BRPI0905277A2

BRPI0905277A2 - célula eletroquìmica cilìndrica com anodo de diamante dopado coaxial obtido por processo de deposição de filmes diamantìferos sobre substratos cilìndricos mecanicamente resistentes para aplicação em processos de purificação de soluções aquosas

Info

Publication number: BRPI0905277A2
Application number: BRPI0905277-1A
Authority: BR
Inventors: Vitor Baranauskas; Alfredo Carlos Peterlevitz; Hudson Giovani Zanin; Reinaldo Francisco Teofilo; Helder Jose Ceragioli; Lauro Tatsuo Kubota
Original assignee: Unicamp
Priority date: 2009-12-01
Filing date: 2009-12-01
Publication date: 2011-07-19
Also published as: WO2011066632A1; BRPI0905277B1

Abstract

CéLULA ELETROQUìMICA CILìNDRICA COM ANODO DE DIAMANTE DOPADO COAXIAL OBTIDO POR PROCESSO DE DEPOSIçãO DE FILMES DIAMANTìFEROS SOBRE SUBSTRATOS CILìNDRICOS MECANICAMENTE RESISTENTES PARA APLICAçãO EM PROCESSOS DE PURIFICAçãO DE SOLUçõES AQUOSAS. A presente invenção trata de uma célula eletroquímica cilíndrica para uso em purificação de soluções aquosas, que se utiliza de anodo de diamante dopado coaxial obtido por processo de deposição química a partir da fase de vapor, onde os filmes diamantiferos são depositados sobre substratos cilíndricos mecanicamente resistentes, previamente jateados, sendo que tal processo permite obter filmes uniformes, homogêneos e aderentes. Mais especificamente, a célula eletroquímica contendo o dito anodo é capaz de eletrolisar eficientemente substâncias indesejáveis contidas em rejeitos aquosos ou água potável, tornando tais compostos inofensivos e/ou diminuindo significativamente a concentração de compostos tóxicos; é eficiente em oxidações diretas e indiretas; além do anodo não sofrer modificações estruturais físicas ou químicas significativas em sua superfície durante longos períodos de operação.

Description

"CÉLULA ELETROQUÍMICA CILÍNDRICA COM ANODO DE DIAMANTE c^S-VeDOPADO COAXIAL OBTIDO POR PROCESSO DE DEPOSIÇÃO DE FILMESDIAMANTÍFEROS SOBRE SUBSTRATOS CILÍNDRICOS MECANICAMENTERESISTENTES PARA APLICAÇÃO EM PROCESSOS DE PURIFICAÇÃO DESOLUÇÕES AQUOSAS"

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção trata de uma célula eletroquímicacilíndrica para uso em purificação de soluções aquosas, que se utiliza de anodode diamante dopado coaxial obtido por processo de deposição química a partirda fase de vapor, onde os filmes diamantíferos são depositados sobresubstratos cilíndricos mecanicamente resistentes, previamente jateados, sendoque tal processo permite obter filmes uniformes, homogêneos e aderentes.

Mais especificamente, a célula eletroquímica contendo odito anodo é capaz de eletrolisar eficientemente substâncias indesejáveiscontidas em rejeitos aquosos ou água potável, tornando tais compostosinofensivos e/ou diminuindo significativamente a concentração de compostostóxicos; é eficiente em oxidações diretas e indiretas; além do anodo não sofrermodificações estruturais físicas ou químicas significativas em sua superfíciedurante longos períodos de operação.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Tem sido reconhecido, recentemente, que a poluiçãoatmosférica e a deteriorização da qualidade das águas em rios, lagos emananciais, devido ao lixo industrial e ao meio de vida da humanidademoderna, tem provocado efeitos adversos no meio ambiente e no corpohumano. Assim, há uma urgente necessidade para o desenvolvimento detécnicas preventivas contra estes problemas.

Tratamentos biológicos, processos de adsorção emcarvão ativado e floculação, são extensivamente utilizados a fim de possibilitaro descarte, em rios ou em locais semelhantes, ou reuso de resíduos industriaise domésticos, que contém compostos indesejáveis. Entretanto, estesprocessos não são suficientes para eliminar muitos dos compostos químicosativos e, assim, necessitam de um tratamento secundário, i.e., a oxidaçãoquímica. Dentre os processos secundários, muitos podem gerar outrosproblemas, ainda mais sérios, para a saúde humana e para o meio ambiente, ealguns produzem lama em grande quantidade.

Para o tratamento da água potável, esgoto doméstico erejeitos aquosos industriais, o cloro tem sido usado para descolorir, diminuir aDemanda Química de Oxigênio (COD) e/ou esterelizar a água. Entretanto, ouso de cloro causa a produção de substâncias cloradas reconhecidamentemais tóxicas. Assim, procedimentos baseados no poder oxidante do clorotendem a ser proibidos. Na incineração de lixo, compostos carcinogênicos(dioxinas) podem ser produzidos no gás residual e, portanto, a segurança daincineração tem sido questionada. A fim de resolver estes problemas, novosprocessos têm sido estudados. A reação de Fenton, usada para tratamento deresíduos difíceis de serem oxidados, tem o problema da geração de umagrande quantidade de lama devido à presença do íon ferro, usado comocatalisador.

A seleção de um tratamento considerado ótimodependerá do controle, confiabilidade, custo-benefício e eficiência (química eeconômica). Destas tecnologias, a oxidação eletroquímica é considerada umadas mais promissoras (Canizares, et al. Detoxification of synthetic industrialwaste-waters using electrochemical oxidation with boron-doped diamondanodes. J. Chem. Technol. Biotechnol. 81, pág. 352-358, 2006; Canizares, etal. Electrochemical treatment of the effluent of a fine chemical manufacturingplant. J. Hazard. Mater. 138, 173-181, 2006; Alfaro, et al. Boron dopeddiamond electrode for the wastewater treatment. J. Braz. Chem. Soe. 17, 227-236, 2006).

Muitas investigações para busca de eletrodos tem sidorealizadas em diversos tipos de materiais, tais como Ru02, Pb02 e SnO2, quesão empregados como anodos para a degradação de poluentes orgânicos einorgânicos (Polcaro et ai., Three-dimensional electrodes for theelectrochemical combustion of organic pollutants. Electrochim. Acta 46, 389-394, 2000). Entretanto, estes anodos se corroem com facilidade e tendem a sedesativar, diminuindo sua eficiência e vida útil (Bonfatti et ai, Electrochemicalincineration of glucose as a model organic substrate I. Role of the electrodematerial. J. Electrochem. Soe. 146, Pág. 2175-2179, 1999).

Recentemente, eletrodos de diamante dopado com boro,fabricados pelo processo de deposição química a partir da fase de vapor -CVD (do inglês, Chemical Vapor Deposition), estão sendo aplicados comsucesso no tratamento de resíduos aquosos contendo compostos persistentesno meio ambiente. Porém, embora a síntese de diamante através do processode deposição química a partir da fase de vapor seja conhecida desde 1960, ogrande inconveniente dessa técnica é a dificuldade de se obter filmesuniformes e homogêneos, e, principalmente, por apresentar baixa taxa dedeposição.

A técnica CVD fundamenta-se na transformação demoléculas gasosas em materiais sólidos na forma de filmes finos sobresubstrato. Esses filmes revestem diferentes geometrias e podem apresentarótima qualidade. Enquanto a Técnica de Alta Pressão e Alta Temperatura(conhecida pela sigla do inglês, High Pressure High Temperature, HPHT)produz cristais diamantíferos que podem ser fixados, por exemplo, emferramentas abrasivas, a técnica CVD viabiliza o revestimento com filmes dediamante sobre superfícies de materiais que não tenham ponto de fusão ouamolecimento à temperatura inferior a, pelo menos, 700°C.

O diamante é um material com amplo bandgap (Egap =5,5 eV), sendo, normalmente, um isolante elétrico. Entretanto, quando omaterial é dopado com impurezas tais como o boro, a condutividade elétrica éintroduzida de uma maneira controlada. A um nível de dopagem abaixo de1019 B/cm3, o material comporta-se mais como um semicondutor e quando édopado a níveis mais altos, comporta-se como um semi-metal. Condutividadeselétricas de 100-1000 S cm"1 podem ser introduzidas dentro do material semcomprometer as suas outras propriedades únicas, fazendo-o suficientementecondutor para muitas aplicações eletroquímicas.O uso de diamante eletroquimicamente condutor comoum material eletródico é bem estabelecido (Baranauskas et al. BRPI0600897-6;Teófilo et al. Improvement of the electrochemical properties of "as-grown"boron-doped polycrystalline diamond electrodes deposited on tungsten wiresusing ethanol. J. Solid State Electrochem., 11, pág. 1449-1457, 2007; Swainet al., Journal of Electrochemical Society, 141, pág. 3382-3393, 1994). Aampla aplicabilidade do anodo de diamante em eletrólise é devido às suaspropriedades únicas tecnologicamente importantes para fins eIetroquímicos,tais como: (1) inércia química e, portanto, alta resistência ao bloqueio eletroquímico por moléculas polares ou por possíveis contaminantes desuperfície; (2) resistência à corrosão; (3) extrema dureza; (4) ampla janela depotencial e de transparência ótica; (5) excelente condutividade térmica; (6)corrente de fundo baixa e estável; (7) baixa capacitância; (8) magníficaestabilidade microestrutural e morfológica mesmo sob condições eletroquímicas agressivas; (9) força mecânica (dureza 10 Mohs); (10)estabilidade por longo período de tempo; (11) amplo sobrepotencial paraevolução de oxigênio; (12) alta condutividade térmica (20 Wcm"1 K"1); (13) altaestabilidade dimensional e (14) uma sensibilidade constante.

Na eletrólise pelo diamante dopado com boro, a energia elétrica, que é uma energia limpa para muitos países, é usada para controlar areação química na superfície do eletrodo e assim produzir, em solução aquosa,oxidantes extremamente fortes, tais como oxigênio, ozônio, radical hidroxila eperóxido de hidrogênio. Recentemente, o processo de eletrólise está sendoutilizado para tratamento de águas contaminadas uma vez que é possível,indiretamente, decompor poluentes orgânicos e inorgânicos, ou adsorver ospoluentes na superfície do eletrodo e, devido a isso, oxidá-los diretamente.

É esperado, portanto, que o uso de diamante comoeletrodo apresente maior eficiência sobre sistemas eletroquímicos com amesma finalidade. Do ponto de vista prático, melhorias têm sido desejadaspara promover o aumento da eficiência das células. Deste modo, aconfiguração da célula eletroquímica e a disposição do anodo de diamante sãofundamentais para se obter processos eficientes eletroquímica eeconomicamente.

Os vários documentos de patentes revelados no estadoda técnica envolvendo células eletroquímicas e eletrodos de diamante estãorelacionados com células eletroquímicas em que os ditos eletrodos sãoconfeccionados na forma de placas, dispostos paralelamente no interior dascélulas. De maneira geral, os principais problemas das células que usamplacas paralelas são: vazamentos durante a montagem das células, dificuldadena realização do contato elétrico sobre o diamante e dificuldade no manuseiodo eletrodo durante a montagem das células.

Em relação aos vazamentos de eletrólito que ocorremdurante a montagem de uma célula eletroquímica, pode-se afirmar que de ummodo geral, quanto maior é a área do eletrodo de diamante em placa que sepretende instalar em uma célula, maior é a dificuldade. Há normalmenteproblemas com vazamentos de eletrólito devido a vários fatores, dos quais sedestaca a fragilidade dos filmes de diamante quando estes são pressionadoscontra juntas e guarnições de vedação. De outro modo, os adesivos químicos,responsáveis por impermeabilizar as bordas e contornos dos eletrodos,normalmente não são eficazes devido ao desprendimento provocado ou pelaevolução de gases ou pela oxidação provocada por oxidantes gerados.

Adicionalmente, o uso de colas condutoras para fixar uma placa de silício sobreuma placa metálica, além de aumentar significativamente o custo final daconstrução de uma célula, tem o risco da cola vir a se degradar durante oprocesso e, assim, diminuir a eficiência.

O contato elétrico é outro fator problemático. Realizar ocontato elétrico sobre um semicondutor, tal como o diamante dopado, exige ouso de adesivos condutores metálicos ou soldas. Idealmente, estes materiaisadesivos não devem entrar em contato com o eletrólito e muitas vezes estessão isolados com resinas epóxis. Durante o processo de degradação estasresinas são atacadas pelos oxidantes gerados na superfície do eletrodo e sãodegradadas. Após um curto período de tempo o contato elétrico fica exposto aoeletrólito e o processo deve ser interrompido.

As montagens das células também demandam umaatenção especial. As placas de silício, por exemplo, são frágeis de seremmanipuladas. Para realizar a montagem de uma célula eletrolítica com estasplacas contendo filmes de diamante depositados, estas precisam seracondicionadas em suportes poliméricos como o Teflon®. Durante o processode montagem, muitas vezes estas placas se rompem juntamente com o filmede diamante depositado sobre as mesmas e perde-se o anodo.

Alguns documentos envolvendo células eletroquímicas eeletrodos de diamante encontram-se detalhados a seguir:

Os documentos U.S. 5,900,127; U.S. 5,399,247; EP 0659691; U.S. 6,375,827 e BRPI0502246-0 descrevem a possibilidade do uso dediamante dopado como eletrodo para tratamento de contaminantes em água.Em todos esses documentos as células eletroquímicas são constituídas deduas placas em que o diamante pode ser usado como anodo ou como anodo ecatodo.

O documento U.S. 5,900,127 descreve uma célulaeletroquímica que se utiliza de placas paralelas, onde nem o anodo e nem ocatodo são cilíndricos. Além da diferença na configuração da célula, a invençãodifere deste documento por outras razões, as quais estão listadas a seguir. Ocatodo usado no documento U.S. 5,900,127 foi construído usando materiaistais como platina, paládio, irídio, rutênio, ósmio, ródio, etc., e óxidos destesmetais, como oxido de irídio, etc. O diamante nesta patente foi crescidopreferencialmente sobre titânio ou um metal ou semi metal que permite ageração de carbetos. Três configurações de célula eletroquímica foramapresentadas: duas com compartimentos duplos e uma com compartimentotriplo. Nas de compartimento duplo, a célula está dividida por uma membranade troca iônica intimamente colocada entre o anodo e o catodo ou disposta naporção conectora, tendo um pequeno diâmetro e distanciada do catodo eanodo. Na de compartimento triplo, a divisão consiste da seguinte seqüência:um catodo ligado a uma membrana de troca iônica, uma separação e umamembrana de troca iônica ligada ao anodo.

Os documentos U.S. 5,399,247; EP0659691 eBRPI0502246-0 apresentam configurações de células eletroquímicas montadascom placas paralelas. Nos documentos U.S. 5,399,247 e EP 0659 691, oanodo de diamante dopado com boro foi crescido em silício e adquirido daempresa americana Advanced Technology Materials, Inc. O anodo, tendo umaárea de 3 cm2, foi fixada em uma placa e disposta paralelamente a uma placade aço inox 304 de 12 cm2, usada como catodo. Uma tela de nylon foi usadaentre as placas para promover a turbulência do fluxo aquoso. Embora apresente invenção tenha em comum com os documentos U.S. 5,399,247 eEP0659691 o fato de usar diamante condutor como anodo para tratamento desolutos em solução líquida, difere-se pelo fato de a célula ser montada complacas paralelas. Este tipo de configuração apresenta os mesmosinconvenientes já relatados para placas paralelas, principalmente no que serefere a vazamentos e dificuldade para se fazer os contatos elétricos.

O documento BRPI0502246-0 descreve um processoeletroquímico de oxidação de compostos orgânicos que se utiliza de um reatorequivalente ao descrito nos documentos U.S. 5,399,247 e EP 0659 691.

Embora a presente invenção tenha em comum com o documentoBRPI0502246-0 o fato de usar diamante condutor como anodo para montagemda célula eletroquímica, difere-se pelo fato de a célula ser montada com placasparalelas, onde uma placa de silício é colada sobre uma placa de aço inoxusando um adesivo condutor na tentativa de se aumentar a resistênciamecânica do eletrodo.

O documento U.S. 6,375,827 é caracterizado pelo uso dediamante como material de ambos, anodo e catodo, em que a célulaeletroquímica é montada com duas placas paralelas, podendo ainda adicionaruma membrana de troca iônica entre as placas, obtendo assim uma célula emdois compartimentos. Embora a presente invenção tenha em comum com odocumento U.S. 6,375,827 o fato de usar diamante condutor como anodo paramontagem da célula eletroquímica, difere-se pelo fato de a célula ser montadacom placas paralelas, em que o catodo também é de diamante condutor.

Os documentos U.S. 6,267,866 e U.S. 7,217,347descrevem o uso de eletrodos de diamante dopados para eletrólise.

O documento U.S. 6,267,866 descreve a construção doeletrodo usando a deposição de diamante sobre uma malha metálica. Éindicado para uso como catodo ou anodo. O termo malha é definido como umagrade de filamentos metálicos entrelaçados. O objetivo seria tornar o eletrodovazado e com grande área superficial para aplicações eletroquímicas. Emboraa presente invenção tenha em comum com o documento U.S. 6,267,866 o fatode usar diamante condutor na montagem do eletrodo, difere-se pelo fato detratar-se de uma montagem em forma de placa. Não reivindica uma célulaeletroquímica, mas sim um eletrodo (anodo e catodo). A desvantagem do usodesta placa está na realização e isolamento do contato elétrico e na montagemda configuração anodo - catodo da célula, uma vez que ambos devem sermergulhados por completo na solução de eletrólito sem o uso de suportepolimérico.

O documento U.S. 7,217,347 descreve a construção doeletrodo sobre uma fase titânio de Magneli. O objetivo é prolongar o tempo devida do diamante quando crescido sobre este material. Embora a presenteinvenção tenha em comum com o documento U.S. 7,217,347 o fato de usardiamante condutor na montagem da célula eletroquímica, difere-se pelo fato detratar-se de uma montagem em malha metálica, utilizando um substratodiferente, em que a maior parte das figuras apresenta o diamante em pómisturado com óxido de titânio em pó. Não reivindica uma célula eletroquímica,mas sim um eletrodo (anodo e catodo). A desvantagem desta tecnologia estáno processo de fabricação do eletrodo, que exige o uso de substrato de óxidode titânio em fase Magneli, diamante em pó, óxido de titânio em pó e umacamada de catalisador. Isto torna relativamente alto o custo da fabricação doprocesso, além de complexo.Os documentos U.S. 6,306,270 e EP1031645, os quaisreferem-se a uma mesma invenção, dizem respeito a uma célula eletroquímicaque inclui um anodo, um catodo e no mínimo um eletrodo bipolar arranjadoentre o anodo e o catodo. Esta célula é caracterizada por um eletrodo bipolar que inclui um substrato e um filme de diamante dopado. São apresentadasduas configurações de célula, uma com eletrodos em placas e outra comeletrodos esféricos imersos em uma solução eletrolítica. Embora a presenteinvenção tenha em comum com os documentos US 6,306,270 e EP1031645 ofato de usar diamante condutor como eletrodo bipolar para o tratamento desolutos em solução líquida e uma das montagens envolver célula cilíndrica,difere-se pelo fato de a célula cilíndrica ser montada numa configuraçãodiferente da apresentada na presente invenção, em que a solução passa porpequenas esferas que se polarizam. Além disso, o cilindro é colocado dentrode um container, ao contrário da célula eletroquímica proposta, onde o cilindrocontendo o filme de diamante (anodo) é disposto coaxialmente dentro de outrocilindro de aço inox ou outro metal (catodo). O anodo e catodo revestidos comdiamante polarizam esferas também revestidas com diamante. A montagemnecessita de uma membrana por onde a solução a ser degradada atravessa eas esferas não. Trata-se de uma montagem complexa e de alto custo, ao contrário da apresentada na presente invenção.

Outras configurações de células eletroquímicas sãoapresentadas nos documentos U.S. 7,232,507; CA 2439744; U.S. 6,315,886;CA2355346; U.S. 6,554,977 e EP1369384. Entretanto, essas patentesreivindicam o uso do anodo de diamante dopado e as configurações dascélulas propostas são fundamentadas em placas paralelas, diferentes daconfiguração de célula reivindicada na presente invenção.

Os documentos U.S. 7,232,507 e CA2439744, os quaisreferem-se a uma mesma invenção, descrevem o uso de um reatoreletroquímico complexo para tratamento de contaminantes de baixaconcentração em soluções aquosas de baixa condutividade elétrica ereivindicam a possibilidade de usar, como matéria de revestimento da célula,um diamante semicondutor. Embora a presente invenção tenha em comumcom os documentos U.S. 7,232,507 e CA2439744 o fato de utilizar diamantesemicondutor para eletrodegradação de compostos orgânicos em águas,difere-se pelo fato da configuração da célula e dos eletrodos seremcompletamente diferentes. A complexidade da configuração da célulacertamente aumentaria as dificuldades de sua confecção industrial, o queacarretaria em custos maiores quando comparada com a tecnologia proposta.Certamente ainda haveria a dificuldade em se cortar perfeitamente as placas,que geralmente são importadas na forma de wafers de silício.

Ao analisar o documento U.S. 6,554,977, foi possívelconstatar a possibilidade de se utilizar anodo e catodo de diamante condutor,porém o referido documento não aponta para essa possibilidade. Embora apresente invenção tenha em comum com o documento U.S. 6,554,977 o fatode reivindicar uma célula eletroquímica durável para oxidação eletroquímica decontaminantes em soluções aquosas, as semelhanças cessam aqui. Aexcelência dos mais bem sucedidos eletrodos de aço inox é inúmeras vezesinferior do que a dos eletrodos de diamante. Os eletrodos metálicos, demaneira geral, não produzem em sua superfície radicais hidroxila. Oxidantesfortes, como os radicais hidroxila, atacam os compostos orgânicos e/ouinorgânicos e os degradam. Além disso, vale ressaltar que eletrodos de aço-inox usados como anodo têm baixa vida útil. A vida útil do aço inox usado comoanodo é de poucas horas, a depender do pH do eletrólito usado e da densidadede corrente aplicada. Ao aplicar um potencial positivo sobre o eletrodo de açoinox, o ferro metálico presente em sua composição do aço sofre oxidação e sedissolve na solução e assim, o anodo se auto-oxida.

O documento EP1369384 descreve o uso de diamantescondutores em placas como eletrodos, mas tal documento refere-se ao uso deoxiácidos ou sais de oxiácidos, que devem ser usados na solução a ser tratadapara melhorar a eficiência do tratamento. Embora a presente invenção tenhaem comum com o documento EP1369384 o fato de fazer uso de eletrodosconfeccionados com diamante condutor, a mesma não considera os efeitos deoxiácidos ou sais de oxiácidos nas soluções a ser tratadas. Além disso, o focodesta invenção está na montagem do sistema eletroquímico e não em aditivosquímicos a serem adicionados no processo.

O documento BRPI0502245-2 descreve um processopara preparação de uma célula eletroquímica usando eletrodos de diamantecrescidos em placas de silício. O lado oposto ao que contém o filme dediamante é colado a uma placa metálica, como o aço inox, por exemplo.Embora a presente invenção tenha em comum com o documentoBRPI0502245-2 o fato de utilizar diamantes dopados depositados sobresubstratos, a mesma difere pelo fato de evitar o inconveniente de realizar umaetapa prévia para aumentar a resistência do substrato e produzir um contatoelétrico eficiente. Na presente invenção o substrato é resistentemecanicamente o suficiente para ser manipulado com facilidade. Além disso, osubstrato onde o diamante é depositado é protegido por um cilindro de açoinox, que garante uma maior proteção quanto a quebras indesejáveis. Osprincipais problemas da célula eletroquímica proposta no documentoBRPI0502245-2 apresenta os mesmos inconvenientes já relatados para placasparalelas, principalmente no que se refere a vazamentos e dificuldade para sefazer os contatos elétricos.

O documento BRPI0600897-6 descreve um processo defabricação de eletrodos de diamante dopado para eletroquímica quecompreende duas etapas principais: i) deposição do diamante e ii) a construçãopropriamente dita dos eletrodos. Em relação ao processo de deposição dediamante dopado com boro e com carbono, este diminui ou elimina a formaçãode carbonos não adiamantados na superfície dos eletrodos. Os eletrodosobtidos por esse processo podem ser utilizados em eletroquímica, eletroanálisee eletrosíntese com a vantagem de serem resistentes à passivação dasuperfície por compostos orgânicos. Os eletrodos ora tratados possuemcontatos elétricos com fios embutidos ou soldados no diamante dopado, e compartes metálicas isoladas, o que melhora a praticidade e o contato ôhmicodestes eletrodos em eletroanálise ou eletrosíntese como eletrodo de trabalho.Embora a presente invenção tenha em comum com odocumento BRPI0600897-6 o fato de haver deposição de filmes diamantíferosdopados com boro usando reator HFCVD1 difere-se pelo fato de que nodocumento BRPI0600897-6 a área e a dimensão do substrato são reduzidas(fios com diâmetro de aproximadamente 238 pm e comprimento deaproximadamente 30 mm). Isto se deve pois, a aplicação proposta nestedocumento é para obter eletrodos com pequenas áreas (aproximadamente0,030 cm"2) de modo a ser polarizáveis em análises e estudos eletroquímicos.Além disso, não há reivindicação de célula eletroquímica e sim da produção do eletrodo. Na presente invenção, as dimensões (diâmetro a partir de 4,0 mm ecomprimento a partir de 30,0 mm) e área do eletrodo são maiores (a partir de4,0 cm2), pois se deseja evitar a polarização durante o seu funcionamento.Reivindica-se ainda a configuração cilíndrica de toda a célula, incluindo ocatodo de aço inox e a produção de um filme aderente de diamante dopadosobre substratos cilíndricos mecanicamente resistentes. Além disso, a célulaaqui proposta tem outra finalidade, i.e., degradação eletroquímica decompostos químicos persistentes.

Considerando as descrições acima, pode-se observarque uma configuração mais adequada de célula eletroquímica é necessária, especialmente para a purificação de rejeitos aquosos ou água potável quecontenham compostos químicos persistentes. Nesse sentido, a presenteinvenção mostra-se interessante uma vez que a célula eletroquímica propostapara a purificação de soluções aquosas reúne, simultaneamente, as vantagensoferecidas i) por células eletroquímicas concebidas no formato cilíndrico; ii) por células eletroquímicas que se utilizam de anodo de diamante dopado; e iii) pelofato do anodo de diamante utilizado ser obtido por processo de deposiçãoquímica a partir da fase de vapor, onde os ditos filmes diamantíferos sãodepositados sobre substratos cilíndricos mecanicamente resistentes dediâmetros superiores (a partir de 4,0 mm), previamente jateados com granalhas de ferro ou aço, conforme detalhado a seguir.Células eletroquímicas concebidas no formato cilíndricoapresentam como vantagens: minimização de espaço; facilidade na realizaçãode contatos elétricos; facilidade na montagem de células em larga escala -conexão em série ou paralelo - e evita vazamentos durante a utilização dacélula. Já o uso de anodo de diamante dopado na montagem de célulaseletroquímicas, independente do seu formato, apresenta as seguintesvantagens: força mecânica; inércia química; potencial de operação emambientes agressivos; amplo sobrepotencial para evolução de oxigênio;eficiência para suportar reações de transferência anódica de oxigênio; altacondutividade térmica; alta estabilidade dimensional e sensibilidade constante.

Contudo, quando os anodos de diamante dopados aserem utilizados na montagem de células eletroquímicas são obtidos porprocesso de deposição química a partir da fase de vapor, onde os ditos filmesdiamantíferos são depositados sobre substratos cilíndricos mecanicamenteresistentes de diâmetros superiores (neste caso, a partir de 4,0 mm),previamente jateados com granalhas de ferro ou aço, as seguintes vantagenssão oferecidas: longo tempo de vida útil da célula eletroquímica devido àrigidez mecânica das partes envolvidas, durabilidade devido à inércia químicado diamante comparada a outros materiais, reprodutibilidade dos resultadosdevido à manutenção da integridade do filme diamantífero. Para se obter bonsresultados de degradação de compostos orgânicos através de filmesdiamantíferos se faz necessário que estes sejam homogêneos, uniformes ebem aderentes aos seus respectivos substratos, para que não hajadescascamento do filme, expondo assim o substrato a solução que se desejadegradar. No caso do uso de substratos metálicos, ocorreria contaminação detoda a solução com íons de ferro. Nesse invento, o jateamento com granalhasaumenta a superfície de contato entre o substrato e o filme que o vai revestirassim como aumenta consideravelmente a rugosidade superficial do substrato.

Adicionalmente, como os filmes de diamante sãocrescidos sobre substratos cilíndricos mecanicamente resistentes, protegidospor uma carcaça cilíndrica metálica, é possível evitar problemas de quebras erachaduras durante o manuseio e/ou montagem das células. Como substratoresistente, optou-se pela utilização do quartzo devido à facilidade de aderênciado diamante sobre o mesmo. Além disso, o quartzo pode ser facilmentemanipulado para adquirir formatos planos e cilíndricos.

Processos de aderência de diamante em placas dequartzo, por exemplo, já foram relatados na literatura. A técnica utilizada notrabalho de STOTTER et a! (Stotter, J.; Show, Y.; Wang1 S.; Swain, G.;Comparison of the Electrical, Optical, and Electrochemical Properties ofDiamond and Indium Tin Oxide Thin-Film Electrodes. Chem. Mater., 2005, 17,4880-4888) descreve a realização de um tipo de polimento utilizando pó dediamante e lixa. Já o trabalho de JOSEPH eía/(Joseph, A.; Tanger, C.; Wei, J.;Tzeng, Y. Diamond-Coated Quartz and Sapphire Optical Windows. DiamondFilms and Technology, 1995, No 2, Vol. 5, No 2.) retrata um exemplo comumdas publicações na literatura que envolvem o revestimento de diamante sobrequartzo, uma vez que não revelam a técnica utilizada na obtenção dessesfilmes de diamante. Da mesma forma, não mencionam quaisquer testes deaderência que tenham sido feitos para comprovar que os filmes diamantíferoseram mesmo aderentes. Contudo, não foram encontrados documentos naliteratura que relatam a deposição de filmes de diamantes em tubos de quartzo,exceto para fios finos.

O documento U.S. 5,387,447 descreve um processo derevestimento de diamante sobre fios finos (diâmetros que variam de 0,025 a 2,5mm) de materiais em geral que suportam as condições nas quais o diamante édepositado. A presente invenção difere deste documento por propor umprocesso de deposição de filmes diamantíferos uniformes, homogêneos eaderentes sobre substratos cilíndricos de diâmetros superiores (a partir de 4,0mm). Além disso, ao reproduzir o processo de deposição de diamanteconforme proposto no documento U.S. 5,387,447, os filmes obtidosapresentaram-se uniformes e de boa qualidade, porém, os mesmosdescascaram, o que os inviabiliza para a aplicação contemplada na presenteinvenção, uma vez que o fluxo turbulento necessário para realizar a renovaçãoda solução sobre a superfície do anodo, retiraria todo o filme diamantífero dosubstrato. Adicionalmente, como ambos os trabalhos referem-se a substratosde dimensões diferentes, as aplicações dos mesmos tornam-se distintas. Porexemplo, para aplicações em eletroanálise (determinação de pesticidas,fármacos, neurotransmissores, metais, compostos nitrogenados, dentre outrasclasses de compostos orgânicos e inorgânicos), é necessário eletrodos compequena área, inferiores a 3 mm2. Para aplicações em eletrodegradação, que éo caso da presente invenção, é necessário utilizar-se de eletrodos de diamanteque apresentem uma área maior, i.e. maior que 1 cm2 e, para aplicações emlarga escala, áreas de 100 a 1000 cm2 seriam ideais.

Os documentos WO 2004009498-A1, U.S. 20060124453-A1 e U.S. 7422668-B2 descrevem uma célula eletroquímica cilíndrica que seassemelha ao formato da célula objeto da presente invenção, porém, algumasdiferenças podem ser observadas. A principal diferença está na composiçãodos materiais utilizados. Os documentos descrevem o uso de titânio recobertocom rutênio e oxido de irídio e o do uso de um material cerâmico composto dealumínio, zircônio e óxido de ítrio. Entretanto, os documentos não citam o usodo diamante dopado. Além disso, detalhes técnicos de vedação da invençãodos documentos citados são diferentes da presente invenção.

A utilização de filmes de diamante dopado paradegradação eletroquímica de compostos persistentes em soluções aquosasestá bem descrita na literatura, assim como o uso de eletrodos de titânio.Porém, a janela de potencial de trabalho de eletrodos montados com anodosde diamante dopado é bem maior do que as de titânio. Além disso, o diamanteé um material inerte, robusto em soluções agressivas e apresenta altaresistência à passivação, ao contrário dos eletrodos de titânio. Os eletrodos detitânio não são tão eficientes quanto os de diamante na total mineralização decompostos orgânicos persistentes em soluções aquosas devido à desativaçãodo anodo (S. Yoshihara e M. Murugananthan, Decomposition of variousendocrine-disrupting chemicals at boron-doped diamond electrode.Electrochimica Acta. Vol. 54, Pág. 2031-2038, 2009).Revestimentos de filmes de diamante são geralmenterealizados em temperaturas não menores que 500°C. Como o coeficiente deexpansão térmica do diamante é bastante baixo, ao desligar o reator CVD, oqual produz o filme diamantífero, há uma variação de temperaturasuficientemente grande para promover rachaduras no filme. Apesar de odiamante ser, em geral, mecanicamente mais resistente, este possui espessurasignificativamente menor que a do tubo do substrato. No trabalho de RK Singh,DR Gilbertj J Fitz-Gerald, S Harkness1 Engineered Interfaces for AdherentDiamond Coatings on Large Thermal-Expansion Coefficient Mismatched Substrates. Science. Vol. 272, No. 5260, Pág. 396-398, 1996, é discutido adificuldade de se obter filme de diamante integralmente aderente sobre algunsmateriais devido às diferenças no coeficiente de expansão térmica. O diamantepossui um dos menores coeficientes de expansão térmica que existe nanatureza, o que proporciona, mesmo com grandes variações de temperatura, pouquíssima contração ou expansão do material.

Nesse sentido, a presente invenção se diferencia doestado da técnica por propor a obtenção de um filme de diamante e materiaisdiamantíferos, dopados, que apresentam aderência adequada a substratoscilíndricos mecanicamente resistentes (que suportem as condições de pré- tratamento do substrato, neste caso, jateamento com granalhas de ferro ouaço; e as condições do processo de deposição química a partir da fase devapor), tais como quartzo, titânio, tungstênio e aço inox.

Ainda sobre as dificuldades de se depositar filmesdiamantíferos aderentes em substratos cilíndricos, especialmente comdiâmetros superiores (neste caso, a partir de 4,0 mm), não foi encontradonenhum documento que descreva o crescimento, ou que pelo menos cite asdificuldades de se crescer filmes em tubos de dimensões similares as que sãoobjetos da presente invenção.

A aderência de filmes diamantíferos sobre grandes áreasnão é uma tarefa trivial, e a dificuldade se torna ainda maior se a superfície écurva. A diferença de coeficientes de dilatação térmica entre os substratos e osfilmes é o principal ponto crítico. Como o diamante é um dos materiais quemenos dilata entre todos os materiais conhecidos, geralmente esse tipo defilme dilata menos que os substratos nos quais o mesmo é depositado. Porisso, no caso de substratos com área relativamente grande (entre 10 e 50 cm2)ou curvos, durante o processo de finalização da deposição química o filmediamantífero acaba trincando ou descascando. No caso de revestimento desubstratos cilíndricos de diâmetro relativamente grande, o filme de diamantepode apresentar rachaduras.

Neste aspecto, o uso de quartzo como substrato mostra-se como uma alternativa interessante pelo fato de suportar muito bem ascondições de deposição dos filmes diamantíferos, e ainda possui o coeficientede dilatação térmico similar ao do diamante. Desta forma, o presente invento sófoi possível quando se conseguiu aderir eficiente, uniforme e homogeneamenteos filmes de diamante sobre as superfícies de tubos de quartzo, os quaistiveram que passar por uma etapa de jateamento (pré-tramento do substrato).

A finalidade do jateamento foi de aumentar a rugosidade e a área superficialque receberia o filme CVD, permitindo então a obtenção de filmes bemaderentes, mesmo em dimensões relativamente grandes (entre 10 e 50 cm2).

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Em um primeiro aspecto, a presente invenção provê umacélula eletroquímica cilíndrica capaz de eletrolisar eficientemente substânciasindesejáveis contidas em rejeitos aquosos ou água potável, tornando taiscompostos inofensivos e/ou diminuindo significativamente a concentração decompostos tóxicos. A célula eletroquímica proposta, que se utiliza de anodo dediamante dopado coaxial obtido por processo de deposição química a partir dafase de vapor, onde os ditos filmes diamantíferos são depositados uniforme,homogêneo e aderentemente sobre substratos cilíndricos mecanicamenteresistentes de diâmetros superiores (a partir de 4,0 mm), previamente jateados,fornece condições favoráveis e facilidade de manipulação para aplicaçõesindustriais envolvendo tratamentos eletroquímicos relacionados àdecomposição de substâncias em águas contaminadas. O formato cilíndrico(fechado) da célula permite a minimização de espaço, facilita a realização decontatos elétricos, facilita a montagem de células em larga escala (conexão emsérie ou paralelo) e evita vazamentos durante a montagem das células.

Adicionalmente, o uso da célula proposta na purificação de soluções aquosasapresenta melhorias substanciais quando comparada às geometriascongêneres pertencentes ao estado da técnica.

Especificamente, a célula eletroquímica cilíndricaproposta oferece a vantagem para tratamento de soluções aquosas de baixacondutividade, i.e., com condutividades entre 0,005 S/m a 0,010 S/m e para otratamento de soluções aquosas contendo baixas concentrações decontaminantes, i.e., compostos em concentração na faixa de pg L"1. Alémdessas vantagens, o anodo utilizado na montagem da dita célula podetrabalhar em soluções extremamente ácidas ou básicas i.e., entre pH 1 a 14,sendo esta uma característica do anodo de diamante e do catodo de aço inoxAISI 304, que são resistentes a estas condições.

A célula eletroquímica proposta permite um contatoelétrico externo à região onde ocorre o tratamento da solução e desta forma ocontato elétrico permanece protegido e imune a qualquer líquido agressivo.

A célula eletroquímica proposta permite o acoplamentode conexões em série de eletrodos. O formato cilíndrico apresenta a vantagemde poder ser organizado em um arranjo de pequenas células e, desta maneira,ter ganho no tempo no tratamento de grandes volumes de solução aquosa emum espaço físico otimizado.

A configuração da célula eletroquímica proposta permitefacilidade na manipulação, facilidade na montagem e desmontagem devido àsconexões em rosca e uma vedação extremamente eficiente, que evita ovazamento de líquidos e gases sem necessidade de uso de resinas ouadesivos.

Em um segundo aspecto, a presente invenção provê umprocesso de deposição de filmes diamantíferos uniformes, homogêneos eaderentes sobre substratos cilíndricos resistentes de diâmetro superiores (apartir de 4,0 mm), preferencialmente entre 4 e 20 mm, previamente jateadoscom granalhas de ferro ou aço, realizado pela técnica CVD (do inglês,Chemical Vapor Deposition), para obtenção de anodos de diamante dopadocoaxial. O processo aqui tratado é composto basicamente por duas etapas. Aprimeira etapa compreende a preparação do substrato cilíndricomecanicamente resistente, e a segunda etapa compreende a deposição dosfilmes diamantíferos dopados sobre os ditos substratos.

Especificamente em relação à etapa que compreende apreparação dos substratos cilíndricos resistentes, foi necessário realizar umtratamento das superfícies dos tubos de quartzo. O quartzo apresentainúmeras vantagens quando de sua utilização para receber o diamante CVD1pois suporta bem as condições de deposição de filmes diamantíferos, além depossuir o coeficiente de dilatação térmico similar ao do diamante. Entretanto,em certas condições experimentais, os filmes diamantíferos sobre quartzopodem trincar ou descascar. Porém, o aumento da rugosidade superficial doquartzo mostra-se como uma possível solução a este problema. Para opresente invento, num primeiro momento foi realizado um polimento com lixapara aumentar a rugosidade do substrato, porém este não apresentouresultados satisfatórios. Nesse sentido, optou-se por realizar um jateamentocom granalhas de ferro e aço, o qual aumentou significativamente a rugosidadee a área superficial da superfície do quartzo. Os resultados da deposição dediamante sobre o substrato de quartzo jateado foram satisfatórios.

Já em relação à etapa que compreende a deposição dosfilmes diamantíferos dopados sobre os ditos substratos previamente jateados,os parâmetros de crescimento utilizados para o crescimento dos filmesdiamantíferos dopados com boro está bem descrito na literatura (Teófilo et al.Improvement of the electrochemical properties of "as-grown" boron-dopedpolycrystalline diamond electrodes deposited on tungsten wires using ethanol.J. Solid State Electrochem., 11, pág. 1449-1457, 2007); exceto pelo pré-tratamento com granalhas.A deposição foi realizada em um reator desenvolvidopara o crescimento de estruturas carbônicas (diamante inclusive) sobre tubos.Os reatores HFCVD convencionais são geralmente projetados para ocrescimento de filmes diamantíferos sobre estruturas planas. O diferencial desse reator é a viabilidade de crescer estruturas diamantíferas em geometriacilíndrica ou cônica, i.e., sobre substratos tubulares ou cônicos, devido a: (i)implantação de um sistema de acoplamento magnético entre o substrato e umpequeno motor elétrico de pequeno porte, e (ii) implantação de um sistema debalanço de dilatação termomecânica de filamentos desenvolvidos para propiciar essa capacidade aos reatores convencionais.

Em um terceiro aspecto, a presente invenção provê osanodos de diamante dopado coaxial obtidos pelo processo de deposiçãoquímica a partir da fase de vapor por filamento quente (CVD) comdecomposição térmica de compostos orgânicos, a partir de substratos cilíndricos mecanicamente resistentes de diâmetro superior (a partir de 4,0mm), preferencialmente entre 4 e 20 mm, previamente jateados com granalhasde ferro ou aço. Os anodos assim produzidos têm uma excelente durabilidade.Entretanto, para obter uma degradação adequada, com geração de oxidantesfortes tais como o radical hidroxila (OH') sobre a superfície do diamantedopado, os rejeitos aquosos devem estar preferencialmente com pH entre 2e 7.

Considerando ainda que a célula eletroquímica cilíndricaconcebida na presente invenção propõe fornecer um tratamento eletroquímicopara oxidar substâncias contidas em solução aquosa, o que pode ser realizadointroduzindo a solução contendo substâncias a ser tratada na célulaeletroquímica, com um anodo e um catodo cilíndricos e passando uma correnteelétrica através deles é, portanto, um objeto adicional da presente invenção ouso da dita célula eletroquímica cilíndrica na purificação de soluções aquosas,que se utiliza de anodo de diamante coaxial obtido por processo de deposiçãode filmes diamantíferos uniformes, homogêneos e aderentes sobre substratoscilíndricos mecanicamente resistentes de diâmetros superiores (a partir de 4,0mm), preferencialmente entre 4 e 20 mm, previamente jateados com granalhasde ferro ou aço, realizado pela técnica CVD.

Os compostos a serem degradados pela presenteinvenção devem estar preferencialmente em uma solução aquosa queapresente alguma condutividade elétrica, preferencialmente entre 0,005 S/m a0,010 S/m com pH preferencialmente entre 2 e 7. Os eletrólitos que fornecem acondutância podem ser qualquer sal inorgânico que apresente alta solubilidadeem água (>15 % m/v), preferencialmente Na2S04.

Estes e outros objetos da presente invenção serãomelhor compreendidos e valorizados a partir da descrição detalhada dainvenção e das reivindicações anexas.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

A descrição apresentada a seguir não tem o intuito delimitar o escopo da presente invenção, mas sim exemplificar algumas possíveisrealizações da mesma.

Figura 1. Visão diagramática ilustrando um exemplo deuma célula para eletrólise para uso no método da invenção para decomporcompostos orgânicos contidos em uma solução aquosa. Nesta figura, asolução a ser tratada colocada no compartimento (1) é transferida pela bomba(2) para a célula (3) onde ocorre a eletrólise seguindo um fluxo definido (F). Acélula é ligada a uma fonte de corrente (5) por cabos condutores (4) externos aregião reacional. A solução recircula seguindo o fluxo definido (F), até acompleta limpeza e é direcionada para o descarte (6).

Figura 2. Visão diagramática ilustrando um exemplo deum conjunto de células para eletrólise ligadas em paralelo. Nesta figura, asolução a ser tratada passa através de uma pluralidade de células (3) ligadasem série por cabos condutores (4) a uma fonte de corrente (5) e dispostas emum compartimento (7). O item 8 representa um descarte imediato, semrecirculação: a solução passa uma única vez pelo arranjo.

Figura 3. Visão do esquema seccional transversalmostrando um exemplo detalhado da célula eletroquímica (3) com o fluxoentrando (FE) através do interior de um eletrodo cilíndrico interno (9). Nestafigura, a célula é composta de um anodo cilíndrico oco, composto de ummaterial semicondutor, em que o diamante dopado (10) é depositado sobre asua superfície. Este anodo é colocado internamente e no centro de um cilindrooco (11) de material condutor, o catodo. Uma tampa de rosca interna (12), dematerial inerte e não condutor, com uma abertura central cônica de diâmetrolevemente maior que o diâmetro do anodo; e uma tampa de rosca interna (13)para saída do fluxo, compõe um dos itens de vedação da célula. Uma borrachacônica de alta densidade (14) com uma abertura central de diâmetro igual aodiâmetro do anodo e com abertura lateralmente é usada para fazer a vedação.

Outra tampa de rosca interna (15) e com uma borracha interna de altadensidade (16), ambas com uma abertura central, são responsáveis pelavedação completa do sistema através da pressão da borracha cônica (14)sobre o tubo de diamante que atravessa todas as aberturas centrais descritas.

Do lado oposto da célula, uma tampa de rosca interna (17), de material inerte enão condutor, é usada para vedação deste lado. Esta tampa é composta de umpino cônico interno (18), centralizado, oco e vazado, para apoio do anodo eescape da solução a ser tratada para dentro da célula. A solução a ser tratadaentra pelo cilindro (19) que compõe o anodo e vaza por orifícios em (18) para aregião reacional (20), onde os compostos presentes na solução a ser tratadasão oxidados entre o anodo e o catodo. O anodo é ligado por um pólo positivo(21) e o catodo por um pólo negativo (22). O fluxo do líquido segue as setasindicativas (F).

Figura 4. Visão do esquema seccional transversalmostrando um exemplo detalhado da célula eletroquímica com o fluxo entrandoatravés do interior do eletrodo cilíndrico interno e com a presença de umpromotor de turbulência helicoidal. Nesta figura, um dispositivo promotor deturbulência helicoidal (23), de material não condutor e inerte, é colocado entre oanodo e o catodo para auxiliar no tempo de contato da solução no meioreacional (20).Figura 5. Visão do esquema seccional transversalmostrando um exemplo detalhado da célula eletroquímica para ser usada emque o substrado (9) onde o diamante é crescido pode ser ou não oco, com ofluxo (FE) entrando lateralmente à célula. Neste esquema, o substrato cilíndricoé transpassado axialmente pelo tubo de aço inox (11) e em ambos os ladosabertos do tubo de aço inox, os sistemas de vedação são idênticos. Nestafigura, a entrada e a saída do fluxo da solução ocorrem em (24) e (25),respectivamente. As setas (FE; FS) indicam o sentido do fluxo.

Figura 6. Visão do esquema seccional transversal mostrando um exemplo detalhado da célula eletroquímica com o fluxo entrandolateralmente à célula e com a presença de um dispositivo cilíndrico promotor deturbulência helicoidal. Nesta figura, o dispositivo promotor de turbulênciahelicoidal de material não condutor e inerte (23) é colocado entre o anodo e ocatodo para auxiliar no tempo de contato da solução no meio reacional (20).

Figura 7. Visão do esquema seccional transversalmostrando um exemplo detalhado da célula eletroquímica com o fluxo entrandolateralmente à célula e com a presença de uma membrana de troca iônicaintimamente ligada às paredes dos eletrodos. A membrana é aderidaintimamente à superfície do diamante (26) e também sobre a superfície interna do catodo (27).

Figura 8. Remoção de COT e intensidade defluorescência de rejeito aquoso proveniente de esgoto doméstico na presençade eletrólito.

Figura 9. Remoção de COT e intensidade de fluorescência de água potável fornecida por empresa de saneamento naausência de eletrólito.

Figura 10. Visão do esquema seccional transversalmostrando um exemplo detalhado do sistema vedação da célula eletroquímicaenfatizando o conjunto de tampas superiores e a tampa inferior. O conjunto detampas superiores compreende uma tampa de rosca interna (12), constituídade material inerte e não condutor, com abertura central cônica (28) de diâmetrolevemente maior que do anodo; uma borracha cônica de alta densidade (14)com abertura central de diâmetro igual a do dito anodo; e uma tampa de roscainterna (15) contendo uma borracha interna de alta densidade (16), ambas comuma abertura central. Já a tampa inferior (17) compreende uma tampa de roscainterna, constituída de material inerte e não condutor, contendo um pino cônicointerno (18), centralizado, oco e vazado, quando o dito anodo for oco; oucontendo um rebaixo para centralização do dito anodo quando este não for oco.

Figura 11. Visão do esquema seccional transversalmostrando um exemplo detalhado do dispositivo cilíndrico promotor deturbulência helicoidal (23). Tal dispositivo compreende um cilindro oco, dematerial inerte e não condutor, configurado de forma que propicie a formaçãode um fluxo turbulento em um caminho helicoidal no interior do dito cilindro.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Os exemplos mostrados a seguir apenas ilustram umadas muitas formas de realizar a invenção. Por isso não devem ser encaradosde forma restritiva, mas sim de forma ilustrativa.

Para efeito dessa invenção, entende-se como "célulaeletroquímica cilíndrica" uma célula eletroquímica composta de um eletrodo dediamante condutor ligado ao terminado positivo de uma fonte de correntecontínua e definido como anodo, bem como de um eletrodo metálico ligado aoterminado negativo de uma fonte de corrente contínua e definido como catodo.

Para efeito dessa invenção, entende-se como "célulaeletroquímica cilíndrica não dividida" uma célula onde o anodo e o catodo nãosão separados por placas ou membranas, mas unicamente por uma soluçãoaquosa.

Para efeito dessa invenção, entende-se como "substratocilíndrico mecanicamente resistente" os substratos de quartzo, ou osselecionados entre os condutores metálicos de forma geral, tal como aço inox,e que apresentarem formato cilíndrico ou tubular cilíndrico.Para efeito dessa invenção, entende-se como "jateado"os substratos cilíndricos mecanicamente resistentes submetidos a um processode jateamento homogêneo com granalhas de ferro ou aço. Esse processo érealizado para aumentar a superfície de contato entre o filme diamantíferodepositado e o substrato cilíndrico resistente e, consequentemente, aumentar oatrito entre as partes.

Para efeito dessa invenção, entende-se como "anodo dediamante dopado coaxial" um anodo obtido por processo de deposição químicaa partir da fase de vapor, onde os ditos filmes diamantíferos são depositadosuniforme, homogêneo e aderentemente sobre substratos cilíndricosmecanicamente resistentes de diâmetros superiores (a partir de 4,0 mm),preferencialmente entre 4 e 20 mm, previamente jateados, sendo que o ditoanodo obtido está inserido dentro de outro cilíndrico oco: o cátodo. Neste caso,ambos têm um eixo comum.

Para efeito dessa invenção, entende-se como "processode deposição química a partir da fase de vapor" uma técnica que sefundamenta na transformação de moléculas gasosas em materiais sólidos naforma de filmes finos sobre um determinado substrato. Todos os sistemas dedeposição por CVD partilham, basicamente, do mesmo princípio defuncionamento. Requerem alimentação por fluxo contínuo de moléculas quecontenham carbono em sua estrutura. Estas moléculas estão, usualmente, noestado gasoso e fluem, geralmente, com hidrogênio molecular. Uma fonte deativação energética é utilizada pelo sistema com dois propósitos: dissociar asmoléculas precursoras em radicais para que reajam sobre a superfície dosubstrato; e dissociar as moléculas de hidrogênio em átomos.

Para efeito dessa invenção, entende-se como"compostos orgânicos e inorgânicos persistentes" compostos químicosaltamente estáveis devido à força de suas ligações covalentes e configuraçãoestrutural. São compostos pouco reativos e não doam elétrons facilmente e,portanto, são complicados de serem oxidados a produtos menos tóxicos ouinertes.Para efeito dessa invenção, entende-se como"tratamento e purificação de soluções aquosas ou tratamento de rejeitosaquosos" a degradação de compostos orgânicos e inorgânicos indesejáveispresentes nas ditas soluções ou rejeitos.

Em um primeiro aspecto, a presente invenção provê umacélula eletroquímica cilíndrica para tratamento e purificação de soluçõesaquosas ou tratamento de rejeitos aquosos, que se utiliza de anodo dediamante dopado coaxial obtido por processo de deposição química a partir dafase de vapor, onde os ditos filmes diamantíferos são depositados uniforme,homogêneo e aderentemente sobre substratos cilíndricos mecanicamenteresistentes de diâmetros superiores (a partir de 4,0 mm), preferencialmenteentre 4 e 20 mm, previamente jateados com granalhas de ferro ou aço.

É, portanto, um objeto da presente invenção uma célulaeletroquímica cilíndrica, montada com eletrodos cilíndricos, onde a dita célulacompreende:

a. um catodo cilíndrico oco (11);

b. um anodo cilíndrico (9) arranjado coaxialmente dentro do dito catodo,constituído de um substrato cilíndrico mecanicamente resistente,previamente jateado, revestido uniforme, homogêneo eaderentemente por um material diamantífero dopado (10)eletricamente semicondutor;

c. meios para vedar a célula;

d. pelo menos uma conexão para entrada de solução na célula (19; 24);

e. pelo menos uma conexão para saída de solução da célula (13; 25);

f. opcionalmente, um dispositivo promotor de turbulência helicoidal(23);

g. opcionalmente, uma resina ou membrana de troca iônica; e

h. opcionalmente, meios para conectar uma pluralidade de células entresi (4).onde:- o catodo compreende um material metálico, revestido ou não por ummaterial diamantífero dopado.

- o material metálico que constitui o catodo deve ser selecionado deum material inoxidável, preferencialmente do grupo que compreendeaço inox.

- o material diamantífero dopado que reveste opcionalmente o materialmetálico que constitui o catodo compreende um material diamantíferosubmetido à condução elétrica por meio de dopagem compreferencialmente boro.

- o material diamantífero dopado que reveste opcionalmente o materialmetálico que constitui o catodo pode ser um semicondutor do tipo p,do tipo n, ou co-dopado (doador, receptor de elétrons ou ambos,respectivamente).

- o catodo deve ter comprimento inferior ao dito anodo.

— o catodo deve ter diâmetro superior ao dito anodo.

- o catodo deve ser estável a potencial negativo.

- o anodo pode ser oco ou não.

- o substrato cilíndrico mecanicamente resistente que constitui o anodocompreende diâmetro externo a partir de 4 mm, preferencialmente de4 a 20 mm.

- o substrato cilíndrico mecanicamente resistente que constitui o anodoé selecionado do grupo que compreende um material condutor ouisolante capaz de suportar às condições dos processos dejateamento; capaz de suportar às condições dos processos dedeposição química a partir da fase de vapor; e que possa serconfeccionado no formato cilíndrico ou esférico ou tubular cilíndrico.

- o substrato cilíndrico mecanicamente resistente que constitui o anodopoder ser quartzo, titânio, tungstênio ou aço inox.- o material diamantífero dopado que reveste o anodo compreende ummaterial diamantífero submetido à condução elétrica por meio dedopagem com alguma impureza selecionada dentre os elementosquímicos boro, fósforo, bismuto, nitrogênio ou enxofre.

- o material diamantífero dopado que reveste o anodo pode ser umsemicondutor do tipo p, do tipo n, ou co-dopado (doador, receptor deelétrons ou ambos, respectivamente).

- o processo de jateamento ser realizado com granalhas de ferro ouaço.

- o material diamantífero dopado que reveste o anodo compreende umfilme de espessura que varia preferencialmente de 0,5 a 50 pm.

A célula eletroquímica cilíndrica pode ser montada comum anodo cilíndrico de diamante dopado, obtido por processo de deposiçãoquímica a partir da fase de vapor, onde os ditos filmes diamantíferos sãodepositados uniforme, homogêneo e aderentemente sobre um substratocilíndrico mecanicamente resistente de quartzo, de 6 mm de diâmetro externo,arranjado coaxialmente dentro de um catodo de aço inox de 9 mm de diâmetrointerno. As vedações são feitas com anéis de borracha encaixe com rosca. Nocorpo do catodo há duas conexões para entrada e saída da solução a sertratada. Mangueiras conectam essas conexões em série com uma bombamecânica (para estabelecer o fluxo da solução no sistema) e um recipiente dearmazenamento (para coleta ou troca da solução). Os contatos elétricos sãofeitos no corpo do anodo. Cola condutora é usada para estabelecer contatoentre os fios condutores e o filme de diamante quando o substrato utilizado éisolante. A alimentação elétrica é feita por uma fonte de tensão estabilizadacom corrente contínua.

Adicionalmente, no espaço da separação entre anodo ecatodo pode ser colocada alguma malha, tela plástica ou algum outro isolanteporoso, ambos inertes, para promover turbulência. Este arranjo minimiza adistância anodo-catodo, reduzindo assim a voltagem da célula. Além disso,desta maneira, é possível tratar soluções de baixa condutividade (0,005 S m"1),i.e. água potável.

Adicionalmente, a célula eletroquímica cilíndrica pode serdividida por uma ou mais membranas ou resina de troca iônica. A configuraçãoque compreende a(s) membrana(s) ou a resina de troca iônica pode ser usadaem situações em que a solução a ser tratada apresenta uma baixacondutividade elétrica. Se usada, a membrana de troca iônica pode serbaseada na fluororesina ou na de hidrocarboneto. Na prática, entretanto, umaresina resistente à corrosão é desejada. As membranas comercialmentedisponíveis para uso na presente invenção são: Nafion (Du Pont), Aciplex(Asáhi Chemical Industry CO., Ltd.), Flemion (Asahi Glass Co., Ltd.), etc.

A membrana ou resina é preferencialmente usada emcontato íntimo com o anodo e/ou catodo. Para este fim, a membrana deve serpreviamente ligada mecanicamente em cada um dos eletrodos.Preferivelmente, a membrana de troca iônica, se usada, deve ser prensada de0,1 a 30 kg cm"2 durante a eletrólise.

Especificamente em relação à solução que contém umasubstância ou muitas substâncias a serem tratadas, esta é usada como umasolução eletrolítica. A solução é colocada em contato com o anodo, feito dediamante dopado, e o catodo, feito de um material condutor, diamante dopadoou não. As substâncias podem ser direta ou indiretamente oxidadas asubstâncias de baixo peso molecular ou mineralizadas a CO2.

As condições da eletrólise variam dependendo dasolução a ser usada, etc., mas a temperatura é preferivelmente de 5 a 40 °C ea densidade de corrente é preferencialmente de 1 a 100 mA cm2.

Os materiais que podem ser usados na construção dacélula eletroquímica são vidro, titânio, aço inox, resina PTFE (Teflon®), quartzo,tungstênio e borracha de alta densidade. O objetivo é usar materiais comexcelente resistência à corrosão, duráveis e estáveis quando na presença deoxidantes fortes que são produzidos durante o processo.Em um segundo aspecto, a presente invenção provê umprocesso de deposição de filmes diamantíferos uniformes, homogêneos eaderentes sobre substratos cilíndricos resistentes de diâmetro superiores (apartir de 4,0 mm), preferencialmente entre 4 e 20 mm, previamente jateadoscom granalhas de ferro ou aço, realizado pela técnica CVD (do inglês,Chemical Vapor Deposition), para obtenção de anodos de diamante dopadocoaxial.

É, portanto, um adicional objeto da presente invenção umprocesso de deposição de filmes diamantíferos para obtenção de anodos dediamante compreendendo as etapas de:

(i) Preparação do substrato cilíndrico resistente paraposterior deposição do filme de diamante, onde a dita preparação compreendeas etapas de:

a) jatear homogeneamente os substratos cilíndricos resistentes comgranalhas de ferro ou aço para aumentar a superfície de contato entre odiamante depositado e o substrato e, consequentemente, aumentar oatrito entre as partes;

b) limpar os substratos cilíndricos resistentes jateados com banho ultra-sônico em solução alcoólica durante 30 minutos;

c) realizar o processo de "semeadura", que compreende a inserção depequenos grãos de diamante no substrato para viabilizar o crescimentode estruturas diamantíferas. Esse processo pode ser realizado via banhoultra-sônico nos substratos cilíndricos resistentes (limpos e jateados) emsolução de hexano com pó de diamante;

(ii) deposição do filme de diamante sobre o substrato,onde o dito processo de deposição envolve as etapas de:

a) após o processo de "semeadura", os substratos são inseridosna câmara do reator de deposição química assistido porfilamentos quentes HFCVD (do inglês, hot-filament chemicalvapor deposition). Filmes de diamante podem ser crescidos apartir de uma fonte de carbono na presença de hidrogênioutilizando a técnica CVD. As fontes de carbono podem sergases orgânicos como o metano (CH4)1 o mais usado, oulíquidas, como o etanol (C2H5OH), o qual foi utilizado napresente invenção.

b) Uma solução de até 5% de moléculas orgânicas (por exemplo,etanol) em hidrogênio é inserida na câmara de um reator quese encontra a pressão subatmosférica (entre 20 e 200 Torr).

c) As moléculas são transportadas para dentro da câmara doreator HFCVD onde interagem com uma região ativa que, nopresente caso, é mantida pelo filamento quente (energizadoaté atingir ~ 2400°C), no entanto poderia ser qualquer outra,por exemplo, microondas, descarga em arco, plasma ativado.

A temperatura elevada dos filamentos propicia a fragmentaçãodessas moléculas em radicais e átomos que podem incidirsobre a superfície do substrato. Na superfície, mecanismos deadsorção, difusão, recombinações químicas e dessorçãoocorrem. Radicais como o metil podem colidir com núcleosdiamantíferos pré-existentes e reagir propiciando ocrescimento de núcleos diamantíferos. Por volta de 20 horasdepois, o filme de diamante recobriu completamente todo osubstrato que foi inserido com diamante policristalino dequalidade similar a dos diamantes naturais, no entantosemicondutor.

onde:

- a síntese do diamante pode ser realizada pelo processo dedeposição química a partir da fase de vapor por filamento quente(HFCVD) com decomposição térmica de compostos orgânicos taiscomo etanol, metanol, metano, etc., como fonte de carbono em umaatmosfera redutora tal como de gás hidrogênio.

O diamante dopado sobre o substrato constitui a parteativa do eletrodo, o qual assim produzido tem alto potencial para ser usadocomo anodo ou catodo e uma excelente durabilidade. Entretanto, devido àacidez da solução, o dito eletrodo deve ser preferencialmente usado comoanodo.

Em alguns substratos, o pré-tratamento foi realizado utilizando óleo de motor. Análises em microscópio eletrônico de varreduraforam realizadas e verificou-se que o filme não apresentou rachaduras, além deapresentar excelente qualidade e homogeneidade.

Em um terceiro aspecto, a presente invenção provê osanodos de diamante dopado coaxial obtidos pelo processo de deposição química a partir da fase de vapor por filamento quente (HFCVD) comdecomposição térmica de compostos orgânicos, a partir de substratoscilíndricos resistentes de diâmetro superior, preferencialmente entre 4 e 20 mm,previamente jateados com granalhas de ferro ou aço. Os anodos assimproduzidos têm uma excelente durabilidade. Além de serem obtidos em umformato versátil com capacidade de serem colocados dentro de tubulações ecom potencial capacidade de serem acoplados em série com economia deespaço.

É, portanto, um objeto adicional da presente invenção umanodo cilíndrico de diamante, onde o dito anodo compreende um substrato cilíndrico mecanicamente resistente, oco ou não, previamente jateado,revestido uniforme, homogêneo e aderentemente por pelo menos uma camadade filme fino de diamante dopado, onde:

- o substrato cilíndrico mecanicamente resistente que constitui o anodoé selecionado do grupo que compreende um material condutor ouisolante capaz de suportar às condições dos processos dejateamento; capaz de suportar às condições dos processos dedeposição química a partir da fase de vapor; e que possa serconfeccionado no formato cilíndrico ou esférico ou tubular cilíndrico.- o substrato cilíndrico mecanicamente resistente que constitui o anodopoder ser quartzo, titânio, tungstênio ou aço inox.

- o material diamantífero dopado que reveste o anodo compreende ummaterial diamantífero submetido à condução elétrica por meio dedopagem com alguma impureza selecionada dentre os elementosquímicos boro, fósforo, bismuto, nitrogênio ou enxofre.

- o processo de jateamento ser realizado com granalhas de ferro ouaço.

- o material diamantífero dopado que reveste o anodo compreende umfilme de espessura que varia preferencialmente de 0,5 a 50 μm.

- o material diamantífero dopado que reveste o anodo é depositadopreferencialmente pelo processo de deposição química a partir dafase de vapor.

Considerando ainda que a célula eletroquímica cilíndricaconcebida na presente invenção propõe fornecer um tratamento eletroquímicopara oxidar substâncias contidas em solução aquosa, o que pode ser realizadointroduzindo a solução contendo substâncias a ser tratada na célulaeletroquímica, com um anodo e um catodo cilíndricos e passando uma correnteelétrica através deles é, portanto, um objeto adicional da presente invenção ouso da dita célula eletroquímica cilíndrica na purificação de soluções aquosas,que se utiliza de anodo de diamante coaxial obtido por processo de deposiçãode filmes diamantíferos uniformes, homogêneos e aderentes sobre substratoscilíndricos de diâmetros superiores, preferencialmente entre 4 e 20 mm,previamente jateados com granalhas de ferro ou aço, realizado pela técnicaCVD.É, portanto, um objeto da presente invenção uma célulaeletroquímica cilíndrica, montada com eletrodos cilíndricos, onde a dita célulacompreende:

Alguns exemplos de aplicação da célula aqui propostaestão descritos a seguir, porém não devem ser considerados como realizaçõesrestritivas, mas sim ilustrativas.

EXEMPLO 1

Usando uma célula eletroquímica não dividida com oanodo revestido com diamante dopado com boro e o catodo de aço inox (AISI304), um rejeito aquoso proveniente de esgoto doméstico, com adição deeletrólito (Na2SO4) a pH 2 e dos compostos fenol, catecol, hidroquinona, p-cresol, m-cresol e guaiacol, foi oxidado. As concentrações dos compostos nasolução foram de 94 pg mL"1 para fenol, HOpgmL"1 para hidroquinona,guaiacol e catecol e, 53 pg mL"1 para p-cresol e m-cresol. Portanto, umaconcentração total de 530 pmolmL"1. A medida de carbono orgânico total(COT) e da intensidade de fluorescência molecular foi realizada durante adegradação. A FIG. 8 mostra a remoção de ambas. Com uma corrente de 35mA e uma voltagem média de 6 V o custo energético foi de 7,56 kW h m~3 paraa remoção de 64,40% de COT e 94,95% de intensidade de fluorescênciamolecular, sendo que esta última mede a remoção de aromaticidade total.

EXEMPLO 2

Usando uma célula eletroquímica não dividida com oanodo revestido com diamante dopado com boro e o catodo de aço inox (AISI304), uma solução de água potável distribuída pela empresa de saneamento deCampinas/SP, sem adição de eletrólito a pH inicial de 7,8 e dos compostosfenol, catecol, hidroquinona, p-cresol, m-cresol e guaiacol, foi oxidada. Asconcentrações dos compostos na solução foram de 94 pg mL"1 para fenol,110 pg mL"1 para hidroquinona, guaiacol e catecol e, 53 pg mL"1 para p-cresol em-cresol. Portanto, uma concentração total de 530 pmolmL"1. A medida decarbono orgânico total (COT) e da intensidade de fluorescência molecular foirealizada durante a degradação. A FIG. 9 mostra a remoção de COT eintensidade de fluorescência. Com uma corrente de 35 mA e uma voltagemmédia de 31 V o custo energético foi de 54,50 kW h m"3 para a remoção de60,51% de COT e 74,50% de aromaticidade total. Se for considerada apenasas primeiras 0,6 A h L"1 de carga passada, o custo energético decresce para21,09 kW h m"3 com remoção de 73,40% de aromaticidade total.

Claims

1. UMA CÉLULA ELETROQUÍMICA CILÍNDRICA, caracterizada porcompreender:a. um catodo cilíndrico oco (11);b. um anodo cilíndrico (9) arranjado coaxialmente dentro do dito catodo,constituído de um substrato cilíndrico mecanicamente resistente,previamente jateado, revestido uniforme, homogêneo eaderentemente por um material diamantífero dopado (10)eletricamente semicondutor;c. meios para vedar a célula;d. pelo menos uma conexão para entrada de solução na célula (19; 24);e. pelo menos uma conexão para saída de solução da célula (13; 25);f. opcionalmente, um dispositivo promotor de turbulência helicoidal(23);g. opcionalmente, uma resina ou membrana de troca iônica; eh. opcionalmente, meios para conectar uma pluralidade de células entresi.

2. Célula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo catodo cilíndricooco compreender um material metálico, revestido ou não por um materialdiamantífero dopado.

3. Célula de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo material metálicoque constitui o catodo ser um material inoxidável.

4. Célula de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo materialinoxidável ser selecionado do grupo que compreende preferencialmente açoinox.

5. Célula de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, caracterizadapelo material diamantífero dopado que reveste opcionalmente o materialmetálico compreender um material diamantífero submetido à condução elétricapor meio de dopagem com preferencialmente boro.

6. Célula de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 5, caracterizadapelo material diamantífero dopado que reveste opcionalmente o materialmetálico ser um semicondutor selecionado do grupo que compreende tipo p,tipo η e co-dopado.

7. Célula de acordo com as reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo catodo serestável a potencial negativo, ter diâmetro superior e comprimento inferior ao dodito anodo.

8. Célula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo anodo ser oco.

9. Célula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo anodo sermaciço.

10. Célula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo substratocilíndrico mecanicamente resistente que constitui o anodo compreenderdiâmetro externo a partir de 4 mm.

11. Célula de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo diâmetroexterno ser preferencialmente de 4 a 20 mm.

12. Célula de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 10 e 11,caracterizada pelo substrato cilíndrico mecanicamente resistente que constituio anodo ser selecionado do grupo que compreende um material condutor ouisolante capaz de suportar às condições dos processos de jateamento; capazde suportar às condições dos processos de deposição química a partir da fasede vapor; e que possa ser confeccionado nos formatos cilíndrico, esférico, outubular cilíndrico.

13. Célula de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo materialcondutor ou isolante ser escolhido do grupo que compreende quartzo, titânio,tungstênio é aço inox.

14. Célula de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo materialcondutor ou isolante ser preferencialmente quartzo.

15. Célula de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo processo dejateamento ser realizado com granalhas capazes de promover o aumento darugosidade e da área superficial do dito substrato cilíndrico.

16. Célula de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pela granalha serde ferro.

17. Célula de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pela granalha serde aço.

18. Célula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo materialdiamantífero dopado que reveste o anodo compreender um materialdiamantífero submetido à condução elétrica por meio de dopagem com algumaimpureza selecionada dentre os elementos químicos boro, fósforo, bismuto,nitrogênio e enxofre.

19. Célula de acordo com as reivindicações 1 e 18, caracterizada pelo materialdiamantífero dopado que reveste o anodo ser um semicondutor selecionado dogrupo que compreende tipo p, tipo η e co-dopado.

20. Célula de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 18 e 19,caracterizada pelo material diamantífero dopado que reveste o anodocompreender um filme de espessura que varia preferencialmente de 0,5 a 50 μm).

21. Célula de acordo com a reivindicação 1, é caracterizada pelos meios paravedar a célula compreender um conjunto de tampas superiores e uma tampainferior.

22. Célula de acordo com as reivindicações 1 e 21, caracterizada pelo conjuntode tampas superiores compreender uma tampa de rosca interna (12),constituída de material inerte e não condutor, com abertura central cônica (28)de diâmetro levemente maior que do anodo; uma borracha cônica de altadensidade (14) com abertura central de diâmetro igual a do dito anodo; e umatampa de rosca interna (15) contendo uma borracha interna de alta densidade(16), ambas com uma abertura central.

23. Célula de acordo com as reivindicações 1 e 21, caracterizada pela tampainferior compreender uma tampa de rosca interna (17), constituída de materialinerte e não condutor, contendo um pino cônico interno (18), centralizado, ocoe vazado, quando o dito anodo for oco.

24. Célula de acordo com as reivindicações 1 e 21, caracterizada pela tampainferior compreender uma tampa de rosca interna (17), constituída de materialinerte e não condutor, contendo um rebaixo para centralização do dito anodoquando este for maciço.

25. Célula de acordo com as reivindicações 1 e 21, caracterizada tampa inferiorcompreender uma tampa de rosca interna (12), constituída de material inerte enão condutor; uma borracha cônica de alta densidade (14) com abertura centralde diâmetro igual a do dito anodo; e uma tampa de rosca interna (15) contendouma borracha interna de alta densidade (16), ambas com uma abertura central.

26. Célula de acordo com as reivindicações 1 e 8, caracterizada pela conexãopara entrada de solução na célula ser localizada no anodo (19).

27. Célula de acordo com as reivindicações 1 e 8, caracterizada pela conexãopara entrada de solução na célula ser localizada no catodo (24).

28. Célula de acordo com as reivindicações 1 e 9, caracterizada pela conexãopara entrada de solução na célula ser localizada no catodo (24).

29. Célula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela conexão parasaída de solução da célula ser localizada no catodo (25).

30. Célula de acordo com as reivindicações 1 e 21, caracterizada pela conexãopara saída de solução da célula ser localizada na tampa de rosca interna (13).

31. Célula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo dispositivopromotor de turbulência helicoidal (23) compreender um cilindro oco, dematerial inerte e não condutor, configurado de forma que propicie a formaçãode um fluxo turbulento em um caminho helicoidal no interior do dito cilindro.

32. Célula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela resina oumembrana de troca iônica compreender um material resistente à corrosão.

33. Célula de acordo com as reivindicações 1 e 32, caracterizada pela resinaou membrana de troca iônica ser mecanicamente aderida à superfície externado anodo (26) e à superfície interna do catodo (27), de maneira que a ditamembrana fique em contato com o eletrólito.

34. Célula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelos meios paraconectar ao menos duas células entre si, em série ou em paralelo,compreender ao menos uma mangueira conectora.

35. Célula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela célula serconstituída de um material resistente à corrosão, durável e estável na presençade oxidantes fortes.

36. Célula de acordo com a reivindicação 35, caracterizada pelo materialresistente ser escolhido preferencialmente do grupo que compreende titânio,aço inox, resina PTFE (Teflon®), quartzo, tungstênio e borracha de altadensidade.

37. Célula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que oscontatos elétricos não entram em contato com o líquido a ser tratado.

38. Célula conforme definido nas reivindicações 1 a 37, caracterizada por serutilizada na oxidação direta ou indireta de contaminantes presentes em soluçãoaquosa ou rejeitos aquosos de baixa condutividade, preferencialmente entre0,005 S/m a 0,010 S/m, que contém baixas concentrações de contaminantes,preferencialmente na faixa de pg L"1.

39. Célula de acordo com a reivindicação 38, caracterizada pelo fato dasolução aquosa ou do rejeito aquoso ter preferencialmente pH 2 a 7.

40. UM PROCESSO DE PURIFICAÇÃO DE SOLUÇÕES AQUOSAS OUREJEITOS AQUOSOS, caracterizado por compreender ao menos uma célulaeletroquímica cilíndrica conforme definida em todas as reivindicaçõesanteriores.

41. Processo de acordo com a reivindicação 40, caracterizado pela soluçãoaquosa ou rejeito aquoso a ser purificado estar situado em um espaçocompreendido entre o anodo e o catodo e não ficar em contato com os locaisem que se dão os contatos elétricos.

42. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 40 a 41,caracterizado pela solução aquosa ou rejeito aquoso a ser purificadocompreender baixa condutividade; baixa concentração de contaminantes; e pHácido a neutro.

43. Processo de acordo com a reivindicação 42, caracterizado pelacondutividade compreender preferencialmente 0,005 a 0,010 S/m.

44. Processo de acordo com a reivindicação 42, caracterizado pelaconcentração de contaminantes compreender preferencialmente uma faixa daordem de pg L"1.

45. Processo de acordo com a reivindicação 42, caracterizado porcompreender preferencialmente pH 2 a 7.

46. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 40 a 45,caracterizado pela densidade de corrente na superfície do anodo compreenderuma faixa preferencial de 1 a 100 mA cm2.

47. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 40 a 46,caracterizado pela temperatura do dito processo compreender uma faixapreferencial de 5 a 40°C.

48. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 47, caracterizado porcompreender ao menos uma célula eletroquímica cilíndrica (3).

49. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 48, caracterizado porcompreender uma pluralidade de células ligadas em série ou em paralelo.

50. PROCESSO DE DEPOSIÇÃO DE MATERIAL DIAMANTÍFERO PARAOBTENÇÃO DE ANODO DE DIAMANTE DOPADO, em que o aperfeiçoamentocompreende uma etapa de tratamento do substrato cilíndrico mecanicamenteresistente que antecede o dito processo de deposição.

51. Processo de acordo com a reivindicação 50, caracterizado pelo substratocilíndrico mecanicamente resistente compreender diâmetro externo a partir de 4 mm.

52. Processo de acordo com a reivindicação 51, caracterizado pelo diâmetroexterno ser preferencialmente de 4 a 20 mm.

53. Processo de acordo com as reivindicações 50 a 52, caracterizada pelosubstrato cilíndrico mecanicamente resistente ser selecionado do grupo quecompreende um material condutor ou isolante capaz de suportar às condiçõesdos processos de jateamento; capaz de suportar às condições dos processosde deposição química a partir da fase de vapor; e que possa ser confeccionadono formato cilíndrico ou esférico ou tubular cilíndrico.

54. Processo de acordo com a reivindicação 53, caracterizada pelo materialcondutor ou isolante ser escolhido do grupo que compreende quartzo, titânio,tungstênio e aço inox.

55. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 50 a 54,caracterizado pela etapa de tratamento do substrato compreende as etapas de:a) jatear homogeneamente os substratos cilíndricos mecanicamenteresistentes com granalhas de ferro ou aço;b) limpar os substratos cilíndricos mecanicamente resistentes,previamente jateados, com banho ultra-sônico em solução alcoólicacerca de 30 minutos; ec) imergir os substratos cilíndricos mecanicamente resistentes, limpos ejateados, em solução de hexano contendo pó de diamante em banhoultra-sônico.

56. ANODO CILÍNDRICO caracterizado por compreender um substratocilíndrico mecanicamente resistente, oco ou não, previamente jateado,revestido uniforme, homogêneo e aderentemente por um material diamantíferodopado (10) eletricamente semicondutor.

57. Anodo de acordo com a reivindicação 56, caracterizado pelo substratocilíndrico mecanicamente resistente compreender diâmetro externo a partir de 4 mm.

58. Anodo de acordo com a reivindicação 57, caracterizado pelo diâmetroexterno ser preferencialmente de 4 a 20 mm.

59. Anodo de acordo com qualquer uma das reivindicações 56 a 58,caracterizado pelo substrato cilíndrico mecanicamente resistente serselecionado do grupo que compreende um material condutor ou isolante capazde suportar às condições dos processos de jateamento; capaz de suportar àscondições dos processos de deposição química a partir da fase de vapor; e quepossa ser confeccionado no formato cilíndrico ou esférico ou tubular cilíndrico.

60. Anodo de acordo com a reivindicação 59, caracterizado pelo materialcondutor ou isolante ser escolhido do grupo que compreende quartzo, titânio,tungstênio e aço inox.

61. Anodo de acordo com a reivindicação 59, caracterizado pelo processo dejateamento ser realizado com granalhas capazes de promover o aumento darugosidade e da área superficial do dito substrato cilíndrico.

62. Célula de acordo com a reivindicação 61, caracterizada pela granalha serde ferro.

63. Célula de acordo com a reivindicação 61, caracterizada pela granalha serde aço.

64. Anodo de acordo com a reivindicação 56, caracterizado pelo materialdiamantífero dopado que reveste o anodo compreender um materialdiamantífero submetido à condução elétrica por meio de dopagem com algumaimpureza selecionada dentre os elementos químicos boro, fósforo, bismuto,nitrogênio e enxofre.

65. Anodo de acordo com as reivindicações 56 e 64, caracterizado pelomaterial diamantífero dopado que reveste o anodo ser um semicondutorselecionado do grupo que compreende tipo p, tipo η e co-dopado.

66. Anodo de acordo com qualquer uma das reivindicações 56 a 65,caracterizado pelo material diamantífero dopado que reveste o anodocompreender um filme de espessura que varia preferencialmente de 0,5 a 50pm.

67. Anodo de acordo com a reivindicação 66, caracterizado pelo filme serdepositado preferencialmente pelo processo de deposição química a partir dafase de vapor.