CN104698112A - 无气体的电解装置和方法 - Google Patents

无气体的电解装置和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104698112A
CN104698112A CN201410720113.9A CN201410720113A CN104698112A CN 104698112 A CN104698112 A CN 104698112A CN 201410720113 A CN201410720113 A CN 201410720113A CN 104698112 A CN104698112 A CN 104698112A
Authority
CN
China
Prior art keywords
channel
ion
passage
catalyzer
hydrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410720113.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104698112B (zh
Inventor
K·斯里尼瓦桑
S·巴德瓦杰
林嵘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dionex Corp
Original Assignee
Dionex Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dionex Corp filed Critical Dionex Corp
Publication of CN104698112A publication Critical patent/CN104698112A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104698112B publication Critical patent/CN104698112B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/32—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00
    • B01D53/326—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00 in electrochemical cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/96—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation using ion-exchange
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/96—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation using ion-exchange
    • G01N2030/965—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation using ion-exchange suppressor columns
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Abstract

一种电解装置，例如抑制器，包括通过带电膜屏障分开的至少两个流通通道、以及催化剂，该催化剂与离子交换材料一起被布置在这些通道之一中、用于使氢气和氧气结合。而且，还描述了一种用于在该装置的一个通道中同时电解和催化消除气体的方法。

Description

无气体的电解装置和方法
背景技术
当施加超过约1.5伏特的DC电位时，电解装置从水裂解反应产生电解气体。用于离子色谱法中的电解抑制器依赖于电解水裂解反应来供应用于抑制的再生物离子。美国专利号7,329,346和7,585,679披露了当抑制器废液用作一种用于色谱法的洗脱液时，它可以用各种形式的铂催化剂进行处理以将该洗脱液中电解产生的氢气和氧气催化地再结合以形成去离子水。
发明内容
在本发明的一个实施例中，提供了一种适合在检测液体样品中的样品分析物的系统中使用的电解装置。该装置包括一个壳体，该壳体包括通过一个带电屏障分开的至少第一和第二相邻的流通通道，该带电屏障具有可交换离子、能够使具有正或负仅一种电荷的离子通过并且能够阻断主体液体流动；分别与该第一和第二通道处于电连通的第一和第二电极；以及布置在该第一通道中、用于使氢气和氧气结合的一种催化剂。该催化剂还可以用于去除过氧化氢。
在另一个实施例中，提供了一种使用上述电解装置同时电解和催化消除气体的方法。该方法包括使第一和第二水性液体流分别流动通过该第一和第二通道，该第一和第二水性液体流中的至少一个包含具有与该屏障的可交换离子相同电荷(正或负的)的离子，同时在该第一与第二电极之间施加一个电流以产生氢气和氧气并且在该第一与第二通道之间运输这些离子中的至少一些，并且使所产生的氧气和氢气在该第一通道中的水性液体流中通过与该第一催化剂接触而催化地结合。该方法可以进一步包括通过与该第一催化剂接触来催化地去除该第一通道中的水性液体流中的过氧化氢。
附图说明
图1展示了在一种三通道装置的两个通道中包括催化剂的根据本发明的电解装置。
图2展示了在一种三通道装置的一个通道中包括催化剂的根据本发明的电解装置。
图3展示了用A/C电压操作的一种电解装置并且示出了该A/C电压的第一个半周期。
图4展示了用A/C电压操作的一种电解装置并且示出了该A/C电压的第二个半周期。
图5展示了在一种三通道装置的两个通道中包括催化剂并且用A/C电压操作的根据本发明的电解装置。
图6是展示了使用本发明的实验结果的色谱图。
具体实施方式
本发明是针对一种电解装置，该电解装置包括通过一个带电屏障分开的至少两个流通通道，该带电屏障具有可交换离子、能够使具有正或负仅一种电荷的离子通过，以及跨通过这些通道的水性液体的流动路径与这些通道处于电连通的间隔开的电极。在这些通道之一中提供一种催化剂用于使氢气和氧气结合并且去除过氧化氢。该催化剂可以通过将过氧化氢分解为水和氧气来去除过氧化氢。如将讨论的，该催化剂可以是对于通过引用而结合的美国专利号7,329,346和7,585,679的催化型气体消除柱中布置的那些催化剂所描述的类型。本发明的电解装置首先将以在一个抑制型离子色谱系统中的具有由两个此类带电屏障分开的三个通道的一种电解夹层抑制器的形式进行描述。
参见图1，展示了处于一种夹层抑制器形式的装置，该夹层抑制器包括在两侧由离子交换膜屏障限定的一个中央样品流流动通道，该中央样品流流动通道的外部分别是一个离子接收流动通道和一个离子源流动通道。该抑制器可以与通过引用而结合的美国专利号6,077,434(“’434专利”)的图3-5中所述的那种相同，除了下文中所述的催化剂以外。该抑制器可以用于任何抑制型离子色谱系统中，如也通过引用而结合的‘434专利的图1的简化示意性系统中所述的那种。此类系统包括与该夹层抑制器的中央流动通道的入口处于流体连通的一个色谱分离器，典型地填充有色谱分离介质如离子交换材料的一个填充床或流通式单块。该抑制器抑制该洗脱液电解质的电导率但不抑制在分离中所分离的离子的电导率。来自该抑制器的流出物被引导到用于检测这些分离的离子的一个检测器。
在此再次参见图1，电解抑制器装置10包括一个壳体(未示出)，保留了具有可交换离子、能够使仅具有正或负一种电荷的离子通过并且能够阻断主体液体流动的第一和第二相邻的带电屏障12和14。屏障12和14的可交换离子具有相同的电荷。该壳体包括三个相邻的流通通道16、18和20。中央通道18由屏障12和14限定。通道16和20(在此有时被称为再生物通道或侧翼通道)在一侧分别由屏障12和14的外部限定，并且在另一侧由电极或壳体内壁限定。在作为一种用于阴离子分析的抑制器的操作中，通道16是一个离子源流动通道并且通道20是一个离子接收流动通道。电极22和24被安装在壳体中分别与通道16和20处于电连通，并且与通道18处于电连通以使电流穿过流动通过这些通道的溶液。电极22和24被分别布置在通道16和20的外侧以接触流动通过这些通道的溶液。该抑制器和使溶液流动通过该抑制器的作用可以与‘434专利中所述的相同，除了以下所述的本发明的抑制器中的催化之外。此种催化消除了流出‘434专利的图4中示出的通道35和37的H2和O2。
如示出的，中央通道18包括填装物例如一个带电或不带电的筛网。而且，通道16和20也可以分别包括有待描述的处于各种形式(例如一个筛网、或一个单块)的带电或不带电的填装物。
所示出的系统用于阴离子分析并且包括氢氧化钠作为该流出物中有待在该抑制器中转化为弱电离形式(H2O)的电解质。在此之后，该溶液穿过一个检测器的电导池并且可以被再循环至流动通道16和20。这些离子交换屏障允许带正电的钠离子和水合氢离子一起渗透穿过屏障14。
用于此目的的一种合适的离子交换膜屏障是一种磺化聚苯乙烯接枝的PTFE薄片。氢氧根离子因为唐南排斥(donnan exclusion)力而不倾向于渗透该膜片。因此，该氢氧化钠流在色谱流出物或样品流动通道18中被转化为去离子水，并且这些钠离子渗透膜片屏障14并且最终作为NaOH分散在流动通道20中，该NaOH最后可以被指定路线至废物。跨过电极22和24施加一个电位增加了跨过屏障12和14的离子流动的动力学并且从而增加了该抑制器装置的容量、以及因此抑制效率。
如所示出的，通道18中的电解质的带正电的钠离子在电场的影响下电迁移穿过屏障14进入通道20内。同时，在阳极22处通过水电解产生的水合氢离子流动穿过流动通道16，并且然后穿过膜12进入流动通道18内以与其中的氢氧根离子形成水。被吸引至负极的这些钠离子更快速地被去除，导致该抑制器装置的容量的增加。被运输穿过屏障12的任何过量的水合氢离子最终在通道20中停止并且与在阴极处产生的氢氧根结合以形成水。
在图1的系统的电解操作中，在流动通道16中，水合氢离子根据以下方程式在阳极处产生并且穿过膜12
H2O-2e-→2H++1/2O2             (1)
在流动通道18中，钠离子在电场的影响下穿过膜14。
                                                    (2)
在流动通道20中，钠离子与在阴极处产生的氢氧根离子通过以下方程式被转化为NaOH：
2H2O+2e-→2OH-+H2                           (3)
而且迁移穿过膜14的任何水合氢离子根据以下方程式在阴极处被转化为水：
OH-+H+→H2O                   (4)
在一个实施例中，布置在通道16和20中的筛网用具有与屏障12和14的那些相同的电荷的可交换离子官能化或带电。此类筛网为有待扩散通过这些膜的离子提供在这些屏障之间的直接点至点接触。
本发明已经对于图1的用于阴离子分析的装置进行了说明，例如使用‘434专利的图1的第10栏，第49-54行的洗脱液。它还可适用于如‘434专利的第10栏，第55行至第11栏，第13行所述的阳离子分析。
本发明与‘434专利的图1的抑制器的主要区别在于对于所示出的夹层抑制器在通道16和20中放置催化剂32(或在以下有待描述的使用一个单一屏障的一种两通道装置的一个通道中)。如将描述的，该催化剂可以在形式和功能上类似于美国专利号7,329,346和7,585,67中所述的催化剂。
该催化剂的工作原理以及铂或其他合适催化剂材料的使用可以与通过引用而结合的美国专利号7,329,346的第6栏，第12行至第7栏，第34行所述的原理和催化剂相同。柱中催化剂的形式描述于第7栏，第22-34行，包括用一种具有烧结的(fritted)流通末端部件的柱中的纯Pt金属颗粒、网或箔填装该柱，或用涂覆有Pt的惰性基质填装该烧结柱。这些形式的催化剂可以被填装到在此具有类似的烧结末端部件的抑制器通道16和20中。当离子交换材料与该催化剂一起使用时，通道16和20中的离子交换填料可以采取多种形式，如与Pt涂覆的惰性基质颗粒混合的一个离子交换材料的填充床，从而形成离子交换颗粒和催化剂颗粒的一个混合床。此种混合床可以是通过引用而结合的美国专利号7,585,679的第17栏，第31行至第18栏，第9行所述的用于‘679专利的催化气体和离子种类去除装置(“CGISRD”)的类型。如所述的，该离子交换填料可以与该催化剂混合或在它的上游或下游。这种关系也可以适用于本发明中，只要该离子交换材料和催化剂均在该抑制器的通道的至少一个中。该催化剂可以优选由离子交换材料制成并且具有在催化剂沉积步骤之后剩余的残余离子交换容量。在这种情况下，通过调节催化剂单体浓度，在该离子交换基质材料上可用的表面积的很大一部分可以与该催化剂组分发生反应。可用的残余离子交换容量与在该催化剂结合过程中所利用的容量的优选比例是在1:10的范围内、更优选3:10并且最优选约1:1。该离子交换容量可以通过测量穿透容量的已知方法来测量，如通过将该离子交换材料从一种形式转化为另一种。例如使用一种处于钠形式的阳离子交换材料，通过用酸处理该材料，去除的钠可以使用一个电导率或pH检测器来监测并且可以推断出等价的总交换容量。应该指出，该离子交换材料容量可以在催化剂沉积之前和之后进行测量以获得可用的残余离子交换容量与所利用的容量的比例。
在另一个实施例中，可以添加离子交换材料并且将其与这些催化剂材料一起使用。在一个实施例中的最简单形式中，当这些离子交换材料处于树脂珠粒形式时，该材料可以与催化剂沉积的离子交换树脂或催化剂沉积的天然材料如碳珠混合。在这种情况下，该残余的离子交换容量可以如以上所讨论的进行测量。该离子交换树脂与该催化剂的优选比例可以重量来表示。一个优选的比例可以在10:1的范围内、更优选3:1并且最优选1:1的比例。避免更高量值的催化剂树脂以保持低成本，尽管如本领域的普通技术人员将推断出的，以上比例可以反推到具有过量水平的催化剂树脂。所需要的催化剂的绝对量可以经由实验通过称重已知量并且然后监测已知浓度的氢气和氧气至水的催化转化率来推断。一种监测手段是通过使用由森尼维耳市的赛默飞世尔科技(Thermo Fisher Scientific,Sunnyvale)出售的光学气泡传感器ERC10控制器来检测残余气泡。该电解水裂解反应可以用于通过跨过在抑制器装置的再生物通道中的这些电极施加一个已知电流来产生已知量的氢气和氧气。在以上情况下将去离子水供应至该洗脱液和再生物通道。对于一个给定的催化剂量调整电流以确定给定的催化剂可以再结合成去离子水的最大氢气和氧气浓度。通常超过最小量以便确保用于催化功能的足够容量并且还以便将流速或施加电流上的任何变化考虑在内。该残余离子交换容量有助于保持该装置的电阻较低。可以调整这个量以确保该装置电阻对于给定应用较低。可以通过观察对于给定应用所产生的电压来监测对于一个给定电流的装置电阻。优选按照本发明来保持电压至一个最小值以减少该装置的工作瓦特数。优选地，该抑制器装置的瓦特数是<5瓦特，更优选≤3瓦特。
如现有技术中所描述的，这些抑制器离子交换材料可以由处于各种构型的基质制成，如筛网、树脂珠粒、单块相和类似物。催化剂材料可以由以上材料或者由其他中性材料如碳珠或者由贵金属如钯或铂金属箔或丝或熔块或绒制成。具有高表面积的材料如多孔材料对于催化功能是优选的。
如‘679专利的第17栏，第58行至第18栏，第9行对于CGISRD所述的，该离子交换介质可以是美国专利号7,074,331所述类型的一种单块。而且，该催化剂可以通过静电结合作为一个涂层不可逆地被结合至该离子交换介质上，如‘679专利的第18栏，第10行至第19栏，第17行对于CGISRD所述的。
在此处图1的实施例中，这些电解气体在这个或这些抑制器再生物通道中再结合，从而消除对任何外部柱或铂催化剂装置的需要。在该抑制器装置中的这个或这些再生物通道中添加催化剂允许降低该再生物通道中的电阻，从而保持该装置的总工作电阻较低。这进而降低了工作瓦特数以及相关联的热量和噪音。它还降低了检测噪声，因为通过去除这些气泡而最小化了气泡感应电流干扰。它还最小化了该抑制器装置中的过氧化物浓度，从而最小化了对该抑制器内的离子交换部件的损害。
在用于阴离子分析的图1的实施例中，来自阳极再生物通道16的再生物流动可以被指定路线至阴极再生物通道20，从而允许使氢气和氧气再结合所需要的正确化学计算比。在这种情况下，该催化剂使得实现了该阴极再生物通道中气体的再组合和消除。对于阳离子分析，该阴极再生物流动(来自通道20)可以被路由至阳极通道16用于气体再组合。
本发明已经对于图1的装置进行了描述，该装置是一种包括三个通道和两个带电屏障的夹层抑制器。然而，它还可适用于一种两通道抑制器，该两通道抑制器包括由一个带电屏障分开的一个样品流动通道和一个单一再生物流动通道，如通过引用而结合的美国专利号6,077,434的图5和图6所述的。本发明与这种两通道抑制器的区别在于再生物流动通道中存在催化剂。
本发明的装置用于一种同时电解和催化消除气体的方法中。在该方法中，总体上对于两通道装置进行描述，其中至少一个包含具有与至少一个带电屏障的可交换离子相同电荷(正或负的)的离子的第一和第二水性液体流流动通过该第一和第二通道，同时在该第一与第二电极之间施加一个电流以产生氢气和氧气。在该第一与第二通道之间运输这些离子中的至少一些，并且所产生的氧气和氢气在该通道中的水性液体流中通过与所述第一催化剂接触而催化地结合。
图1的实施例示出为用作一个抑制器。在其中，该第一水性液体流包括一个样品流，该样品流包括在一种洗脱液中的分离的样品分析物离子，典型地色谱分离的，该洗脱液包括具有与这些分离的样品离子相反电荷的抗衡离子。这些抗衡离子具有与这些第一带电屏障可交换离子相同的电荷，并且被抑制在该第二通道中。
在使用图1的夹层抑制器的一种方法中，对于阴离子分析，一个第一水性流从通道16流动至通道20并且水在这两个通道中电解以在一个通道中产生氢气且在另一个中产生氧气。所产生的氢气和氧气在该第一通道中通过与其中的催化剂接触而再结合以产生水。这些电极和屏障的极性和在通道16与通道20之间的流动方向对于阳离子分析是相反的。
参见图2，展示了本发明的另一个实施例。这个实施例类似于图1的实施例，除了催化剂树脂32仅被添加到离子接收流动通道20中并且该装置用作一个用于阴离子分析的抑制器。与图1相反，在这个实施例中该催化剂树脂仅被添加到一个再生物通道中。在如上所讨论的操作中，氧气形成发生在阳极并且当其被指定路线至其中产生氢气的阴极时，可以在催化剂表面32上使氧气与氢气结合以形成水。根据本发明这种水的形成减少了在通道20中的气体形成。
在另一种使用图1的三通道抑制器的方法中，代替使用所述的DC电流，使用一个交流(A/C)电流。电荷的流动在A/C设置中是周期性地反向的。因此，由于从一个A/C电流源(频率60Hz)供应的A/C电压，电解水裂解反应在这两个再生物通道16和20中不断地反向并且氢气和氧气均不断地在这两个通道的电极的表面上产生。图3示出了A/C电压的第一个半周期。通常的波形对于一个电源回路是一个正弦波。在这种情况下，如对于图1的装置示出的，电极22是一个产生水合氢离子和氧气的阳极，而电极24是一个产生氢氧根和氢气的阴极。钠离子被驱动朝向电极24。图4展示了A/C电压的第二个半周期。在这种情况下，该极性是反向的并且电极22是一个产生氢氧根和氢气的阴极，而电极24是一个产生水合氢离子和氧气的阳极。钠离子被驱动朝向电极22。在具有一个A/C施加电压时，钠离子在洗脱液通道18的两侧被驱动。图5示出了当通道16和20填充有根据本发明的催化剂介质时的情况。在这些条件下，在通道16和20中在每个半周期过程中产生的氢气和氧气结合以形成水。
可以使用一种再循环工作模式，其中来自检测器的流出物被分流并且指定路线回到如美国专利号6,077,434的图1中的这些抑制器再生物通道中。当施加一个A/C电压时，由于水裂解反应，在指定为电极22的阳极处形成氧气并且在指定为电极24的阴极处形成氢气，如图3中所示。当由于A/C周期该极性反向时，现在氢气的形成发生在电极22的表面并且氧气在电极24的表面上形成，如图4中所示。该催化剂当存在于这些再生物通道中时使这些电解气体在这两个通道内催化地再结合为去离子水。合适的施加电压‘v’优选是1.5V<v<120V，更优选2V<v<10V并且最优选2V<v<6V。总体上，本发明适用于在电解装置的至少一个通道中使用催化剂。该催化剂还可以用于一个或多个通道中以使氢气和氧气结合以形成水。本发明已经对于一种具有两个带电屏障的三通道抑制器装置以及对于一种具有一个带电屏障的两通道抑制器装置进行了描述。
本发明还适用于用于除了抑制以外用途的前述一般类型的其他电解装置。例如，本发明还适用于盐转化器装置，例如如美国专利号6,752,927中所示的。参见这个专利的图1，如果通道28填充有根据本发明的催化剂，那么它将有助于根据本发明使氧气和氢气结合。本发明还适用于美国专利号6,808,608(“’608专利”)中披露的水净化器装置。参见‘608专利的图1，通道20和22可以填充有本发明的催化剂以根据本发明使氧气和氢气结合。本发明还适用于美国专利号7,704,749中披露的水性流净化器装置。参见图4，流动通道78和80可以填充有本发明的催化剂以根据本发明使氧气和氢气结合。本发明还适用于美国专利号8,293,099中披露的离子检测器系统。参见图5，流动通道116和120可以填充有本发明的催化剂以根据本发明使氧气和氢气结合。
本发明还适用于样品预处理装置，例如如美国专利号5,597,481中所示的。参见图4，通道47和49可以填充有本发明的催化剂以根据本发明使氧气和氢气结合。
在US 8,133,373中披露了电化学驱动的泵。参见图1，在膜18和20外部的侧面是用于容纳水源储存器的区室22和24。通过用根据本发明的催化剂树脂填装这些区室，在这个室中产生的电解气体将被催化转化为去离子水。
因此，当催化剂用于使这些电解气体如氢气和氧气在这些再生物通道中结合为水并且获得了具有在该装置内的减少的过氧化物形成的低电阻和低瓦特数的益处时，本发明适用于任何电解装置。为了说明本发明，提供了本发明的实践的以下非限制性实例。
实例1：
现有技术的一种三通道抑制器装置设计(如美国专利号6,077,434中所述的)根据本发明通过用催化剂树脂填装这些再生物通道来进行修改并且该抑制器被定制用于2mm操作。用于这项工作中的催化剂树脂是基于一种阳离子交换树脂基质，该阳离子交换树脂基质用如美国7,585,679的实例3中所述的一种适当单体进行处理以产生在该树脂表面之上的一个催化剂材料层。该阳离子交换量是2meqv/g并且在将催化剂附接到该基质树脂上之后减少至约1meqv/g。
该装置由限定该洗脱液通道的两个阳离子交换膜组成。具有合适的空腔的两个PEEK间隔板用作这些再生物通道并且与在该洗脱液通道的两侧限定该再生物通道的这些离子交换膜形成该再生物通道。将两个铂电极放置在这些再生物通道中。约0.3g的催化剂树脂被填装到该抑制器的在电极之上的每个再生物通道中。这些PEEK板还用作用于夹持该装置的外部板。该洗脱液通道填充有一种阳离子筛网密封垫，其中该密封垫限定了该洗脱液的流体路径。这两个铂电极被连接至铂丝并且然后被指定路线至合适的导线以与一个电源相连接。一个DC电源用于供应这项工作所需要的电流。
该抑制器的洗脱液通道从上面的入口被连接至一个2mm IonPac AS15柱出口并且该抑制器洗脱液通道的出口被连接至一个电导池。来自该电导池的流出物经由首先连接到该阳极再生物区室入口的一条管线被指定路线返回并且这个区室的出口被指定路线至该阴极再生物区室入口。该阴极再生物区室出口被指定路线至来自赛默飞世尔科技的一个ERC 10控制器并且然后被指定路线至废物。该ERC 10控制器具有一个气泡传感器，该气泡传感器用于监测该抑制器废物中的任何残余气泡。38mM KOH用作流速0.3ml/min的洗脱液，并且根据本发明的抑制器用50mA的恒电流进行操作。使用一个5μL注射环路注入由五种阴离子即氟离子(2mg/L)、氯离子(3mg/L)、硝酸根(10mg/L)、磷酸根(15mg/L)和硫酸根(15mg/L)组成的一个样品。
分析包含五种阴离子的样品，并且检测到五个峰即氟离子(峰1，2mg/L)、氯离子(峰2，3mg/L)、硝酸根(峰4，10mg/L)、磷酸根(峰5，15mg/L)和硫酸根(峰3，15mg/L)，具有良好的信噪比，如图6中所示。在再生物通道中未检测到气体，因为这些电解气体在阴极室中被催化再结合形成水。ERC 10控制器未显示出任何气泡，因为该催化剂树脂以一种有效的方式使这些电解气体再结合。
该装置电压是约3.1V，比当在相同条件下操作时显示为4.5V的标准商业抑制器小得多。
实例2：
为了验证催化功能，来自实例1的再生物通道的废物也对于过氧化氢去除进行监测。一个IonPac PA20(4×250mm)用于在30℃下使用一种在0.5ml/min流速下包含100mM NaOH的洗脱液的过氧化物分析并且与一个电化学检测器结合。一个金电极用作一个电极并且检测用AgCl参比电极用一个预加载的四极波形来进行。该注射环路尺寸是10μL。从一个商业ASRS 300产生的一种废物流出物也对于过氧化物含量进行分析用于比较目的，如表1中所示。这些结果表明用本发明的装置去除约68％的过氧化物。应该指出，过氧化物去除水平可以通过增加这些再生物通道中的催化剂树脂的量而增加。
表1
所用的抑制器 峰面积计数
SRS 300(现有技术抑制器) 10.850
本发明的抑制器 3,458
实例3：
类似于图1中所述的2mm装置组装一个4mm抑制器装置，除了洗脱液和通道尺寸被定制用于4mm操作。这些再生物通道在每个通道中填充有约2.4g的催化剂树脂。这个量比用于实例1中的2mm规模的抑制器的相对量高了约一倍。这个装置用一个修改的再生物管道系统来测试。该池出口被指定路线至一个“三通接头”以将该池流出物流分成两个流并且这些单独的流被指定路线至图1的装置的阳极和阴极再生物通道。然后该装置用一个A/C电源在恒电压条件下进行操作。一个IonPac AS154×250mm柱用作分离柱并且使用在1.2ml/min流速下的38mM KOH洗脱液进行操作。本发明的抑制器装置在3.0V的恒电压下进行操作并且产生约120mA的电流。在这些条件下观察到的背景是约<1μS/cm，表明该38mM洗脱液的完全抑制。峰间噪声在0.5nS/cm范围内，表明该抑制器噪声通过本发明的实施例被相当大地降低。这些气泡依旧通过将来自这些再生物通道的流出物组合使用一个ERC 10控制器气泡传感器来监测。该流出物也对于过氧化物去除进行测试。这些结果表明了本发明的装置的优异性能。通过ERC 10控制器依旧未检测到气泡。该过氧化物去除类似于实例2进行监测。观察到接近100％的过氧化氢去除。应该指出在相同条件下测试的但具有114mA的恒电流设置的现有技术的4mm ASRS 300抑制器显示了<1μS/cm的背景(表明完全抑制)，但具有1.5nS/cm的峰间噪声。因此，通过使这些电解气体催化结合，本发明的装置为本申请提供低了2/3的噪声。

Claims (17)

1.一种用于在单一电解装置中同时电解和催化消除气体的电解装置，所述电解装置包括壳体，该壳体包括通过第一带电屏障分开的至少一个第一和第二相邻的流通通道，该第一带电屏障具有可交换离子、能够使具有正或负仅一种电荷的离子通过并且能够阻断主体液体流动；分别与所述第一和第二通道处于电连通的第一和第二电极；以及布置在所述第一通道中、用于使氢气和氧气结合的第一催化剂。
2.如权利要求1所述的电解装置，其中所述壳体进一步包括第三通道，该第三通道与所述第二通道相邻并且通过第二带电屏障与其分开，该第二带电屏障具有可交换离子、能够使具有正或负仅一种电荷的离子通过并且能够阻断主体液体流动，所述第二电极与所述第三通道处于电连通。
3.如权利要求2所述的电解装置，进一步包括布置在所述第三通道中、用于使氢气和氧气结合的第二催化剂。
4.如权利要求1所述的电解装置，其中所述第一催化剂包括在所述第一通道中的流通基质的外部上的催化剂层。
5.如权利要求3所述的电解装置，进一步包括在所述第一与第三通道之间的导管。
6.如权利要求5所述的电解装置，进一步包括与所述第一和第二电极处于电连通的交流电源。
7.如权利要求1所述的电解装置，其中所述检测系统是抑制型离子色谱系统，其中所述电解装置包括抑制器，所述检测系统进一步包括与所述第二通道处于流体连通的色谱分离器。
8.如权利要求1所述的电解装置，其中所述第一催化剂还用于去除过氧化氢。
9.如权利要求3所述的电解装置，其中所述第二催化剂还用于去除过氧化氢。
10.一种用于在单一电解装置中同时电解和催化消除气体的方法，壳体包括通过第一带电屏障分开的至少一个第一和第二相邻的流通通道，该第一带电屏障具有可交换离子、能够使具有正或负仅一种电荷的离子通过并且能够阻断主体液体流动；分别跨所述第一和第二通道处于电连通的第一和第二电极；以及布置在所述第一通道中的用于使氢气和氧气结合的第一催化剂，所述方法包括使第一和第二水性液体流分别流动通过所述第一和第二通道，该第一和第二水性液体流中的至少一个包含具有与所述可交换离子相同的正或负的电荷的离子，同时在所述第一与第二电极之间施加电流以产生氢气和氧气并且在所述第一与第二通道之间运输所述离子中的至少一些，并且使所述产生的氧气和氢气在所述第一通道中的所述水性液体流中通过与所述第一催化剂接触而催化地结合。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述第一水性液体流包括样品流，该样品流包括在洗脱液中的分离的样品分析物离子，该洗脱液包括具有与所述分离的样品离子相反电荷的抗衡离子，所述抗衡离子具有与所述第一带电屏障可交换离子相同的电荷，并且其中所述抗衡离子在所述第二通道中被抑制。
12.如权利要求10所述的方法，其中所述壳体进一步包括第三通道以及第二催化剂，该第三通道与所述第二通道相邻并且通过第二带电屏障与其分开，该第二带电屏障具有可交换离子、能够使具有正或负仅一种电荷的离子通过并且能够阻断主体液体流动，所述第二电极与所述第三通道处于电连通，该第二催化剂被布置在所述第三通道中、用于使氢气和氧气结合，所述方法进一步包括在所述第一与第二电极之间施加交流电。
13.如权利要求10所述的方法，其中所述壳体进一步包括第三通道，该第三通道与所述第二通道相邻并且通过第二带电屏障与其分开，该第二带电屏障具有可交换离子、能够使具有正或负仅一种电荷的离子通过并且能够阻断主体液体流动，所述第二电极与所述第三通道处于电连通，所述方法进一步包括使第一水性流从所述第三通道流动至所述第一通道，并且在所述第一和第三通道中的所述水性流中电解水以在所述第一或第三通道之一中产生氢气并且在所述第一或第三通道的另一个中产生氧气，并且使所述产生的氢气和氧气在所述第一通道中通过与所述催化剂接触催化地结合以产生水。
14.如权利要求10所述的电解装置，其中所述第一催化剂包括在所述第一通道中的流通基质的外部上的涂层。
15.如权利要求10所述的方法，在抑制型离子色谱方法中，进一步包括色谱分离在洗脱液流中的样品分析物并且使所述洗脱液流中的所述分离的样品流动至用于抑制所述洗脱液流的所述第二通道。
16.如权利要求10所述的方法，进一步包括通过与所述第一催化剂接触催化地去除所述第一通道中的所述水性液体流中的过氧化氢。
17.如权利要求12所述的方法，进一步包括通过与所述第二催化剂接触催化地去除所述第一通道中的所述水性液体流中的过氧化氢。
CN201410720113.9A 2013-12-05 2014-12-02 无气体的电解装置和方法 Active CN104698112B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/097,638 US11090606B2 (en) 2013-12-05 2013-12-05 Gas-less electrolytic device and method
US14/097,638 2013-12-05

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104698112A true CN104698112A (zh) 2015-06-10
CN104698112B CN104698112B (zh) 2019-08-30

Family

ID=52133822

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410720113.9A Active CN104698112B (zh) 2013-12-05 2014-12-02 无气体的电解装置和方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11090606B2 (zh)
EP (1) EP2881496B1 (zh)
CN (1) CN104698112B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106574916A (zh) * 2014-08-08 2017-04-19 戴安公司 用于减少抑制器噪声的方法
CN109655573A (zh) * 2017-10-10 2019-04-19 戴安公司 快速启动离子色谱系统和方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6288473B2 (ja) * 2015-10-20 2018-03-07 三菱重工環境・化学エンジニアリング株式会社 水素発生装置
JP2022138429A (ja) * 2021-03-10 2022-09-26 オルガノ株式会社 水処理方法及び装置
US11860143B2 (en) * 2021-12-21 2024-01-02 Dionex Corporation Method and system for self-regulating a suppressor

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0066676B1 (de) * 1981-06-06 1985-03-06 VARTA Batterie Aktiengesellschaft Hydrophober Katalysator für Rekombinatoren
US6562628B1 (en) * 2000-07-07 2003-05-13 Dionex Corporation Electrolytic suppressor and separate eluent generator combination
CN1809407A (zh) * 2003-04-23 2006-07-26 全技术联合公司 用于产生高纯洗脱液的方法和装置
CN101128732A (zh) * 2005-02-23 2008-02-20 迪奥尼克斯公司 具有催化脱气的离子色谱系统
CN101268363A (zh) * 2005-09-16 2008-09-17 迪奥尼克斯公司 消除器再生剂的循环
US20090188798A1 (en) * 2008-01-28 2009-07-30 Riviello John M Electrolytic eluent recycle device, apparatus and method of use
WO2009105387A1 (en) * 2008-02-22 2009-08-27 Dionex Corporation Ion chromatography systems with flow-delay eluent recycle

Family Cites Families (51)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3230046A (en) 1962-10-29 1966-01-18 Beroza Morton Apparatus and method for ultramicro determination of the carbon skeleton and other structural features of organic compounds
GB1272619A (en) * 1969-05-15 1972-05-03 Engelhard Ind Ltd Electrolytic method of, and apparatus for, producing oxygen-free aqueous liquid
JPS5256835Y2 (zh) 1974-02-04 1977-12-22
US4072596A (en) * 1975-04-30 1978-02-07 Westinghouse Electric Corporation Apparatus for removal of contaminants from water
US4430177A (en) 1979-12-11 1984-02-07 The Dow Chemical Company Electrolytic process using oxygen-depolarized cathodes
JPS6039436B2 (ja) 1982-04-02 1985-09-05 興和化学工業株式会社 給水の脱酸素方法及びその装置
US4539086A (en) * 1983-08-31 1985-09-03 Japan Storage Battery Company Limited Oxygen concentration controlling method and system
GB2149391B (en) 1983-11-10 1987-10-07 Westinghouse Electric Corp Method for removing dissolved oxygen from aqueous media
US4956071A (en) 1984-07-09 1990-09-11 Millipore Corporation Electrodeionization apparatus and module
US4690741A (en) * 1984-10-12 1987-09-01 Cape Cod Research, Inc. Electrolytic reactor and method for treating fluids
JPH01234585A (ja) 1988-03-11 1989-09-19 Choichi Furuya ガス拡散電極を用いる電解方法及び装置
JPH0354457A (ja) 1989-07-21 1991-03-08 Shimamura Keiki Seisakusho:Kk 分取液体クロマトグラフィーにおける廃液の再利用方法及びその装置
US5045204A (en) 1990-02-13 1991-09-03 Dionex Corporation Method and apparatus for generating a high purity chromatography eluent
US5248426A (en) 1992-02-10 1993-09-28 Dionex Corporation Ion chromatography system using electrochemical suppression and detector effluent recycle
CA2087481C (en) 1992-02-10 2001-09-04 John R. Stillian Ion chromatography system using electrochemical suppression and detector effluent recycle
US5518622A (en) 1992-02-10 1996-05-21 Dionex Corporation Electrochemical pretreatment system for liquid sample analysis
GB9204409D0 (en) 1992-02-29 1992-04-15 Ciba Geigy Ag Determination method
US5419816A (en) * 1993-10-27 1995-05-30 Halox Technologies Corporation Electrolytic process and apparatus for the controlled oxidation of inorganic and organic species in aqueous solutions
JPH08126886A (ja) 1994-10-28 1996-05-21 Japan Organo Co Ltd 超純水の製造方法及び装置
EP1099479B1 (en) 1995-03-03 2003-09-10 Alltech Associates, Inc. A method of chromatographically detecting sample ions by regenerating a stationary phase
US5633171A (en) 1995-03-03 1997-05-27 Dionex Corporation Intermittent electrolytic packed bed suppressor regeneration for ion chromatography
DE19624095C1 (de) 1996-06-17 1997-09-04 Mdp Medical Device Polymers Gm Vorrichtung zur katalytischen Zersetzung von Wasserstoffperoxyd
US6036921A (en) 1997-01-15 2000-03-14 Dionex Corporation Acid or base generator with chromatograph
US6027643A (en) 1997-09-04 2000-02-22 Dionex Corporation Ion chromatographic method and apparatus using a combined suppressor and eluent generator
US6225129B1 (en) 1998-02-02 2001-05-01 Dionex Corporation Large capacity acid or base generation apparatus and method of use
US6610546B1 (en) 1998-02-26 2003-08-26 Dionex Corporation Continuous electrolytically regenerated packed suppressor for ion chromatography
US6200477B1 (en) 1998-05-06 2001-03-13 Alltech Associates, Inc. Continuously regenerated and integrated suppressor and detector for suppressed ion chromatography and method
US6077434A (en) * 1999-01-15 2000-06-20 Dionex Corporation Current-efficient suppressors and method of use
IL139475A0 (en) 2000-11-05 2001-11-25 Amirav Aviv Method and sytem for gas chromatography
US6752927B2 (en) 2001-03-01 2004-06-22 Dionex Corporation Suppressed chromatography and salt conversion system
US7390386B2 (en) 2002-01-10 2008-06-24 Dionez Corporation Aqueous stream purifier and method of use
US6808608B2 (en) 2002-03-13 2004-10-26 Dionex Corporation Water purifier and method
US7785728B2 (en) 2002-04-04 2010-08-31 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Palladium-based electrocatalysts and fuel cells employing such electrocatalysts
US6749749B2 (en) 2002-06-26 2004-06-15 Isco, Inc. Separation system, components of a separation system and methods of making and using them
US7402283B2 (en) 2002-09-11 2008-07-22 Dionex Corporation Electrolytic eluent generator and method of use
US7083708B2 (en) 2003-07-31 2006-08-01 The Regents Of The University Of California Oxygen-consuming chlor alkali cell configured to minimize peroxide formation
US20050100477A1 (en) 2003-11-06 2005-05-12 Alltech Associates, Inc. Apparatus and method for removing gas prior to sample detection and/or analysis
US7563351B2 (en) * 2003-11-13 2009-07-21 Siemens Water Technologies Holding Corp. Water treatment system and method
JP2005224660A (ja) 2004-02-10 2005-08-25 Nippon Shokubai Co Ltd アクロレインの接触気相酸化反応用触媒、及び該触媒を用いた接触気相酸化方法によるアクリル酸の製造方法
US6972337B1 (en) 2004-08-12 2005-12-06 Lyondell Chemical Technology, L.P. Epoxidation catalyst
US20060131179A1 (en) 2004-12-22 2006-06-22 Cavalca Charles A Method for low temperature, high activity and selectivity catalytic conversion using electrochemical (NEMCA) cells
JP5000121B2 (ja) 2005-10-31 2012-08-15 ペルメレック電極株式会社 酸素還元ガス拡散陰極及び食塩電解方法
JP4323535B2 (ja) * 2007-04-26 2009-09-02 クロリンエンジニアズ株式会社 水電解装置
US8293099B2 (en) 2008-02-28 2012-10-23 Dionex Corporation Ion detector and system
JP5256835B2 (ja) 2008-04-21 2013-08-07 株式会社デンソー 回転電機の固定子及び回転電機
US8133373B2 (en) 2008-08-15 2012-03-13 Dionex Corporation Electrochemically driven pump
US7993511B2 (en) 2009-07-15 2011-08-09 Calera Corporation Electrochemical production of an alkaline solution using CO2
WO2011066293A1 (en) 2009-11-30 2011-06-03 Calera Corporation Alkaline production using a gas diffusion anode with a hydrostatic pressure
WO2013018843A1 (en) 2011-07-29 2013-02-07 Shinshu University Oxygen gas diffusion electrode and method of making the same
DE102012204040A1 (de) 2012-03-15 2013-09-19 Bayer Materialscience Aktiengesellschaft Verfahren zur Elektrolyse von Alkalichloriden mit Sauerstoffverzehrelektroden
US10391456B2 (en) * 2015-02-06 2019-08-27 Gas Technology Institute Electrolyte chemistry and improved stack performance in high brine concentration electrodialysis

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0066676B1 (de) * 1981-06-06 1985-03-06 VARTA Batterie Aktiengesellschaft Hydrophober Katalysator für Rekombinatoren
US6562628B1 (en) * 2000-07-07 2003-05-13 Dionex Corporation Electrolytic suppressor and separate eluent generator combination
CN1809407A (zh) * 2003-04-23 2006-07-26 全技术联合公司 用于产生高纯洗脱液的方法和装置
CN101128732A (zh) * 2005-02-23 2008-02-20 迪奥尼克斯公司 具有催化脱气的离子色谱系统
CN101268363A (zh) * 2005-09-16 2008-09-17 迪奥尼克斯公司 消除器再生剂的循环
US20090188798A1 (en) * 2008-01-28 2009-07-30 Riviello John M Electrolytic eluent recycle device, apparatus and method of use
WO2009105387A1 (en) * 2008-02-22 2009-08-27 Dionex Corporation Ion chromatography systems with flow-delay eluent recycle

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106574916A (zh) * 2014-08-08 2017-04-19 戴安公司 用于减少抑制器噪声的方法
CN106574916B (zh) * 2014-08-08 2018-12-14 戴安公司 用于减少抑制器噪声的方法
CN109655573A (zh) * 2017-10-10 2019-04-19 戴安公司 快速启动离子色谱系统和方法
US11105782B2 (en) 2017-10-10 2021-08-31 Dionex Corporation Fast startup ion chromatography system and methods
CN109655573B (zh) * 2017-10-10 2021-12-17 戴安公司 快速启动离子色谱系统和方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2881496A1 (en) 2015-06-10
US20150157976A1 (en) 2015-06-11
EP2881496B1 (en) 2020-08-19
CN104698112B (zh) 2019-08-30
US11090606B2 (en) 2021-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104698112A (zh) 无气体的电解装置和方法
KR101433776B1 (ko) 서프레서 재생제의 재순환
US7892848B2 (en) Method of ion chromatography wherein a specialized electrodeionization apparatus is used
US8529758B2 (en) CO2-removal device and method
US6808608B2 (en) Water purifier and method
KR20110081148A (ko) 전기화학적 구동 펌프
JP5081293B2 (ja) ガス−アシスト抑圧クロマトグラフィー法および装置
KR101907600B1 (ko) 이온 크로마토그래피를 위한 이온교환식 휘발성 성분 제거 장치
US7288176B2 (en) Method and apparatus for generating high purity eluant
JP4968812B2 (ja) 高純度電解質溶液生成装置
JP6879966B2 (ja) イオンクロマトグラフィのための電解試薬濃縮器
JP2018146583A5 (zh)
JP5019663B2 (ja) 不純物イオン除去装置
RU2229325C1 (ru) Электродиализный генератор элюента для ионной хроматографии
Sukamto et al. Electrochemical Ion Exchange
JPH04346804A (ja) 電気泳動装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant