BRPI0809397A2

BRPI0809397A2 - Célula eletroquímica e processo para operação da mesma

Info

Publication number: BRPI0809397A2
Application number: BRPI0809397-0A
Authority: BR
Inventors: Kenneth L Hardee
Original assignee: Industrie De Nora Spa
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2014-09-09
Also published as: ZA200905227B; AU2008228254B2; AU2008228254A1; RU2009138529A; US20090211918A1; KR20100014467A; EP2125633A2; CN101622200A; WO2008113841A3; TW200840120A; MX2009010011A; JP2010521590A; IL200031A0; WO2008113841A2; RU2469959C2; MY148645A; CA2678144A1

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CÉLULA ELETROQUÍMICA E PROCESSO PARA OPERAÇÃO DA MESMA".

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se ao campo de células eletroquími5 cas, especialmente células para tratamento eletrolítico de água.

Antecedentes da Invenção

São conhecidas na técnica várias células eletroquímicas para tratamento eletrolítico de água, por exemplo, células gerando hipoclorito ou ozônio para desinfecção de água, ou células emissoras de oxigênio para tratamentos biocidas. Um dos resultados principais dessas células é a formação de produtos incrustantes, tais como películas incrustantes de sais insolúveis, algas ou outro crescimento de micro-organismos, e similares, especialmente na superfície de catodos na célula. Esses produtos incrustantes são tipicamente não condutores e são nocivos à eficiência de corrente dos processos eletroquímicos, bem como impedindo o acesso do eletrólito aos sítios reacionais ativos, e devem ser removidos periodicamente. Em princípio, isso implica em desmantelar as células, nas quais os eletrodos incrustados estão instalados, com uma perda global de produtividade, além do custo básico do procedimento de manutenção. Além do mais, os eletrodos para aplicações eletroquímicas incluem, frequentemente, um substrato condutor inerte revestido com camadas finas de componentes cataliticamente ativos, que compreendem, em muitos casos, metais nobres muito caros ou seus óxidos. A remoção de películas incrustantes de sais ou algas dessa superfície de eletrodo ativa por meio mecânico é associada com o risco de dano desses revestimentos ativos delicados, implicando ainda em perdas econômicas mais significativas.

Uma medida descrita na técnica anterior, para evitar esses procedimentos de manutenção arriscados e caros, da inversão periódica da polaridade dos eletrodos, por um período de tempo limitado, que pode provocar 30 o estabelecimento de condições transientes, favorecendo o desprendimento ou dissolução de películas incrustantes (por exemplo, aumentando localmente a acidez nas proximidades de uma superfície catódica incrustada, funcionando, temporariamente, como anodo), ou uma ação biocida dirigida contra algas (por exemplo, emitindo temporariamente cloro em uma superfície catódica incrustada).

Diferentes concretizações dessa técnica, conhecida no ramo 5 como inversão de corrente, são conhecidas e têm sido usadas nessas aplicações na eletrólise de água do marco geração de hipoclorito, inversão de corrente em cloradores para água de piscina e na remoção de películas incrustantes de carbonato de cálcio, em um processo de eletrólise de água. Em todos esses exemplos, os catodos funcionam periodicamente como a10 nodos por um tempo limitado em ciclos predeterminados: quanto mais longo o tempo operacional em um modo de inversão de corrente, mais efetiva a limpeza do eletrodo.

Não obstante, se o funcionamento em uma condição inversa é muito longo, além de resultar em uma possível diminuição da eficiência de corrente global, quando a célula opera em um modo de limpeza, sem produzir os produtos desejados, o dano aos eletrodos pode também ocorrer. Na maior parte dos casos, a operação anódica de catodos é nociva à integridade dos materiais, projetados especificamente para operação catódica, incluindo uns poucos materiais de substratos catódicos preferidos, tais como aço inoxidável, níquel e ligas de níquel. Na maior parte dos casos, uma célula, projetada para operar com inversão de corrente intermitente, é forçada a utilizar catodos de titânio, que devem ser protegidos com camadas adequadas de revestimentos de metais nobres. Por outro lado, o efeito nocivo de inversão de corrente pode ser também muito significativo em materiais anódicos projetados especificamente, forçados a operar como catodos, e submetidos, tipicamente, em um modo de inversão de corrente, a desprendimento de hidrogênio, que não é uma reação benéfica para todos os materiais de revestimento e de substrato. O grau de liberdade na seleção dos materiais de construção para as células, que vão ser operadas com inversão de corrente periódica, é, portanto, reduzido, e um compromisso é tipicamente necessário para satisfazer todos os diferentes requisitos. Os exemplos de aplicações industriais típicas, que são afetadas a um grau significativo pelas limitações mencionadas acima, são a cloração mencionada acima de água de piscina, especialmente quando a dureza da água a ser tratada é alta, e o tratamento a bordo de águas de lastro de navios, requerido pelas normas internacionais para destruir formas não naturais de seres vivos marinhos e 5 afetados tanto pelos fenômenos de película incrustante quanto por película incrustante biológica de catodos.

Seria desejável, então, proporcionar uma célula eletroquímica na qual a remoção de produtos de película incrustante é feita sem qualquer interrupção da produção e sem inversão da polaridade dos eletrodos. Seria 10 também desejável proporcionar uma célula eletroquímica adequada para a geração de oxigênio e/ou hipoclorito, para o tratamento biocida de águas de lastro ou para a cloração de água para piscinas.

Sumário da Invenção

Em uma concretização, a invenção é dirigida a uma célula ele15 troquímica compreendendo um primeiro e um segundo pares de anodos/catodos, cada um dos pares de anodos/catodos compreendendo um catodo e um anodo separados por um meio não condutor e pelo menos um meio de atuação, conectando os ditos primeiro e segundo pares de anodos/catodos a uma fonte de energia, o dito meio de atuação e a dita fonte de 20 energia adequados para a alimentação alternada de corrente elétrica direta:

- em um primeiro estado operacional, para o dito catodo do dito primeiro par de anodo/catodo e para o dito anodo do dito segundo par de anodo/catodo, os catodo e anodo remanescentes estando em um circuito aberto; e

- em um segundo estado operacional, para o dito catodo do dito

segundo par de anodo/catodo e para o dito anodo do dito primeiro par de anodo/catodo, os catodo e anodo remanescentes estando em um circuito aberto.

Em outra concretização, a invenção é dirigida a um conjunto de eletrodos, compreendendo:

(a) pelo menos dois pares de anodos/catodos, cada par compreendendo um anodo, um elemento não condutor e um catodo; e (b) conexões a um meio de atuação, capazes de dirigir correntes anódicas para o anodo e correntes catódicas para o catodo.

Em outra concretização, a invenção é dirigida a um conjunto de eletrodos, compreendendo: (a) pelo menos dois pares de anodos/catodos, cada par compreendendo um anodo, um elemento não condutor e um catodo; e (b) conexões a um meio de atuação, capazes de dirigir correntes anódicas para o anodo e correntes catódicas para o catodo.

Em uma outra concretização, a invenção é dirigida a um conjunto de eletrodos, compreendendo: (a) uma pluralidade de grupos de ano10 dos/catodos compreendendo um anodo central, posicionado entre pares de catodos; (b) primeiro e segundo pares de anodos/catodos terminais nas extremidades do conjunto; e (c) um meio de atuação capaz de dirigir correntes anódicas para o anodo e correntes catódicas para o catodo.

Em mais uma outra concretização, a invenção é dirigida a um par de anodo/catodo, em combinação com um meio de atuação capaz de dirigir correntes anódicas para o anodo e correntes catódicas para o catodo, em que o dito anodo ou o dito catodo do dito par alterna a operação em um primeiro estado operacional ou um segundo estado operacional.

Breve Descrição dos Desenhos Os objetos mencionados acima e outros aspectos e vantagens

da invenção vão ser esclarecidos pela descrição apresentada a seguir com os desenhos em anexo, em que:

a Figura 1 mostra uma célula de acordo com uma concretização da invenção, compreendendo um meio de atuação consistindo em uma disposição de chaves eletromecânicas;

a Figura 2 mostra uma célula de acordo com uma concretização da invenção, compreendendo um meio de atuação consistindo em uma disposição de diodos;

a Figura 3 mostra uma célula de acordo com uma concretização da invenção, compreendendo um conjunto de dois pares de anodos/catodos adicionais, em uma pseudodisposição bipolar;

a Figura 4 mostra um conjunto de acordo com uma outra concretização da invenção, compreendendo uma pluralidade de grupos de anodos/catodos, dispostos para formar uma pluralidade de câmaras dentro da célula;

a Figura 5 mostra um conjunto de acordo com uma concretização da invenção, compreendendo uma concretização alternativa da Figura 4; e

a Figura 6 é uma fotografia mostrando a aparência de eletrodos invertidos e não invertidos, após operação em um clorador de piscina. Descrição Detalhada da Invenção Uma ou mais implementações da invenção vão ser então descri

tas com referência aos desenhos em anexo, em que os números de referência similares são usados para referência a elementos similares de um extremo a outro, e em que as estruturas ilustradas não são necessariamente desenhadas em escala.

Para fins da invenção, os termos apresentados a seguir têm os

significados indicados a seguir:

O termo de entidade "um" ou "uma" se refere a um ou mais dessa entidade; por exemplo, "um anodo" ou "um par de anodo/catodo" se refere a um ou mais desses anodos ou pelo menos um anodo. Como tal, os ter20 mos "um" ou "uma", "um/uma ou mais" e "pelo menos um/uma" podem ser usados intercambiavelmente no presente relatório descritivo. Deve-se também notar que os termos "compreendendo", "incluindo" e "tendo" podem ser usados intercambiavelmente. Além do mais, um composto "selecionado de um ou mais de" se refere a um ou mais dos compostos na lista que se se25 gue, incluindo as misturas (isto é, combinações) de dois ou mais dos compostos.

A invenção compreende uma célula eletroquímica tendo eletrodos dispostos em pares de anodos/catodos, o anodo e o catodo de cada par sendo separados por um meio não condutor, conectados a uma fonte de 30 energia por um meio de atuação, adequado para alimentar alternadamente corrente elétrica contínua ao catodo de um par e ao anodo do outro par, em um primeiro estado operacional, depois ao anodo do primeiro par e ao catodo do segundo par, em um segundo estado operacional, em que os anodos e os catodos não abastecidos com corrente elétrica, em cada estado operacional, são mantidos em circuito aberto.

O meio de atuação inclui um ou mais de uma disposição de relés ou outro tipo de chave no estado sólido eletrônica ou eletroquímica conhecida na técnica, ou uma disposição de diodos, que seja capaz de dirigir correntes anódicas para o anodo e correntes catódicas para o catodo. Em qualquer caso, as chaves ou diodos podem ser instalados dentro de uma fonte de energia ou presos diretamente aos eletrodos, na célula ou na ligação às células. Quando chaves (no estado sólido) eletrônicas ou eletroquímicas são usadas, a fonte de energia compreende uma fonte de energia contínua e as chaves são dispostas em pares de chaves duplas de operação cooperante, uma chave dupla conectando alternadamente o anodo ou o catodo de um par de anodo/catodo à fonte de energia, e a outra chave dupla conectando o eletrodo de polaridade oposta do par de anodo/catodo adjacente à fonte de energia. Esses relés no estado sólido ou eletromecânicos podem ser da forma comumente conhecida como "movimento duplo de polo duplo".

Quando são usados diodos, a fonte de energia compreende uma fonte de corrente elétrica contínua de inversão, e os diodos são dispostos 20 em pares de polaridade oposta, cada par de diodos sendo conectado a um par de anodo/catodo, de modo que todos os diodos conectando os anodos à fonte de energia tenham uma polaridade e todos os diodos conectando os catodos à fonte de energia tenham uma polaridade oposta. Para mais de dois (2) pares de anodos/catodos, é também possível empregar um único 25 conjunto de quatro (4) diodos, de modo que um par de diodos controle o fluxo de corrente a um conjunto de pares de eletrodos conectados em paralelo, enquanto que o segundo par de diodos controla o fluxo de corrente para o segundo conjunto de pares de eletrodos, também conectados em paralelo.

Para um funcionamento adequado da célula da invenção, os catodos e/ou os anodos são, em uma concretização, foraminosos, para impedir a obstrução do eletrólito e do fluxo de corrente. Os catodos podem ser manufaturados de qualquer material catódico típico conhecido na técnica, incluindo um ou mais de aço inoxidável, níquel ou liga de níquel, enquanto que os anodos compreendem um substrato de titânio dotado com um revestimento catalítico, feito de metais nobres ou seus óxidos. Essa disposição propicia um aumento no tempo de vida útil do revestimento anódico, por evitar a sua 5 operação no modo de corrente inversa, bem como propiciar materiais catódicos alternativos. Os catodos de titânio são submetidos à hibridização, que pode ser um fator Iimitante adicional para a vida útil da célula. Uma vez que os catodos na célula de acordo com a invenção não precisam ser operados como anodos, materiais alternativos, tais como aço inoxidável e ligas de ní10 quel, por exemplo, ligas das famílias Inconel® ou Hastelloy®, podem ser usados, que além disso não precisam ser catalisados. Hastelloy® é uma marca registrada da Haynes Ltd. e Inconel® é uma marca registrada da INCO Ltd. Outros substratos metálicos pode ser também usados para uma aplicação particular, incluindo zircônio, nióbio e tântalo, ou suas ligas. Em uma concre15 tização, um revestimento eletrocatalítico pode ser aplicado ao substrato do catodo, para facilitar a reação catódica. Em uma concretização, os revestimentos eletrocatalíticos incluem metais ou óxidos do grupo da platina, sozinhos ou em combinação. Em outra concretização, materiais de alta área superficial, tal como níquel Raney ou outros materiais de níquel porosos (Ni/Zn, 20 Ni/Al, Ni/Al/Mo), podem ser também usados. Para algumas aplicações, tal como geração de ozônio ou destruição orgânica ou síntese orgânica, o uso de diamante dopado com boro (BDD), como um material anódico (sozinho ou aplicado a um substrato adequado), vai ser adequado. BDD também pode ser usado como o material catódico, sozinho ou como um revestimento. 25 De modo similar, os subóxidos de Ti, conhecidos como fases Magneli (por exemplo, Ti4O7), também podem ser usados como anodos ou catodos, como revestimentos ou estruturas monolíticas.

Os catodos podem ser materiais de arame tecidos, metal expandido, placa perfurada ou qualquer outro tipo de estrutura aberta. Os catodos podem ser formados por tiras ou bastões finos, com espaçamento entre eles para propiciar a circulação de eletrólito. Os catodos também podem ser mais curtos do que os anodos, ou deslocados dos anodos, para permitir que o eletrólito ácido escoe pela borda dianteira do catodo, para facilitar a remoção de película incrustante nele. Os eletrodos também podem compreender dois ou mais pares de cilindros concêntricos, nos quais um catodo foraminoso (por exemplo, malha) é formado em uma forma cilíndrica e depois montado 5 próximo a, mas não em contato elétrico com, um anodo em folha (ou malha). Um par menor de eletrodos formados similarmente é então montado concêntrico ao primeiro par.

A Figura 1 mostra uma concretização da célula da invenção (100). A célula (100) compreende pelo menos dois pares de anodos/catodos (110, 120). Um primeiro par de anodo/catodo (110) compreende um anodo em placa (201) e um catodo em malha (301), separados por um ou mais eIementos não condutores (401a), (401b), e um segundo par de anodo/catodo (120) compreende um anodo em placa (202) e um catodo em malha (302), separados por um ou mais elementos não condutores (402a), (402b). O espaçamento ou vão entre o anodo e o catodo é determinado por considerações mecânicas, para evitar o encurtamento dos anodo/catodo, bem como a cegagem do anodo. Em uma concretização, o vão vai ser cerca de 0,05 mm a cerca de 10 mm. Em outra concretização, o vão vai ser de cerca de 0,5 mm a cerca de 1,5 mm. O espaçamento correto entre dois pares de anodos/catodos adjacentes é também importante, para propiciar a limpeza efetiva, consistente. Em uma concretização, o espaçamento entre os pares de anodos/catodos, expresso como a distância entre o catodo de um par e o catodo voltado para ele do par adjacente, vai ser de cerca de 3,0 mm a cerca de 4,5 mm. Na concretização ilustrada na Figura 1, os elementos não condutores (401 a,b) (402a,b) compreendem uma pluralidade de espaçadores descontínuos não condutores, posicionados entre os pares de anodos/catodos (110), (120). Em outra concretização, o elemento não condutor compreende uma ou mais tiras de material não condutor. Em uma outra concretização, o par de anodo/catodo (110), (120) é mantido em uma posição separada, sem o uso de um elemento não condutor, tal como uma configuração de peça de extremidade enranhurada ou saliente.

Em uma concretização, os elementos não condutores (401 a,b), (402a,b) compreendem qualquer material eletricamente não condutor, tal como um material polimérico, incluindo, mas não limitado a, polipropileno, politetrafluoroetileno (PTFE), polímero de etileno clorotrifluoro - etileno (ECTFE), por exemplo, Halar®, uma marca registrada da Ausimont Chemical 5 Company, polietileno, fluoreto de polivinilideno) (PVDF), por exemplo, Kynar®, uma marca registrada da E. I. DuPont De Nemours Company; poli (cloreto de vinila) (PVC), polivinilcloreto clorado (CVPC), ou neopreno. Em uma concretização, o material não condutor é um material de borracha, incluindo, entre outros, EPDM, e Viton®, uma marca registrada da E. I. DuPont De 10 Nemours & Company.

Os catodos (301), (302) ficam voltados entre si, com os anodos sólidos (201), (202) sendo dispostos externamente a eles, mas uma pessoa versada na técnica pode facilmente imaginar outras disposições dos eletrodos equivalentes, por exemplo, com anodos foraminosos voltados entre si, 15 com catodos sólidos dispostos externamente. Em uma concretização, tanto os anodos quanto os catodos podem ser foraminosos.

A célula (100) é conectada aos polos de uma fonte de energia contínua (501) por um meio de atuação, que compreende duas chaves duplas operadas cooperativamente, uma primeira chave (701) conectada ao 20 polo positivo (601) da fonte de energia (501) e uma segunda chave (702) conectada ao polo negativo (602) da fonte de energia (501). Um regulador (510), ou outro meio equivalente conhecido na técnica, controla a operação simultânea das chaves (701) e (702), como ilustrado pelas setas curvas. A posição das chaves se alterna, desse modo, periodicamente entre a configu25 ração indicada pelas setas retas sólidas, com o anodo (201) conectado ao polo positivo (601) e o catodo (302) conectado ao polo negativo (602), e a configuração indicada pelas setas pontilhadas, com o anodo (202) conectado ao polo positivo (601) e o catodo (301) conectado ao polo negativo (602). Na configuração anterior, os eletrodos (201) e (302) são energizados em um 30 primeiro estado operacional, de modo que os eletrodos (301) e (202) fiquem em um segundo estado operacional, de modo que os eletrodos não sejam ativos ou em um circuito aberto. Contrariamente, na última das configurações, os eletrodos (201) e (302) ficam em circuito aberto e os eletrodos (301) e (202) são energizados. Por exemplo, no caso de uma célula de hipoclorito para cloradores de piscina afetados por película incrustante de carbonato de cálcio e magnésio, o eletrólito ácido, resultante da geração de cloro e oxigê5 nio no anodo energizado, escoa pelo catodo em circuito aberto próximo, provocando dissolução da película incrustante. O anodo do outro par de anodo/catodo fica também em circuito aberto e, desse modo, não é submetido à operação prejudicial, como o catodo.

A Figura 2 mostra outra concretização da invenção, na qual a célula (101) é substancialmente igual àquela da Figura 1, exceto que o meio de atuação, para alimentar uma corrente elétrica contínua, compreende uma disposição de diodos (801, 810), (802, 811). Os elementos em comum com a célula da Figura 1 são indicados com os mesmos números de referência. Nessa concretização, a fonte de energia compreende uma fonte de corrente elétrica contínua de inversão (502), a inversão de polaridade sendo de novo controlada por um regulador (511), ou um meio equivalente conhecido na técnica. Cada eletrodo de cada par de anodo/catodo é conectado aos polos (603) e (603’) da fonte de corrente de inversão (502) por pelo menos um diodo. Os diodos (801) e (802), conectando os catodos (301) e (302) aos respectivos polos (603) e (603') têm a mesma polaridade, e os diodos (810) e (811), conectando os anodo (201) e (202) aos respectivos polos (603) e (603'), têm a polaridade oposta, como mostrado na Figura 2. O funcionamento da célula (101) é o equivalente daquele relativo à célula (100) da Figura 1: enquanto o anodo de um par e o catodo do outro par são energizados, os catodo e anodo remanescentes ficam essencialmente em um circuito aberto, em virtude da disposição dos diodos, de modo que a qualquer dado momento haja dois eletrodos conduzido o processo eletroquímico desejado (modo operacional) e dois deixados em circuito aberto (modo de limpeza). Em ambos os casos, os parâmetros regulando a comutação entre as duas configurações podem ser facilmente ajustados por uma pessoa versada na técnica, dependendo dos requisitos do processo específico. Por exemplo, as duas configurações podem ser alternadas com um período variando de uns poucos minutos a umas poucas horas. Uma pessoa versada na técnica vai também observar facilmente que as células (100) e (101) são adequadas para ser empilhadas em uma disposição modular, originando um eletrolisador monopolar do tamanho requerido.

A célula (100) da invenção pode ser facilmente empilhada em

um modo modular com outras células equivalentes, proporcionando conexões do tipo monopolar, para formar um eletrolisador. Embora em muitos casos os eletrolisadores monopolares sejam a seleção preferida para multiplicar a capacidade da célula, para outras aplicações um eletrolisador do tipo bipolar seria vantajoso. Ainda que as células de acordo com a invenção, como descrito acima, não pareçam ser adequadas para ser conectadas em um modo do tipo bipolar, um pseudoeletrolisador bipolar pode ser obtido por interposição dos conjuntos. A Figura 3 mostra uma concretização alternativa, na qual um pseudoeletrolisador bipolar proporciona uma célula de capacidade produtiva dupla, com essencialmente as mesmas características e vantagens de uma pilha bipolar de duas células, esta sendo obtida por intercalação de conjuntos, cada um deles compreendido de dois pares de anodos/catodos adicionais, em uma das células das figuras anteriores. Uma pessoa versada na técnica vai facilmente observar que a pseudodisposição bipolar da Figura 3 pode ser obtida com qualquer número desses conjuntos interpostos, até atingir o tamanho desejado. A pseudocélula bipolar (102) da Figura 3 provém da interposição de um conjunto de dois pares de anodos/catodos adicionais na célula (101) da Figura 2, mas uma pessoa versada na técnica vai facilmente entender como modificar a célula (100) da Figura 1, para obter essencialmente o mesmo resultado.

Como mostrado na Figura 3, o conjunto de pares de anodos/catodos adicionais da célula (102) compreende um primeiro par adicional (130), compreendendo um anodo (210) e um catodo (310), separados por um ou mais elementos não condutores (403a) (403b), e um segundo par 30 adicional (140) também compreendendo um anodo (211) e um catodo (311), separados por um ou mais elementos não condutores (404a), (404b). Os dois pares adicionais (130), (140) do conjunto são dispostos em uma relação de trás para trás e separadas por um elemento não condutor impermeável (410). Os anodos sólidos e os catodos em malha são mostrados e a relação de trás para trás é obtida por interposição de um elemento não condutor impermeável (410), entre os dois anodos (210) e (211), mas uma pessoa versada na técnica vai facilmente identificar as diferentes combinações de eletrodos sólidos e foraminosos, dispostos e orientados em diferentes modos. Como mostrado na figura, o anodo (210) do primeiro par adicional (130) é conectado ao catodo (311) do segundo par adicional (140) por um diodo (820), e o anodo (211) do segundo par adicional é conectado ao catodo (310) do primeiro par adicional pelo outro diodo (821), com uma polaridade oposta do diodo (820). Desse modo, dependendo da polaridade da fonte de energia (502), dois dos catodos, por exemplo, (301) e (311), e dois dos anodos, por exemplo, (210) e (202), vão ser energizados (modo operacional), enquanto que os anodos e catodos remanescentes vão ficar essencialmente em circuito aberto (modo de limpeza).

Na Figura 4, ilustra-se uma outra concretização da invenção. O conjunto de eletrodos (900) compreende uma pluralidade de grupos de anodos/catodos (901a), (901b), (901c), nos quais um anodo central (902a), (902b), (902c) é posicionado entre os pares de catodos (903a), (903b), 20 (903c) e separados por elementos não condutores (909), em cada lado do anodo central (902a), (902b), 902c). Nas extremidades (904a), (904b) do conjunto 900 ficam os primeiro e segundo pares de anodos/catodos terminais (905a), (905b). Os grupos de anodos/catodos (901a), (901b), (901c), bem como os pares de anodos/catodos terminais (905a), (905b), são todos 25 conectados pelos diodos (906a), (906b), (906c), (906d), (906e). Os pares terminais (905a), (905b) e o grupo (901b) são conectados ao polo (907) da fonte de energia (910) pelos diodos (906a), (906c) e (906e), e os grupos (901a), (901c) são conectados ao polo (908) da fonte de energia (910) pelos diodos (906b) e (906e).

A Figura 5 ilustra uma concretização alternativa da Figura 4. Os

elementos em comum com o conjunto da Figura 4 são indicados com os mesmos números de referência. O conjunto (950) compreende primeiro e segundo grupos de anodos/catodos (901a), (901b), compreendendo anodos de placa centrais (902a), (902b), posicionados entre os pares de catodos (903a), (903b) e separados por elementos não condutores (909). A concretização ilustrada é substancialmente equivalente à concretização da Figura 5, 5 com a exceção de que os eletrodo adequados são conectados em paralelo, antes da conexão por um meio de atuação (906a), (906b), para minimizar o número de diodos utilizados, em vez de um conjunto de cada grupo de anodo/catodo (901a), (901b) e par (905a), (905b), como na Figura 5.

Exemplos

Os exemplos apresentados a seguir são incluídos para demons

trar as concretizações particulares da invenção. Aqueles versados na técnica devem considerar que as técnicas descritas nos exemplos, que se seguem, representam aquelas descobertas pelos inventores para funcionar bem na prática da invenção, e, desse modo, podem ser consideradas como constitu15 indo os modos preferidos para sua prática. No entanto, aqueles versados na técnica, à Iuz da presente descrição, devem considerar que muitas variações podem ser feitas nas concretizações específicas, que são descritas e ainda obtêm um resultado igual ou similar, sem se afastar dos âmbito da invenção. Exemplo 1

Um anodo de titânio (espessura de 0,89 mm) foi revestido com

um revestimento de RUO2/T1O2 comercial (ELTECH Systems Corp., Chardon, OH, EUA). O catodo era de malha expandida de titânio (espessura de

0,89 mm), que foi atacado quimicamente por uma solução a 18% de HCI a 90°C. Os eletrodos foram cortados a 5,5 cm x 15,25 cm. Um bastão de titâ25 nio de 3,2 mm foi preso no anodo e um outro no catodo. Um par de eletrodo foi fabricado por colocação de uma pequena gaxeta de borracha (0,55 mm) em cada canto do anodo e depois fixação do catodo em malha no anodo com grampos plásticos. Um diodo de 6 amp (Radio Shack 276-1661) foi preso em cada eletrodo, orientado de modo que a corrente anódica escoasse 30 para o anodo e a corrente catódica para o catodo. As extremidades opostas dos diodos dos eletrodo foram conectadas conjuntamente. Dois desses pares de anodos/catodos foram inseridos em uma conexão de alojamento piástico, em cada extremidade com juntas rosqueadas de diâmetro de 5,08 cm (2"), para formar uma célula eletroquímica. O fio positivo de uma fonte de energia de corrente contínua foi conectado a um par de eletrodo pelos diodos, e o fio negativo ao outro par de eletrodos. Duas dessas células foram 5 preparadas. Ambas as células foram presas a uma bomba de recirculação (30 g/m), conectada a um tanque de 568 L (150 galões), contendo 4 g/L de NaCI com 300 mg/L de Ca (como carbonato de cálcio). As células foram operadas a 310 A/m2 à temperatura ambiente (aproximadamente 20 - 25°C) por uma semana. Uma célula foi operada sem inversão de corrente. A outra 10 célula foi operada com inversão de corrente a cada 3 horas, usando um regulador/relé eletrônico. Após uma semana, as células foram abertas e examinadas para incrustação. O catodo de não inversão ficou bastante incrustado com película incrustante, obscurecendo a estrutura em malha, estimada como sendo de uma espessura de cerca de 5 mm. A célula de inversão tinha 15 uma crosta de espessura inferior a 2 mm. As células foram limpas e postas de novo em operação, usando um ciclo de inversão de 6 horas. Após 1 semana, o exame dos catodos mostrou apenas um depósito mínimo.

Exemplo 2

Dois pares de eletrodo, como no Exemplo 1, foram operados em 20 solução de 4 g/L de NaCI e 70 g/L de Na2SO4, à temperatura ambiente, a 1.000 A/m2, com inversão de corrente a cada 1 minuto até um rápido aumento progressivo de voltagem, indicando apassivação. O tempo necessário foi de 1.750 horas e 1.950 horas para dos dois testes separados. Em comparação, a operação do mesmo material, tanto como um anodo quanto como um 25 catodo, isto é, sem catodo em malha preso, resultou em tempos de vida útil de apenas 226 horas e 273 horas. Desse modo, o tempo de vida útil do substrato de titânio revestido da invenção é estendido por mais de 7 vezes, em média.

Exemplo 3

Uma célula contendo dois pares de estado operacional, como no

Exemplo 1, foi operada como no Exemplo 1, com tempos de inversão de corrente de 10 minutos, uma hora, 3 horas e 6 horas. Após 5-8 dias de operação, a película incrustante acumulada foi significativamente menor do que para uma célula operada sem qualquer inversão de corrente.

Exemplo 4

Um conjunto (2 pares) de eletrodo (5,3 x 15,3 cm) foi montado em um alojamento de clorador de piscina. O eletrólito de um tanque de 1.893 litros (500 galões) foi circulado pelo clorador de piscina. O eletrólito foi 4 g/L de NaCI com 300 mg/L de Ca (como CaCOa), um pH de 7,6 - 8,0, à temperatura ambiente (20 - 25°C). Um segundo alojamento de clorador de piscina foi equipado com um conjunto de eletrodos idêntico (incluindo os diodos) e colocado em série com o fluxo de eletrólito da primeira célula (mas após a primeira célula). A primeira célula foi conectada a uma fonte de energia e a um regulador de relé, para inverter a corrente a cada 3 horas. A segunda célula foi conectada a uma fonte de energia idêntica, mas a corrente não foi invertida para essa célula. As células foram operadas continuamente por ~ 3,5 dias a 30 mA/cm2. Por remoção e desmontagem, os eletrodos tiveram a aparência mostrada na fotografia na Figura 6. O catodo em malha na célula não invertida (conjunto do lado esquerdo) estava quase cheio com depósito de película incrustante. O anodo adjacente (não operacional) também apresentou um depósito de película incrustante. O anodo e o catodo não operacional foram limpos, como esperado. Para a célula com inversão de corrente periódica (conjunto do lado direito na Figura 6), houve um ligeiro depósito de película incrustante no catodo, que tinha sido "desligado" por último (catodo do lado direito na Figura 6), enquanto que houve uma deposição um pouco mais significativa no catodo que foi "ligado" por último (segundo catodo da direita). Ambos foram incrustados significativamente menos do que o catodo de controle. O par de anodo/catodo no centro da Figura 6 é compreendido de eletrodos não operados, para comparação.

Desse modo, pode-se notar que com o tempo, a película incrustante na célula não invertida vai se acumular a um modo tal que o desempenho da célula vai se deteriorar, enquanto que a célula invertida pode continuar a operar indefinidamente, pois a película incrustante é removida periodicamente. A descrição apresentada acima deve ser entendida como não Iimitante da invenção, que pode ser praticada de acordo com as diferentes concretizações, sem que se afaste do seu âmbito, e cuja amplitude é abrangida pelas reivindicações em anexo.

Claims

1. Célula eletroquímica, compreendendo pelo menos um primeiro e um segundo par de anodos/catodos, cada um dos pares de anodos/catodos compreendendo um catodo e um anodo, separados por um eIemento não condutor, por uma distância variando de cerca de 0,05 mm a cerca de 10 mm, e pelo menos um meio de atuação conectando os ditos primeiro e segundo pares de anodos/catodos a uma fonte de energia, o dito meio de atuação e a dita fonte de energia adequados para alimentar, alternadamente, corrente elétrica contínua: - em um primeiro estado operacional, para o dito catodo do dito primeiro par de anodo/catodo e para o dito anodo do dito segundo par de anodo/catodo, os catodo e anodo remanescentes estando em um circuito aberto; e - em um segundo estado operacional, para o dito catodo do dito segundo par de anodo/catodo e para o dito anodo do dito primeiro par de anodo/catodo, os catodo e anodo remanescentes estando em um circuito aberto.

2. Célula de acordo com a reivindicação 1, em que o dito pelo menos um meio de atuação compreende uma disposição de diodos ou de chaves eletromecânicas ou eletrônicas.

3. Célula de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que a distância entre os anodos e catodos em cada par varia de cerca de 0,5 mm a cerca de 1,5 mm.

4. Célula de acordo com a reivindicação 3, em que a distância entre os anodos e catodos em cada par varia de cerca de 3,0 mm a cerca de 4,5 mm.

5. Célula de acordo com qualquer uma das reivindicações de 2 a 4, em que a dita fonte de energia compreende uma fonte de corrente elétrica contínua de inversão, e a dita disposição de diodos compreende um primeiro e um segundo par de diodos, os diodos de cada par tendo polaridade oposta, o dito primeiro par de diodos sendo conectado ao dito primeiro par de anodo/catodo, e o dito segundo par de diodos sendo conectado ao dito segundo par de anodo/catodo, os ditos diodos conectando os ditos catodos à dita fonte de energia tendo a mesma polaridade, os ditos diodos conectando os ditos anodos à dita fonte de energia tendo uma polaridade oposta, com relação aos ditos diodos conectando os ditos catodos à dita fonte de energia.

6.Célula de acordo com qualquer uma das reivindicações de 2 a4,em que a dita fonte de energia é uma fonte de energia contínua, e as ditas chaves eletromecânicas ou eletrônicas compreendem uma primeira e uma segunda chaves duplas operadas cooperativamente, a dita primeira chave dupla conectando, alternadamente, o dito anodo ou o dito catodo do dito primeiro par de anodo/catodo à dita fonte de energia, e a dita segunda chave dupla conectando, alternadamente, o dito catodo ou dito anodo do dito segundo par de anodo/catodo à dita fonte de energia.

7.Célula de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a5, compreendendo ainda pelo menos um conjunto, incluindo dois pares de anodos/catodos adicionais interpostos entre os ditos primeiro e segundo pares de anodos/catodos, cada par adicional compreendido de um catodo e um anodo separados por meio não condutor, os ditos pares de anodos/catodos adicionais dispostos em uma relação de trás para trás e separados por um meio impermeável não condutor, o anodo do dito primeiro par de anodo/catodo adicional sendo conectado ao catodo do dito segundo par de anodo/catodo adicional por pelo menos um primeiro diodo, o anodo do dito segundo par de anodo/catodo adicional sendo conectado ao catodo do dito primeiro par de anodo/catodo adicional por pelo menos um segundo diodo, o dito pelo menos um primeiro diodo e o dito pelo menos um segundo diodo dos ditos pares de anodos/catodos adicionais tendo polaridade oposta.

8.Célula de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que os ditos catodos são foraminosos.

9.Célula de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o material de construção dos ditos catodos compreende um ou mais de titânio, zircônio, tântalo, nióbio e suas ligas, aço inoxidável, níquel e suas ligas, diamante dopado com boro, grafite, ou carbono vítreo.

10. Célula de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o material do catodo é dotado com um revestimento eletrocatalítico, compreendendo metais ou óxidos de metais do grupo da platina e/ou diamante dopado com boro.

11. Célula de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que os ditos anodos compreendem um substrato de titânio, dotado com um revestimento de óxido de metal nobre.

12. Célula de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que os ditos anodos compreendem um substrato dotado com um revestimento de diamante dopado com boro, ou em que um anodo de diamante dopado com boro autossustentável é usado.

13. Célula de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que os ditos anodos e/ou catodos compreendem um subóxido de titânio de fase Magneli, ou como um revestimento em um substrato metálico ou como um eletrodo monolítico.

14. Célula de acordo com a reivindicação 1, compreendendo: (a) uma pluralidade de grupos de anodos/catodos compreendendo um anodo central, posicionado entre pares de catodos; (b) os ditos primeiro e segundo pares de anodos/catodos terminais nas extremidades do conjunto; e (c) um meio de atuação capaz de dirigir correntes anódicas para o anodo e correntes catódicas para o catodo.

15. Conjunto como definido na reivindicação 14, em que cada eletrodo de cada par de anodo/catodo é conectado aos polos da fonte de corrente de inversão por pelo menos um meio de atuação.

16. Conjunto como definido na reivindicação 14, em que cada eletrodo de cada grupo de anodo/catodo é conectado em paralelo, antes da conexão ao meio de atuação.

17. Eletrolisador monopolar, compreendendo uma disposição modular de células como definidas em qualquer uma das reivindicações 1 a 16.

18. Processo de uso de um eletrodo para a geração de oxigênio ou hipoclorito, o processo compreendendo proporcionar a célula eletroquímica como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 16; e gerar oxigênio e/ou hipoclorito na dita célula.

19. Processo de uso de um eletrodo para o tratamento biocida de água de lastro, compreendendo proporcionar a célula eletroquímica como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 16; e tratar biocidamente água de lastro.

20. Processo de uso de um eletrodo para a cloração de água de piscina, compreendendo proporcionar a célula eletroquímica como definida em qualquer uma das reivindicações de 1 a 16; e clorar a água de piscina.

21. Par de anodo/catodo em combinação com um meio de atuação, capaz de dirigir correntes anódicas para o anodo e correntes catódicas para o catodo, em que o dito anodo ou o dito catodo do dito par alterna a operação em um primeiro estado operacional ou em um segundo estado operacional.

22. Par de anodo/catodo de acordo com a reivindicação 21, em que o dito primeiro estado operacional é um estado ativo e o dito segundo estado operacional é um estado não ativo ou um circuito aberto.

23. Célula eletroquímica substancialmente como definida acima, com referência aos desenhos em anexo.