas modalidades, um compartimento pode ser um comparti30 mento de eletrólise. Por exemplo, um compartimento de esgotamento pode ser referido como um compartimento de eletrólise. Em algumas modalidades, um compartimento de concentração pode também ser referido como um compartimento de eletrólise. Em algumas modalidades, o fracionamento da água pode em geral ocorrer em um compartimento de eletrólise. Um compartimento de eletrólise pode ser uma célula de fracionamento de água. Outras interações iônicas podem também ocorrer em um compartimento de eletrólise.

Membranas íon seletivas tipicamente formam margens entre compartimentos adjacentes. Assim, um ou mais compartimentos pode ser pelo menos parcialmente definidos por uma ou mais membranas íon seletivas. Uma pluralidade de compartimentos é tipicamente disposta como uma 10 pilha no dispositivo eletroquímico. Um compartimento de esgotamento é tipicamente definido por um espaçador de compartimento de esgotamento e compartimento de concentração é tipicamente definido por um espaçador de compartimento de concentração. Uma pilha montada é tipicamente ligada por blocos de extremidade em cada extremidade e é tipicamente montada 15 usando hastes de amarração as quais podem ser fixadas com porcas^ Em determinadas modalidades, os compartimentos incluem membranas seletivas de cátion e membranas íon seletivas, as quais são tipicamente perifericamente seladas à periferia de ambos os lados dos espaçadores. As membranas seletivas de cátion e membranas seletivas de íon tipicamente com20 preendem pó de troca de íon, um Iigante de pó de polietileno e um lubrificante de glicerina. Em algumas modalidades, as membranas seletivas de cátion e ânion são membranas heterogêneas. As referidas podem ser membranas com base em poliolefina ou outro tipo. As mesmas são tipicamente extrusadas por um processo termoplástico usando calor e pressão para criar uma 25 folha de compósito. Em algumas modalidades, membranas homogêneas, tais como aquelas comercialmente disponíveis a partir de Tokuyama Soda of Japan podem ser implementadas. As uma ou mais membranas seletivamente permeáveis pode ser qualquer membrana íon seletiva, membrana neutra, membrana exclusiva de tamanho, ou mesmo uma membrana que é especifi30 camente impermeável de um ou mais íons ou classes de íons particulares. Em alguns casos, uma série alternativa de membranas seletivas de cátion e ânion é usada dentro do aparelho eletricamente acionado. As membranas íon seletivas podem ser quaisquer membranas adequadas que possam preferencialmente permitir pelo menos um íon passar através, com relação a outro íon.

Em uma modalidade, uma pluralidade de compartimentos de esgotamento e compartimentos de concentração pode ser ligada, separada ou pelo menos parcialmente definida por uma ou mais membranas íon seletivas "c" e "a". Em algumas modalidades, membranas íon seletivas a e c são disposta como uma série alternada de membranas seletivas de cátion (designadas como "c") as quais preferencialmente permitem com que cátions passem através, com relação a anions; e membranas seletivas de íon (designadas como "a") as quais preferencialmente permitem com que anions to passem através, com relação a cátions. Em outras modalidades preferidas, disposições tais como "c c a c" ou "a a c a" podem ser empregadas, como discutido em maiores detalhes abaixo. Compartimentos adjacentes podem ser considerados ser em comunicação iônica entre os mesmos, tal como por meio de uma membrana vizinha íon seletiva. Compartimentos distais podem também ser considerados estar em comunicação iônica, tal como por meio de compartimentos adicionais entre os mesmos.

De acordo com uma ou mais modalidades, com referência à fi20 gura 1, um dispositivo eletroquímico 100 pode compreender um primeiro compartimento de concentração 105 pelo menos parcialmente definido por uma primeira membrana seletiva de ânion 110 e uma segunda membrana seletiva de ânion 115. O dispositivo 100 pode adicionalmente compreender um compartimento de eletrólise 120 pelo menos parcialmente definido pela 25 segunda membrana seletiva de ânion 115 e uma membrana seletiva de cátion 125. O dispositivo 100 pode ainda adicionalmente compreender um segundo compartimento de concentração 130 pelo menos parcialmente definido pela membrana seletiva de cátion 125 e uma terceira membrana seletiva de ânion 135.

De acordo com uma ou mais modalidades, com referência à fi

gura 2, um dispositivo eletroquímico 200 pode compreender um primeiro compartimento de concentração 205 pelo menos parcialmente definido por uma primeira membrana seletiva de cátion 210 e uma segunda membrana seletiva de cátion 215. O dispositivo 200 pode adicionalmente incluir um segundo compartimento de concentração 220 pelo menos parcialmente definido pela segunda membrana seletiva de cátion 215 e uma membrana seletiva 5 de ânion 225. O dispositivo 200 pode ainda adicionalmente incluir um compartimento de eletrólise 230 pelo menos parcialmente definido pela membrana seletiva de ânion 225 e uma terceira membrana seletiva de cátion 235.

Em dispositivos 100 ou 200, os primeiro compartimento de concentração, eletrolisação, e segundo compartimento de concentração podem 10 formar um agrupamento ou conjunto. Dispositivo 100 ou 200 pode ser dotado de múltiplos ou uma pluralidade dos referidos agrupamentos ou conjuntos. Em algumas modalidades, dispositivos 100 ou 200 podem consistir essencialmente de pelo menos um primeiro compartimento de concentração, pelo menos um compartimento de eletrólise, e pelo menos um segundo 15 compartimento de concentração.

Em algumas modalidades, uma fonte de uma espécie iônica pode ser conectada de modo fluido a um ou mais compartimentos de compartimentos de concentração ou de eletrolisar. Em pelo menos uma modalidade, uma fonte de uma espécie iônica pode ser conectada de modo fluido a 20 um primeiro compartimento de concentração. Em algumas modalidades, uma fonte de água Dl ou purificada pode ser conectada de modo fluido a um ou mais compartimentos de concentração ou de eletrolisar. Em pelo menos uma modalidade, uma fonte de água Dl ou purificada pode ser conectada de modo fluido a um segundo compartimento de concentração e a um compar25 timento de eletrólise. Outras configurações de alimentação podem ser implementadas.

Em pelo menos uma modalidade, uma ou mais membranas bipolares podem ser incorporadas para pelo menos parcialmente definir um ou mais compartimentos. Membranas bipolares são em geral membranas aniô30 nicas em um lado e catiônicas no outro. Membranas bipolares podem ser em geral eficientes no fracionamento da água. Em algumas modalidades, membranas bipolares podem ser usadas em lugar de uma célula de fracionamento de água. Em algumas modalidades, uma ou mais membranas bipolares podem ser usadas em conjunto com uma ou mais membranas seletivas de ânion e/ou cátion. De acordo com uma ou mais modalidades, um dispositivo eletroquímico pode incluir uma série alternada de membranas bipolares e 5 membranas ânion seletivas. Da mesma forma, um dispositivo eletroquímico pode incluir uma série alternada de membranas bipolares e membranas cátion seletivas de acordo com uma ou mais modalidades. Aqueles versados na técnica observarão que, de acordo com determinados aspectos da presente invenção, outros tipos e/ou disposições de membranas seletivas po10 dem também ser usados. Em pelo menos uma modalidade, um dispositivo eletroquímico não inclui uma membrana bipolar.

De acordo com uma ou mais modalidades, com referência à figura 3, um dispositivo eletroquímico 300 pode compreender um primeiro compartimento de concentração 305 pelo menos parcialmente definido por 15 uma primeira membrana bipolar 310 e uma primeira membrana seletiva de cátion 315. O dispositivo 300 pode adicionalmente incluir um compartimento de esgotamento 320 pelo menos parcialmente definido pela primeira membrana seletiva de cátion 315 e uma segunda membrana bipolar 325. O dispositivo pode adicionalmente incluir um segundo compartimento de concen20 tração 330 pelo menos parcialmente definido por uma segunda membrana bipolar 325 e uma segunda membrana seletiva de cátion 335. A combinação de membrana bipolar e membrana seletiva de cátion pode ser repetida qualquer número desejado de vezes como desejado no dispositivo 300.

Em algumas modalidades, uma fonte de uma espécie iônica po25 de ser conectada de modo fluido a um ou mais compartimentos de compartimentos de concentração ou de eletrolisar. Em pelo menos uma modalidade, uma fonte de uma espécie iônica pode ser conectada de modo fluido a um primeiro compartimento de concentração e a um segundo compartimento de concentração. Em algumas modalidades, uma fonte de água Dl ou purifi30 cada pode ser conectada de modo fluido a um ou mais compartimentos de eletrólise ou de esgotamento. Em pelo menos uma modalidade, uma fonte de água Dl ou purificada pode ser conectada de modo fluido a um compartimento de eletrólise. Em algumas modalidades, uma membrana bipolar pode pelo menos parcialmente definir um compartimento de concentração ou agregação de base em um de seus lados, e um compartimento de concentração ou agregação de ácido no outro dos seus lados. Outras configurações de alimentação podem ser implementadas.

De acordo com uma ou mais modalidades, configurações típicas do dispositivo de separação eletricamente acionado incluem pelo menos um par de eletrodos através dos quais uma força aplicada, tal como um campo elétrico, pode facilitar o transporte ou a migração de uma ou mais espécies iônicas ou ionizáveis. O dispositivo pode assim compreender pelo menos um anodo e pelo menos um catodo. Os eletrodos podem cada um dos quais independentemente ser produzidos a partir de qualquer material adequado para criar um campo elétrico dentro do dispositivo. Em alguns casos, o material de eletrodo pode ser escolhido de modo que os eletrodos podem ser usados, por exemplo, por períodos estendidos de tempo sem significante corrosão ou degradação. Materiais de eletrodo e configurações adequadas são bem-conhecidos na técnica. Eletrodos de dispositivos eletroquímicos podem em geral incluir uma base ou núcleo produzido a partir de um material tal como aço inoxidável ou titânio. Os eletrodos podem ser revestidos com diversos materiais, por exemplo, óxido de irídio, óxido de rutênio, metais do grupo platina, óxidos de metais do grupo platina, ou combinações ou misturas do mesmo. Os eletrodos tipicamente promovem a formação de íons H+ e OH”. Os referidos íons, junto com os íons nas diversas alimentações, são transportados pelo potencial através do dispositivo eletroquímico. O fluxo de íons está relacionado à corrente elétrica aplicada ao módulo.

Algumas modalidades referem-se ao tratamento ou a conversão de uma ou mais soluções aquosas ou correntes de processos para proporcionar, por exemplo, uma ou mais correntes de produto. Correntes de produto podem ser geradas, isoladas, agregadas ou concentradas. Uma ou mais 30 modalidades direcionadas para tratar soluções aquosas pode envolver a purificação da solução aquosa para remover uma ou mais espécies indesejáveis a partir da mesma. Assim, uma corrente de produto pode ser uma corrente purificada. Outras modalidades da presente invenção podem vantajosamente proporcionar um produto formado a partir de uma combinação de uma ou mais fontes. Assim, uma corrente de produto, tal como uma corrente de ácido ou base, pode ser gerada pelo dispositivo eletroquímico a partir de 5 um ou mais precursores fornecidos à mesma. Uma ou mais modalidades de técnicas podem compreender proporcionar uma ou mais soluções aquosas para serem processada ao remover ou migrar uma ou mais espécies a partir da mesma. As uma ou mais espécies a serem removidas ou migradas podem ser uma ou mais espécies catiônicas e/ou uma ou mais espécies aniô10 nicas presentes na(s) corrente(s) de alimentação. As técnicas podem adicionalmente compreender introduzir uma solução aquosa compreendendo, por exemplo, um primeiro cátion e um primeiro ânion associado em um ou mais compartimentos de um aparelho de separação elétrico tal como qualquer das configurações de dispositivos eletricamente acionados discutidos aqui. 15 Uma ou mais espécies-alvo podem ser induzidas ou promovidas para migrar a partir de uma solução aquosa em um ou mais compartimentos de concentração do aparelho de isolamento ou separação. Modalidades adicionais da presente invenção podem envolver promover o transporte ou migração de uma ou mais outras espécies-alvo, por exemplo, espécies associadas, em 20 um ou mais compartimentos de esgotamento do dispositivo. Ainda modalidades adicionais podem envolver promover ou migrar de um ou mais espécies adicionais em diversos compartimentos de câmaras do dispositivo.

Da mesma forma, uma segunda alimentação aquosa, tal como uma compreendendo ou consistindo em água Dl, pode ser proporcionada a 25 um ou mais compartimentos de aparelho de separação elétrico. A água Dl pode incluir um segundo cátion e um segundo ânion associado. Os referidos podem ser induzidos ou promovidos para migrar em um ou mais compartimentos de concentração ou de esgotamento do dispositivo. O primeiro ânion pode se associar ao segundo cátion para formar uma corrente de produto. 30 Da mesma forma, o primeiro cátion pode se associar com o segundo ânion para formar uma corrente de produto.

De fato, em alguns casos modalidades podem incluir um método compreendendo uma ou mais etapas de introduzir uma solução aquosa, as quais compreendem um primeiro cátion e um primeiro ânion, em um primeiro compartimento de um aparelho eletricamente acionado. O método pode adicionalmente compreender uma ou mais etapas de proporcionar um segundo 5 cátion e um segundo ânion em um segundo compartimento do aparelho assim como uma ou mais etapas de promover transporte dos íons dentro do aparelho. Por exemplo, as técnicas da presente invenção podem assim proporcionar uma primeira solução de produto compreendendo o primeiro cátion e o segundo ânion concentrados ou acumulados em um primeiro comparti10 mento. Modalidades opcionais da presente invenção podem envolver uma ou mais etapas que promovem a concentração ou o acúmulo de uma segunda solução de produto compreendendo o primeiro ânion e o segundo cátion em um segundo compartimento. Uma primeira corrente de produto, por exemplo, a base, pode ser coletada em uma saída de um primeiro com15 partimento de concentração. Uma segunda corrente de produto, por exemplo, um ácido, pode ser coletado em uma saída de um segundo compartimento de concentração.

Por exemplo, a água Dl pode ser eletrolisada para produzir uma espécie de hidrogênio e uma espécie de hidróxido. Onde suficientes quantidades das referidas espécies são proporcionadas e o transporte ou migração, de uma primeira concentração ou compartimento de produto pode ser tornada básica de modo que o líquido contido ou fluindo nas mesmas é dotado de um pH maior do que cerca de 7 unidades de pH. Da mesma forma, uma segunda concentração ou compartimento de produto pode ser tornada acídica de modo que o líquido contido ou fluindo nas mesmas seja dotado de um pH de menos do que cerca de 7 unidades de pH. íons-alvo ou precursores a partir da corrente de processo fornecida podem também migrar. Assim, algumas modalidades da presente invenção proporcionam a geração de uma corrente de ácido e/ou geração de uma corrente básica. Uma ou ambas podem ser descartadas ou recuperadas, como desejado.

De acordo com uma ou mais modalidades, recuperar uma corrente de produto pode envolver promover transporte de uma espécie iônica dentro de um compartimento de concentração. Uma corrente de produto básico pode ser agregada em um compartimento de produto ou de concentração básica. Uma corrente de produto acídico pode ser agregada em um compartimento de produto ou de concentração acídica. Em algumas modali5 dades, a geração, o isolamento ou a recuperação de uma corrente de ácido pode envolver promover o transporte de uma espécie aniônica através de uma membrana seletiva de ânion. Em algumas modalidades, a geração, o isolamento ou a recuperação de uma corrente básica pode envolver promover o transporte de uma espécie catiônica através de uma membrana seleti10 va de cátion.

Correntes de produto podem ser adicionalmente processadas antes do uso a jusante, uso a montante, ou descarte. Por exemplo, um nível de pH de uma corrente de produto ácido ou produto de base pode ser ajustado. Uma corrente de produto pode ser neutralizada. Em algumas modali15 dades, pode ser desejável misturar, em parte ou no total, uma ou mais correntes de produto. Uma ou mais operações de unidades adicionais podem ser conectadas de modo fluido a jusante à unidade eletroquímica. Por exemplo, um concentrador pode ser configurado para receber e concentrar uma corrente de produto-alvo, tal como antes enviar a mesma a um ponto de 20 uso. Unidades de polimento, tal como aqueles envolvendo tratamento químico ou biológico, podem também estar presentes para tratar um produto ou corrente efluente do dispositivo antes de uso ou descarga.

De acordo com uma ou mais modalidades, o dispositivo eletroquímico pode ser operado ao se aplicar um campo elétrico através dos com25 partimentos através de eletrodos. Parâmetros operacionais do dispositivo podem ser variados para proporcionar características desejáveis. Por exemplo, o campo elétrico aplicado pode ser variado em resposta a uma ou mais características ou condições. Assim, a resistência do campo elétrico pode ser mantida constante ou alterada em resposta a uma característica do apa30 relho. De fato, os um ou mais parâmetros de operação podem ser alterados em resposta a uma ou mais medições de sensor, por exemplo, pH, resistividade, concentração de um íon ou outras espécies. O campo elétrico imposto através de eletrodos facilita a migração de espécies carregadas tais como íons a partir de um compartimento a outro por meio de membranas íon seletivas. Durante a operação de algumas modalidades, um líquido concentrado sai do compartimento de concentração 5 e pode ser direcionado a uma saída, por exemplo, através de um conduto. Em modalidades incluindo um ou mais segundos compartimentos de concentração, o líquido que sai a partir da mesma pode ser coletado e direcionado como desejado. O líquido que sai de um compartimento de esgotamento pode também ser coletado e direcionado.

De acordo com uma ou mais modalidades, um ou mais compar

timentos de aparelho de separação elétrico podem ser preenchidos com meio tal como meio de adsorção, por exemplo, meio de troca de íon. O meio de troca de íon, em algumas modalidades, pode incluir resinas tais como resina de troca de cátion, uma resina a qual preferencialmente adsorve cá15 tions, ou uma resina de troca de ânion, uma resina a qual preferencialmente adsorve anions, uma resina inerte, assim como misturas das mesmas. Diversas configurações podem também ser praticadas. Por exemplo, um ou mais compartimentos pode também ser preenchido com apenas um tipo de resina, por exemplo, uma resina de cátion ou uma resina de ânion; em ou20 tros casos, os compartimentos podem ser preenchidos com mais de um tipo de resina, por exemplo, dois tipos de resina de cátions, dois tipos de resina de anions, uma resina de cátion, e uma resina de ânion. Exemplos não Iimitantes de meios comercialmente disponíveis que podem ser utilizados em uma ou mais modalidades da presente invenção incluem resinas de base 25 forte do Tipo I e ácido forte, resina de ânion de base forte do tipo II, assim como ácido fraco ou resinas de base fraca comercialmente disponíveis a partir de The Dow Chemical Company.

A resina de troca de íon tipicamente utilizada nos compartimentos de concentração e de esgotamento pode ser dotada de uma variedade de grupos funcionais em suas regiões de superfície incluindo, mas não limitados a, grupos alquil amino terciários e dimetil etanol amina. Os referidos podem também ser usados em combinação com materiais de resina de troca de íon dotados de outros grupos funcionais em suas regiões de superfície tais como grupos amônio. Outras modificações e equivalentes que podem ser úteis como material de resina de troca de íon são consideradas estar dentro do âmbito daqueles versados na técnica usando não mais do que experimentação de rotina. Outros exemplos de resina de troca de íon incluem, mas não são limitados a, resina de ânion DOWEX® MONOSPHERE™ 550A, resina de cátion MONOSPHERE™ 650C, resina de ânion MARATHON ™ A, e resina de cátion MARATHON™ C, todas oferecidas pela The Dow Chemical Company (Midland, Michigan). Membranas íon seletivas adequadas representativas incluem grupos funcionais amônio quaternário ou de ácido sulfônico com base em estireno-divinil benzeno de suporte a manta do tipo homogêneo, resinas com base em estireno-divinil benzeno usando suporte a manta do tipo heterogêneo em um Iigante de fluoreto de polivinilideno, enxertos de vinil benzil amina quaternizada e estireno sulfonado não suportado do tipo homogêneo de folha de polietileno.

De acordo com uma ou mais modalidades, resinas de troca de cátion e de ânion podem ser dispostas em uma variedade de configurações dentro de cada um dos compartimentos de concentração e de esgotamento. Por exemplo, as resinas de troca de cátion e de ânion podem ser dispostas 20 em camadas de modo que um número de camadas em uma variedade de disposições pode ser construído. Acredita-se que outras modalidades ou configurações estejam inseridas no âmbito da presente invenção incluindo, por exemplo, o uso de resinas de troca de íon de leito misto em qualquer um dos compartimentos de esgotamento, de concentração e de eletrodo, o uso 25 de resinas inertes entre leitos de camadas de resinas de troca de ânion e de cátion, e o uso de diversos tipos de resinas aniônicas e catiônicas. A resina pode em geral ser eficiente para promover fracionamento da água em um ou mais compartimentos. A resina pode também ser eficiente em aumentar a condutividade elétrica em um ou mais compartimentos.

O meio contido dentro dos compartimentos pode estar presente

em qualquer formato ou configuração adequada, por exemplo, como substancialmente esférico e/ou partículas distintas, pós, fibras, esteiras, membranas, telas extrusadas, grupos, de outro modo formados e/ou agregados préformados de partículas, por exemplo, partículas de resina podem ser misturadas com um agente de ligação para formar grupos de partículas. Em alguns casos, o meio pode incluir múltiplos formatos ou configurações. O meio 5 pode compreender qualquer material adequado para adsorver íons, orgânicos, e/ou outras espécies a partir de um líquido, dependendo da aplicação particular, por exemplo, sílica, zeólitos, e/ou qualquer uma ou uma mistura de uma grande variedade de meio polimérico de troca de íon que são comercialmente disponíveis e cujas propriedades e adequadabilidade para a 10 aplicação particular são bem conhecidos daqueles versados na técnica. Outros materiais e/ou meios podem adicionalmente estar presentes dentro dos compartimentos os quais, por exemplo, podem catalisar reações, ou filtrar sólidos suspensos no líquido sendo tratado.

Adicionalmente, uma variedade de configurações ou disposi15 ções pode existir dentro dos compartimentos. Assim, um ou mais compartimentos dos sistemas de separação da presente invenção podem envolver componentes e/ou estruturas adicionais tais como, mas não limitados a, defletores, telas de malha, placas, nervuras, tiras, telas, tubos, partículas de carbono, filtros de carbono, os quais podem ser usados para, em alguns ca20 sos, conter o meio de troca de íon, e/ou fluxo de controle de líquido. Os componentes podem cada um dos quais conter o mesmo tipo e/ou número dos diversos componentes e/ou ser de mesma configuração ou pode ser dotados de diferentes componentes e/ou estrutura/configurações.

Em operação, a corrente de processo, tipicamente dotada de 25 componentes catiônicos e aniônicos dissolvidos os quais podem ser precursores de um produto desejado de ácido e/ou base, é introduzido em um ou mais compartimentos. Água Dl, uma fonte de íons hidroxônio e hidroxila, são também introduzidas em um ou mais compartimentos. Um campo elétrico aplicado através do dispositivo de eletrodesionização promove a migração 30 de espécies iônicas em uma direção de seus respectivos eletrodos de atração. Sob a influência do campo elétrico, componentes catiônicos e aniônicos deixam um compartimento e migram para o outro. Membranas íon seletivas podem bloquear a migração das espécies catiônicas e aniônicas para o próximo compartimento. Assim, um ou mais produtos gerados, pelo menos em parte, pela associação de uma ou mais espécies iônicas dentro do dispositivo eletroquímico podem se tornar concentrados em um ou mais comparti5 mentos do mesmo. Correntes de produto podem sair por meio das saídas associadas com os diversos compartimentos. A corrente de esgotamento pode também sair por meio de uma saída do compartimento.

O campo elétrico pode ser aplicado essencialmente perpendicular ao fluxo de líquido dentro do dispositivo. O campo elétrico pode ser subs10 tancialmente uniformemente aplicado através dos compartimentos, resultando em um campo elétrico essencialmente uniforme, substancialmente constante através dos compartimentos; ou em alguns casos, o campo elétrico pode ser não-uniformemente aplicado, resultando em uma densidade de campo elétrico não uniforme através dos compartimentos. Em algumas mo15 dalidades da presente invenção, a polaridade dos eletrodos pode ser revertida durante operação, revertendo a direção do campo elétrico dentro do dispositivo.

Em algumas modalidades, dispositivos e métodos envolvem um controlador para ajustar ou regular pelo menos um parâmetro operacional do dispositivo ou um componente do sistema, tal como, mas não limitados a, válvulas de acionamento e bombas, assim como ajustar a corrente ou um campo elétrico aplicado. Controlador pode estar em comunicação eletrônica com pelo menos um sensor configurado para detectar pelo menos um parâmetro operacional do sistema. O controlador pode ser em geral ser configurado para gerar um sinal de controle para ajustar um ou mais parâmetros operacionais em resposta a um sinal gerado por um sensor. O controlador é tipicamente um dispositivo com base em microprocessador, tal como um controlador lógico programável (PLC) ou um sistema de controle distribuído, que recebe ou envia sinais de entrada e saída para e a partir de componentes do dispositivo ou sistema no qual o dispositivo é operacional. Redes de comunicação podem permitir que qualquer sensor ou dispositivo de geração de sinal seja localizado a uma distância significante a partir do controlador ou um sistema de computador associado, enquanto ainda proporciona dados entre os mesmos. Os referidos mecanismos de comunicação podem ser efetuados ao utilizar qualquer técnica adequada incluindo mas não limitada àquelas que utilizam os protocolos wireless.

De acordo com uma ou mais modalidades, dispositivos e méto

dos podem ser implementados para produzir um produto de ácido ou base. O produto de ácido ou base pode ser gerado por encomenda. O produto de ácido ou base pode ser gerado in situ, tal como em aplicações onde o armazenamento ou a manipulação de um químico pode ser indesejável, por e10 xemplo, a bordo de um navio ou em uma instalação distante. Um ácido ou base pode ser gerado com base em a demanda a jusante, tal como uma demanda no ponto de uso. Um ponto de uso pode ser qualquer tipo de aplicação. Em algumas modalidades, a demanda a jusante pode envolver um químico operacional, operação de fabricação ou operação de tratamento. 15 Em pelo menos uma modalidade, um dispositivo eletroquímico pode ser parte da de um sistema geral mais amplo, tal como um incluindo uma ou mais operações a montante e/ou a jusante. Em algumas modalidades, um produto de ácido ou base pode ser usado para regenerar um leito de troca de íon. Em outras modalidades, um produto de ácido ou base pode ser usado como 20 um catalisador. Em algumas modalidades, um produto de ácido ou base pode ser usado como um precursor ou reagente para gerar outro químico. Produtos gerados podem também ser usados como agentes de limpeza em diversas aplicações ou para preparar agentes de limpeza tais como sabões. Produtos de ácido ou base podem ser usados sempre que um ajuste de pH 25 possa ser desejável. Por exemplo, uma corrente de produto gerada pode ser usada para tratar diversas correntes de refugo antes da descarga. Correntes de produto de ácido e base podem ser usadas em numerosas indústrias. Por exemplo, produtos gerados podem encontrar aplicabilidade na indústria de polpa de papel. Correntes de produto podem também ser usadas na indús30 tria de semicondutores, tal como em planarização mecânico-químico (CMP) e processos de gravação. Produtos de ácido e base podem também ser envolvidos na fabricação de plásticos, materiais de construção tais como gesso, fertilizantes e corantes. Produtos de ácido ou base gerados por uma ou mais modalidades dos dispositivos e métodos podem ser usados em uma variedade de aplicações adicionais.

Concentração e/ou coeficiente de fluxo de uma ou mais corrente de processos podem ser manipulados com base na demanda a jusante tipicamente por utilização de um ou mais controladores aqui descritos. Por exemplo, em resposta a um aumento de demanda, a produtividade através do dispositivo eletroquímico pode ser aumentada de acordo. A concentração de um ou mais íons precursores na corrente de processo fornecida ao dispositivo eletroquímico pode também ser aumentada. O coeficiente de fluxo da corrente de processo contendo um ou mais íons precursores pode também ser ajustado. Da mesma forma, o coeficiente de fluxo de água Dl fornecendo íons de hidrogênio e hidroxila, pode ser manipulado em resposta a mudanças na demanda do produto. Se houver uma demanda tanto para um ácido como para uma base, ambas as correntes de produto podem ser recuperadas. Se houver demanda apenas para uma corrente de produto, a outra pode ser descartada. Tipos de corrente de processo e/ou tipos de íons precursores nas mesmas fornecidas ao dispositivo eletroquímico podem ser selecionadas e/ou ajustadas com base em uma corrente de produto específica a ser produzida.

Deve ser entendido que os sistemas e métodos da presente invenção podem ser usados em relação com uma grande variedade de sistemas onde o processamento de um ou mais líquidos pode ser desejado. Assim, o dispositivo de separação elétrico pode ser modificado por aqueles 25 versados na técnica conforme necessário para um processo particular, sem se desviar a partir do âmbito da presente invenção.

A função e as vantagens dos referidos e outras modalidades serão mais amplamente entendidas a partir do exemplo não Iimitante a seguir. O exemplo é pretendido ser de natureza ilustrativa e não é ser considerado como Iimitante do âmbito das modalidades discutidas aqui. EXEMPLO

Testes de laboratório foram realizados usando versões-padrão e modificadas do módulo de eletrodesionização contínua da Siemens da Série C (CEDI). Os objetivos do trabalho de avaliação foram de determinar a efi5 cácia do processo CEDI para produzir uma corrente de produto de NaOH a partir de uma mistura sintética de sais inorgânicos, determinar a resistência máxima de produto de NaOH que pode ser produzido - com a intenção de alcançar até 18 g/L de NaOH, e de avaliar a economia da referida aplicação ao custo de aquisição de NaOH comercial. Os testes foram reportados du10 rante 3 períodos de teste.

I. Configuração Experimental

A. Testes 1-13

Testes 1-13 foram realizados em um módulo CEDI da Série C da Siemens Corporation. Os componentes são descritos abaixo.

· Placa terminal de alumínio - placa terminal de catodo.

• Eletrodo de catodo - titânio revestido de óxido de índio.

• Uma tela, que foi usada para produzir célula do tipo S.

• Uma membrana catiônica identificada como "c".

• Célula do tipo 1, que utilizou uma armação de plástico e foi preenchida com a 60/40% em v/v de mistura de resinas catiônica e aniônica.

O perfil de seção transversal da célula (normal ao fluxo da corrente) consistiu em 3 câmaras em paralelo. As duas câmaras externas foram de 35,56 cm x 3,3 cm (14"x 1,3125") e a câmara central é 35,56 cm x 3,175 (14" x 1,25"). A área de seção transversal total da célula foi cerca de 350 cm2 (54,25"2).

· Uma membrana aniônica identificada como "a".

• Célula do tipo 2, que foi também preenchida com a 60/40% em v/v mistura de resina catiônica (a mesma armação foi usada como a célula do tipo 1, mas invertida para direcionar o fluxo a um duto diferente ou sistema de tubulação).

· Uma membrana catiônica identificada como "c".

• Célula do tipo S.

• Uma membrana catiônica identificada como "c". • Célula do tipo 1

• Uma membrana aniônica identificada como "a".

• Célula do tipo 2

• Uma membrana catiônica identificada como "c".

· Célula tipo S

• Eletrodo de anodo - óxido de irídio revestidos titânio.

• Placa terminal de alumínio - placa terminal de anodo.

Cada célula era dotada de uma das três opções de duto de alimentação e uma de três opções de duto de descarga:

· Célula do tipo S foi proporcionada com duto para alimentar

salmoura e para descarregar salmoura tratada. Gases de H2, O2, e CO2 evolveram nas referidas células, de modo que os referidos gases também saíram com a referida corrente.

• Célula do tipo 1 foi proporcionada com duto para alimentar água Dl e para descarregar água Dl. A resistividade elétrica da água Dl fornecida foi maior ou igual a cerca de 16 megohm-cm.

• Célula do tipo 2 foi proporcionada com duto para alimentar água Dl e para descarregar produto NaOH. Em alguns casos a alimentação para a célula do tipo 2 foi produto de NaOH reciclado, em vez de água Dl

pura.

A notação para representar a disposição da célula é: S12S12S+. A notação para representar a disposição da membrana é caccac+. Em alguns testes a polaridade foi revertida, em cujo caso o módulo se tornou +S21S21S-. Três diferentes configurações de tubulação foram avaliadas, mostradas nas figuras 4A - 4C, respectivamente.

Energia elétrica para o módulo foi proporcionada por um fornecimento de energia DC e um controlador de energia. O controlador de energia regulou a amperagem para 0 módulo. O controlador exibiu voltagem e amperagem. A fiação foi realizada ao conectar o fio negativo (preto) na aba 30 de catodo e o fio positivo (vermelho) na aba do anodo. O sistema elétrico foi capaz de enviar não mais do que 8 ou 9 amperes de potência. Os fios foram de 18 gauge e se tornaram quentes ao toque após poucos momentos de operação.

Coeficientes de fluxo de alimentação foram monitorados pelos rotâmetros e coeficientes de fluxo de efluente foram monitorados pelo uso de um cilindro e cronômetro. pH, coeficiente de formação de gás, e composição 5 de gás não foram monitorados. Os gases formados foram retornados com a salmoura de reciclagem ao tanque de alimentação e foram ventilados ao dispor uma mangueira de ventilação próximo ao tanque de alimentação.

B. Testes 14-17

A configuração da tubulação para os referidos testes é mostrada

na figura 4D. O equipamento foi similar àquele descrito acima, com as exceções a seguir:

• um maior fornecimento de energia e cabos elétricos foi usado. O referido fornecimento foi conectado a uma saída de 220 VAC 30A. Fiação de calibre 8 foi usada, e os referidos fios permaneceram frios ao toque para

todos os testes. Diferente do fornecimento anterior, a referida voltagem constante enviada, e a amperagem resultante foi monitorada.

• Novos eletrodos capazes de alta corrente de serviço foram usados. As placas de eletrodo apresentaram abas terminais de titânio pesado e foram revestidos de platina.

· Um das células usou uma membrana homogênea, em vez de

uma membrana heterogênea convencional da lonPure™ (Siemens Corp.).

C. Testes 50 - 57

Testes 50 - 57 foram conduzidos com a configuração da tubulação mostradas na figura 4E. O equipamento foi similar àquele descrito nos

testes anteriores acima, com as exceções a seguir:

• novas placas de eletrodo foram usadas, com placas de eletrodo de malha de titânio e construídas em portas de fluxo de salmoura.

• Nos testes anteriores o fluxo de salmoura para o anodo, catodo, e a célula de tela central foram não independentemente controláveis.

Para se garantir que nenhuma célula foi ultrapassada, o módulo foi modificado par os testes 50 - 57 ao independentemente controlar o fluxo de cada uma das referidas correntes dentro de suas respectivas células. • o trançamento das telas nas células de salmoura foi disposto diagonalmente ao fluxo de fluido, em vez de paralelo e perpendicular. Isto foi realizado em uma tentativa de minimizar suspeita de travamento do vapor nas telas.

II. Descrição dos Procedimentos de Teste

Para cada rodada experimental, um tanque de alimentação foi primeiro preenchido com a salmoura. O fluxo de água Dl foi ligado e o fluxo ajustado usando a válvula de agulha de rotâmetro. A potência principal foi então ligada, a qual ligou as bombas. Coeficientes de fluxo e sistemas pressão contrária foram ajustados usando diversas válvulas de controle. O controlador de energia DC foi energizado e ajustado às diversas amperagens ou voltagens de teste. A condutividade e a temperatura da alimentação e cada efluente foi medido e registrado usando um medidor de condutividade ULTRAMETER 6P Il comercialmente disponível pela Myron L Co. O sistema foi permitido estabilizar por um número de minutos. A estabilização foi determinada ao utilizar um medidor de condutividade. A amperagem e voltagem foram registradas, e amostras da alimentação, produto de NaOH e produto de salmoura foram coletados. Para algumas rodadas de teste, múltiplas amostras foram coletadas por um período de tempo. O módulo foi fechado ao desligar a potência e interromper o fluxo de água Dl fresca.

Gases H2 e O2 são produzidos como bolhas em uma salmoura. Perigos de fogo e explosão foram mitigados ao se ventilar as linhas de retorno de salmoura em uma coifa para vapor. Nenhuma medição LEL de H2 foi coletada neste teste de trabalho.

Para os testes 3 - 13, a alimentação e as amostras de produto

foram analisadas pelo método de titulação HACH #8203. A titulação foi usada para medir o teor de NaOH, Na2COs e NaHC03. A concentração de Na2SÜ4 foi medida por fotometria usando HACH método #8051.

Para os testes 14-57, o nível de pH foi monitorado usando o Myron L Co ULTRAMETER. As concentrações de NaOH, Na2CO3, e NaHCO3 foram monitoradas por titulação usando um autotitulador Metohm 785 DMP Titrino. Na conclusão do teste 57, as membranas CEDI foram analisadas usando um microscópio de leitura eletrônica ISI ABT WB-6.

III. Descrição da alimentação

A composição da alimentação foi:

· 55 g/L de Na2SO4

• 3,1 g/L de Na2COa

• 35 g/L de NaHCO3

Todos os químicos usados para preparar a alimentação foram compostos de categoria reagente comprados da Sigma-Aldrich de St. Louis1 10 Missouri. Água Dl foi usada como o solvente. Testes 11 e 12 usaram uma alimentação de maior resistência do que a acima relacionada, a qual foi preparada ao dobrar as doses de sais e decantar o sobrenadante saturado a partir do tanque de mistura. O teste 13 usou uma alimentação de % de resistência Testes 50 - 57 foram realizados usando a solução de 80 g/L de 15 Na2CO3.

Na maior parte dos casos a alimentação foi recirculada através do módulo CEDI e de volta para dentro do tanque de alimentação. Assim a concentração da alimentação de sódio não foi constante.

IV. Resultados dos Testes

Uma tabela resumindo as condições de teste e os resultados é

mostrada nas Tabelas 1 e 2 apresentadas nas figuras 5A e 5B, respectivamente. A duração do teste foi a extensão de tempo que se levou para registrar os parâmetros e coletar amostras, o que foi em geral 1 a 5 minutes. O tempo de teste reportado do dia foi registrado no final das referidas etapas. A eficiência da corrente é a fração da amperagem que foi utili

zada para transportar íons de sódio para dentro da corrente de produto de NaOH. A eficiência da corrente foi calculada a partir da Iei de Faraday, usando a equação a seguir.

pzNgfl Na

Jk λ

Eficiência da corrente 2 Onde Λ/νβ é o coeficiente de fluxo molar de sódio na corrente

de produto de NaOH (mole Na/segundo); A é a corrente elétrica (Amp); F é a Constante de Faraday (96,485 coulomb/mole); n2éo número de células de tipo 2 em CEDI (neste caso, dois); ZNa é a carga de um íon de sódio, que é +1.

Durante algumas das operações, gráficos de potência foram registrados para monitorar a amperagem como uma função da voltagem. Os

referidos gráficos são mostrados nas figuras 6A - 6E. Os gráficos de potência foram registrados durante operações sustentadas nas condições nominais a seguir como reportado na Tabela 3: __

Coeficiente de Pressão da en¬ Pressão da fluxo (ml/min) trada Kpa/(psig) saída (psig) Célula de catodo (salmou¬ 300 0 0 ra - 1 célula) Célula de anodo (salmou¬ 300 0 0 ra - 1 célula) Célula de tela (salmoura - 200 63,053 (9) 3,447 (0,5) 1 célula) Saída de Dl (alimentação 200 17,237 (2,5) 13789 (2) de Dl - 2 células) Saída cáustica_(alimenta- 200 13,789 (2) - 6,895 (1) ção de Dl - 2 células) Na conclusão dos trabalhos de teste, o módulo foi desmontado.

Uma das membranas foi analisada por SEM. A referida membrana separou a salmoura na célula de catodo a partir da água Dl em uma célula de leito de resina.

V. Discussão dos Resultados de Teste

Eficácia do processo CEDI na Produção de NaOH Todos os testes mostraram o processo CEDI como sendo capaz

de extrair e agregar íons de sódio a partir da salmoura e produzindo a corrente de NaOH. A concentração de NaOH nas correntes de produto variou a partir de 0,14 a 8 g/L NaOH. Houve alguma contaminação do produto NaOH, seja por carbonatos, sulfatos, ou por ambos durante algumas das rodadas 20 de testes. A pureza do NaOH na corrente de produto variou a partir de 30 a 100% puro. A fonte de contaminação pode ser em virtude de vazamento de membrana, seja a partir de danos ou a partir de porosidade.

Efeito da Amperagem Aumentada

Os Testes 3, 4, e 5 foram testes idênticos realizados em condições idênticas, mas com uma maior corrente elétrica em cada teste. O percentual de recuperação de Na e a concentração de Na na corrente de produto aumentada com maior corrente. A temperatura do efluente também foi aumentada. A eficiência da corrente reduziu com o aumento da corrente. A 5 redução da eficiência da corrente resultou em ineficiente utilização de potência e resultou em aumento da temperatura.

Os resultados são mostrados graficamente nas figuras 7A e 7B.

Durante os testes 14-57, operados em corrente mais elevada, foi observado que a alta amperagem ocasionou uma perda de desempenho 10 com o tempo. Isto é mostrado nas figuras 6A - 6E, que mostram o comportamento dinâmico da corrente em alta voltagem. A figura 6C mostra com o início da unidade, a amperagem inicialmente aumentada com o tempo. Isto foi em virtude da formação de NaOH na célula de produto, o que aumentou a condutividade e assim a amperagem, em uma voltagem fixa. Aproximada15 mente às 13:50 a corrente alcançou um máximo de 11 amps. Após isto, a corrente declinou uniformemente.

O sistema foi subsequentemente operado com capacidades de fluxo e pressão independentemente controladas para determinadas células suspeitas de modo a reduzir ou eliminar potencial bloqueio de vapor, onde 20 os gases H2, O2, e CO2 formados devem ser coletados como bolhas estacionárias. Também, carbonato de sódio foi substituído como a alimentação de modo a reduzir ou eliminar a produção de gás CO2 a partir da remoção de Na+. Redução da corrente com o tempo foi observada.

Efeito do Coeficiente Cáustico de Fluxo Testes 11 e 12 foram realizados com alimentação e amperagem

similares. Nos referidos testes a corrente de produto de NaOH foi reciclada através de célula tipo 2. O produto NaOH saiu do sistema através de uma pequena corrente de purga, que foi reabastecida com água Dl (isto é alimentação e sangramento). Deste modo, o coeficiente de fluxo da corrente atra30 vés da célula foi mantido elevado, mas o tempo de estadia geral foi aumentado para produzir uma menor corrente de fluxo de maior resistência de produto. Teste 12 foi dotado de um coeficiente mais elevado de descarga de produto, e assim um tempo de retenção cáustico mais curto. Os referidos testes foram de outro modo idênticos. O tempo de retenção mais curto resultou em uma corrente de produto de NaOH mais fraca, entretanto o% de re5 cuperação de Na foi 4 vezes mais alto do que no teste 11 e a eficiência da corrente foi também mais elevada. Os referidos resultados implicam em que o tempo de estadia caustica mais longo pode aumentar a resistência do produto, mas pode reduzir a eficiência geral de recuperação de Na e elétrica. Isto pode ser em virtude da alta pressão osmótica da corrente caustica resis10 tindo a transporte de mais íons de Na+ e pode ser superado ao se usar correntes aplicadas mais elevadas.

Efeito da Concentração de Salmoura Concentração Teste 13 foi conduzido em condições similares às do teste 12, mas com uma salmoura de alimentação de resistência mais baixa (Na+ concentração). Teste 13 foi realizado com diferencial de pressão cuidadosamente controlado entre as células, em uma tentativa de minimizar o vazamento de célula/célula. Teste 13 foi também conduzido em um coeficiente de descarga de produto mais baixo a partir de célula do tipo 2, na qual uma a eficácia de corrente e recuperação de sódio mais baixa foi esperada antes de conduzir o referido teste. Surpreendentemente, este teste mostrou melhor eficácia de corrente e maior% de recuperação de Na do que o teste 12. Parece que ao se usar salmoura de alimentação de resistência mais fraca se aumenta a recuperação de sódio.

Efeito de Resina

Teste 7 foi realizado em condições similares ao teste 4. Teste 4

foi dotado de uma célula de alimentação preenchida de resina no meio de CEDI, enquanto no teste 7, a referida célula do meio foi preenchida com uma tela. A alimentação do teste 7 foi uma alimentação de maior resistência, o que também apresentou impacto nos resultados, tornando a revisão difícil, uma vez que dois parâmetros são diferentes. Com base na análise do teste

13, a alimentação de salmoura de maior resistência foi esperada produzir uma eficácia de corrente mais baixa, entretanto na comparação do teste 7 ao teste 4, a eficiência da corrente foi surpreendentemente aproximadamente a mesma. Isto implica em que ao se substituir a resina com uma tela não diminui a eficiência do processo. Todos os testes subsequentes foram realizados com telas em células de salmoura.

Discussão de Membrana

Uma membrana homogênea foi usada durante os testes 14-16. Os referidos testes apresentaram a mais alta extensão de contaminação de produto. Não está claro se isto foi em virtude de porosidade/difusão, ou se houve um rasgo na membrana.

Efeito de Aumentar Coeficiente de fluxo de Salmoura

Testes 8 e 12 foram testes similares. Teste 8 foi conduzido com coeficientes de fluxo mais elevados de salmoura e cáustico do que o teste

12. A eficiência da corrente de teste 8 foi mais elevada do que o 12 e a resistência cáustica do produto foi similar. Os referidos resultados podem indicar que coeficiente de fluxo de salmoura mais alto aumenta a eficiência. Discussão dos gases emitidos

O processo produziu uma emissão de gases em uma linha de reciclagem de salmoura. O coeficiente de formação de emissão de gás e composição não foi medido. Por inspeção visual, houve um fluxo de gás sig20 nificante na linha de retorno o qual aumentou a amperagem. O gás compreendeu principalmente hidrogênio e oxigênio, formados nos eletrodos. Gás CO2 também se desenvolveu nos testes que forma dotados de NaHCO3 na alimentação, mas não Na2CO3.

Resultados de leitura por microscópio eletrônico (SEM)

Numerosos diferentes grupos de células foram testados na pre

sente avaliação. Após o último teste ser completo, o último pacote de células foi cortado e aberto e amostras das membranas foram retidas. A membrana catiônica que separa a célula catiônica a partir da célula de água Dl foi seca, pulverizada a ouro, e disposta em um SEM para análise. A imagem do lado 30 de salmoura mostrou o que pareceu serem partículas de resina suspensas na matriz de folha de polietileno. As cavidades foram maiores do que as partículas, o que era esperado uma vez que as partículas retraíram durante o processo de secagem, o que foi necessário na preparação da amostra para a SEM. O lado de água Dl parece similar, entretanto, parece que a matriz de folha é diferente e pode indicar dano.

A discussão de água Dl No decurso dos testes 17-57, ajustes para a água Dl foram ob

servados ocasionar um efeito. Em condições constantes, o aumento do coeficiente de fluxo de água Dl reduziu a corrente (figura 6B). De modo similar, o aumento da pressão relativa de Dl ocasionou uma redução na corrente. Relacionado a isto, em alguns casos foi observado que o aumento da pres10 são de salmoura ou do fluxo aumentaria a corrente (figura 6E). A redução na corrente pode ser um resultado da reação de fracionamento da água produzindo íons H+ e OH' em solução e em um leito de resina. Isto pode aumentar a condutividade, e em um coeficiente de fluxo mais alto de água Dl, os referidos íons são lavados, reduzindo a condutividade. Alternativamente, ou em 15 conjunto com o fracionamento da água, os íons a partir da salmoura e células cáusticas podem vazar através das membranas par dentro da célula de água Dl, o que aumenta a condutividade. De modo similar, o aumento de fluxo de água Dl pode lavar os referidos íons mais rapidamente. O aumento relativo da pressão de água Dl em geral reduz o coeficiente de vazamento. 20 Vazamentos podem não ser facilmente detectados, entretanto, uma vez que na ocasião em que a água Dl é descarregada, íons contaminantes são removidos pelo processo CEDI.

Resultados VL

A eficácia de CEDI para recuperar Na+ como NaOH a partir de cáustico usado oxidado foi provada. Uma recuperação mais alta, tal como 10% de Na é alcançável ao usar uma reciclagem. Alta amperagem pode ser necessária de modo a produzir cáustico altamente forte em coeficientes de fluxo desejáveis.

Tendo assim descrito os diversos aspectos de pelo menos uma modalidade, deve ser observado que diversas alterações, modificações, e aprimoramentos prontamente ocorrerão para aqueles versados na técnica. As referidas alterações, modificações, e aprimoramentos são pretendidos ser parte da presente descrição e são pretendidas estar dentro do âmbito da presente invenção. De acordo, a descrição e os desenhos anteriores são apenas como exemplos, e o âmbito da presente invenção deve ser determinado a partir da construção adequada das reivindicações anexas, e de suas equivalentes.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo eletroquímico, compreendendo: um primeiro compartimento de concentração pelo menos parcialmente definido por uma primeira membrana seletiva de ânion e uma segunda membrana seletiva de ânion; um compartimento de eletrólise pelo menos parcialmente definido por uma segunda membrana seletiva de ânion e uma membrana seletiva de cátion; e um segundo compartimento de concentração pelo menos parcialmente definido pela membrana seletiva de cátion e uma terceira membrana seletiva de ânion.

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, adicionalmente compreendendo uma fonte de água desionizada conectada de modo fluido ao compartimento de eletrólise e ao segundo compartimento de concentração.

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 2, adicionalmente compreendendo uma fonte de uma espécie iônica conectada de modo fluido ao primeiro compartimento de concentração.

4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 3, em que a fonte das espécies iônicas compreende uma solução salina.

5. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 4, em que a solução salina compreende um precursor de ácido ou base.

6. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, em que pelo menos um de o primeiro compartimento de concentração, o segundo compartimento de concentração e o compartimento de eletrólise compreendem meio de troca de íon.

7. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 6, em que o meio de troca de íon compreende um leito de resina misturada, um leito de resina de cátion ou um leito de resina de ânion.

8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, adicionalmente compreendendo uma saída de solução acídica.

9. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 8, adicionalmente compreendendo uma saída de solução básica.

10. Dispositivo eletroquímico, compreendendo: um primeiro.compartimento de concentração pelo menos parcialmente definido por uma primeira membrana seletiva de cátion e uma segunda membrana seletiva de cátion; um segundo compartimento de concentração pelo menos parcialmente definido pela segunda membrana seletiva de cátion e uma membrana seletiva de ânion; e um compartimento de eletrólise pelo menos parcialmente definido pela membrana seletiva de ânion e uma terceira membrana seletiva de cátion.

11. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 10, adicionalmente compreendendo uma fonte de água desionizada conectada de modo fluido ao compartimento de eletrólise e ao segundo compartimento de concentração.

12. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 11, adicionalmente compreendendo uma fonte de uma espécie iônica conectada de modo fluido ao primeiro compartimento de concentração.

13. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 12, em que a fonte das espécies iônicas compreende uma solução salina.

14. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 13, em que a solução salina compreende um precursor de ácido ou base.

15. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 10, em que pelo menos um dos primeiro compartimentos de concentração, segundo compartimento de concentração e compartimento de eletrólise compreendem meio de troca de íon.

16. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 15, em que o meio de troca de íon compreende um leito de resina misturada, um leito de resina de cátion ou um leito de resina de ânion.

17. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 10, adicionalmente compreendendo uma saída de solução acídica.

18. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 17, adicionalmente compreendendo uma saída de solução básica.

19. Método de operar um dispositivo eletroquímico, compreendendo: introduzir uma espécie catiônica e uma espécie aniônica em um primeiro compartimento de concentração do dispositivo eletroquímico; introduzir água desionizada em um segundo compartimento de concentração e um compartimento de esgotamento do dispositivo eletroquímico; eletrolisar água desionizada no compartimento de esgotamento; e recuperar uma corrente de ácido em uma saída do primeiro compartimento de concentração.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, em que recuperar a corrente de ácido compreende promover o transporte das espécies aniônicas através de uma membrana seletiva de ânion.

21. Método, de acordo com a reivindicação 19, adicionalmente compreendendo recuperar a corrente básica em uma saída do segundo compartimento de concentração.

22. Método, de acordo com a reivindicação 21, em que recuperar a corrente básica compreende promover o transporte das espécies catiônicas através de uma membrana seletiva de cátion.

23. Método, de acordo com a reivindicação 19, adicionalmente compreendendo ajustar um nível de pH da corrente de ácido a jusante do dispositivo eletroquímico.