CS208431B1

CS208431B1 - Mikroporézní elektroda pro elektromigrační procesy s odstraňováním plyn· ných produktů elektrolýzy a způsob její výroby

Info

Publication number: CS208431B1
Application number: CS815979A
Authority: CS
Inventors: Jaroslav Beran; Zdenek Prusik; Jiri Stepanek; Vaclav Kasicka; Jan Simonides
Original assignee: Jaroslav Beran; Zdenek Prusik; Jiri Stepanek; Vaclav Kasicka; Jan Simonides
Priority date: 1979-11-27
Filing date: 1979-11-27
Publication date: 1981-09-15

Abstract

Vynález se týká mikroporézní elektrody shydrofobní vrstvou pro elektromigračníprocesy s odstraněním plynných produktů elektrolýzy a způsobu její přípravy. Podstatou vynálezu je mikroporézní elektroda s hydrofobní vrstvou pro elektromigrační procesy s odstraňováním plynných produktů elektrolýzy s nejméně jednou hydrofilní vrstvou, elektricky vodivou vytvořenou z práškových kovů vybraných ze skupiny platinových kovů, stříbra, niklu, jejich slitin a směsí anebo práškového grafitu. Podstatou vynálezu je dále způsob přípravy mikroporézní elektrody, spočívající v tom, že se hydrofilní a hydrofobní vrstva na sebe v surovém stavu naválí, načež se vyžíhajípřiteplotě 310 až 340 °C, vyluhují v rozpouštědle a vysuší. Mikroporézní elektroda j podle vynálezu je určena pro přívod proudu do i elektromigračních zařízení.

Description

Vynález se týká mikroporézní elektrody pro elektromigrační procesy s odstraňováním plynných produktů elektrolýzy, složené z porézní hydrofobní a nejméně jedné porézní hydrofilní elektricky vodivé vrstvy a způsobu její výroby.

Dosud známá zařízení na provádění elektroforézy v elektrolytech obecného složení používají kompaktní kovové nebo grafitové elektrody.

U těchto elektrod dochází při vyšším napětí než je vylučovací napětí ionizovaných složek elektrolytu k vylučování těchto složek na povrchu elektrod, odkud se pak dostávají do elektrolytu. Složky, vyloučené . ve formě plynových bublin jednak zmenšují aktivní plochu elektrody přenášející elektrický proud, jednak se uvolňují do elektrolytu, kde způsobují nehomogenity elektrického pole · a snížení efektivní vodivosti elektrolytu. Tyto | efekty se výrazně projevují u vertikálně orientovaných elektromigračních komor a u elektromigračních komor pracujících v podmínkách beztíže.

K odstranění bublin plynů se užívá buď cirkulace elektrolytu v uspořádání umožňujícím gravitační únik bublin do otevřeného prostoru nebo při použití v beztížném stavu nuceného průchodu elektrolytu obsahujícího bubliny přes hydrofobní jednovrstvé membrány. Nevýhodou těchto zařízení je nutnost odstraňovat příměsi plynů z elektrolytů v přídavném zařízení, případně v uspořádání j s vynucenou orientací vůči gravitačnímu poli a sou- | časně zde vzniká riziko gravitačního úniku zbylých bublin do elektromigrační komory.

Mikroporézní elektroda podle vynálezu zamezuje úniku elektrolytu ze zařízení a současně se ! vylučuje jakákoliv možnost vnikání plynu do elek- ] trolytu. Hydrofilní vrstva s hydrofilními a hydro- i fobními pózy umožňuje styk elektrolytu s kovový- ! mi částicemi, rozvádějícími elektrický proud do elektrolytu, kde působí deionizaci iontů generovaného plynu a odvádí molekuly do hydrofobní ! vrstvy. Hydrofobní vrstva zajišťuje výstup z elek- ! trodového prostoru, zabraňuje úniku elektrolytu | a elektricky izoluje vůči okolí elektrody. |

Tyto nevýhody jsou odstraněny mikroporézní i elektrodou pro elektromigrační procesy s odstraňováním produktů elektrolýzy podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že mikroporézní elektroda je tvořena porézní hydrofobní vrstvou a nejméně jednou porézní hydrofilní vrstvou elektricky vodivou, vyrobenou z práškových kovů vybraných ze skupiny platinových kovů nebo niklu, stříbra, grafitu či jejich kombinací.

Mikroporézní elektroda se připravuje způsobem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se i 10 % až 50 % hmotnostních polytetrafluoretylenu i ve vodní suspenzi s částicemi 10^-7 až 10^-5 m roz- ; ptýlí do etanolové suspenze 90 % až 50 % hmot- í nostních práškových kovů vybraných ze skupiny platinových kovů, niklu, stříbra, grafitu nebo jejich směsí, načež se tato suspenze převede do nepolárního organického rozpouštědla například benzinu, benzenu a jeho homologů s metylovým, etylovým : nebo propylovým radikálem například toluenů, i ί xylenu nebo do jejich směsí v poměru 1 % až ; 100 %, vzniklá kaše se vyválí nebo vytlačí na plát, í získá se tak hydrofilní vrstva elektrody, která se , vysuší a naválí na shodným způsobem vyrobený i plát hydrofobní vrstvy elektrody ze směsi 10 % až 50 % hmotnostních polytetrafluoretylenu ve vodní suspenzi s částicemi 10“⁷ až 10^-5 m a 90 % až 50 % • hmotnostních plnídla, vybraného z anorganických • nebo organických ve vodě rozpustných solí alkalic¹ kých kovů nebo vápníku například chloridů, síraí nů, fosforečnanů, octanů, šfavelanů nebo práškových kovů, například železa, niklu, mědi, zinku, : hliníku, hořčíku a jejich směsí v poměru 1 % až i 100 % v etanolové suspenzi, převedení kašovité i směsi do nepolárního rozpouštědla například benI zinu, toluenu, xylenu, jejího vyválení a vysušení.

Surová elektroda sestavená z obou vysušených na sebe naválených plátů hydrofilní a hydrofobní vrstvy se vyžíhá pri teplotě 327 °C až 360 °C a odstraní se plnidla z hydrofobní části elektrody I a sice u kovů rozpouštěním ve zředěné kyselině I chlorovodíkové, sírové, dusičné o koncentraci 1 % ! až 30 % nebo v hydroxydech alkalických kovů se ί stejnou koncentrací (byl-li plnidlem hliník nebo i I hořčík), ve vodě rozpustné sole a zbytky kyselin ! nebo hydroxydů se opakovaným vyvářením nebo í č vymáčením elektrody ve vodě sníží na koncentraci j maximálně 10^-8 kg na 1 kg výluhu a elektroda se ' í vysuší při teplotě maximálně do 250 °C. ;

Na přiloženém výkrese je znázorněno konkrétní ·, i provedení mikroporézní elektrody podle vynálezu, j ! složené ze tří vrstev. Mikroporézní elektroda je í i tvořena dvěma hydrofilními vrstvami 1 a 2 a jed- : nou vrstvou hydrofobní 3, které jsou navzájem spojeny chemicky inertní a elektricky nevodivou i složkou, v tomto případě polytetrafluoretylenem, i umožňující průchod plynu ve směru od hydrofilní ) vrstvy k vrstvě hydrofobní a dále do okolního prostředí s tlakem p_v Nekovová hydrofobní vrstva 3 zamezuje úniku elektrolytu s tlakem p₂ ze zařízení, přičemž k úplnému odstranění plynu je zapotřebí minimální přetlak elektrolytu vůči okolnímu prostředí. Hydrofilní vrstva zdokonaluje tuto ' elektrodu tím, že zcela vylučuje jakoukoliv mož- nost úniku plynu do elektrolytu.

Výše popsaný vynález je dále dokumentován na i příkladech provedení, aniž by se tím jakkoliv i omezoval.

Přikladl , Příprava hydrofilní vrstvy % hmotnostních 60 % vodní suspenze polyí tetrafluoretylenu s rozměrem částic 10^-7 až 10^-5 ! m. se rozptýlilo v 60 % hmotnostních etanolové ! : suspenze platinového prášku, získaného redukcí i hydrazinem z roztoku chlorplatičitanu sodného, ; | načež se tato suspenze převedla do toluenu a vznik! lá kaše se vyválela na plát, který se vysušil pri j teplotě 95 °C. i

Příprava hydrofobní vrstvy % hmotnostních polytetrafluoretylenu o veli- >

kosti částic jako pri přípravě hydrofilní vrstvy se [ smíchá s 50 % hmotnostními etanolové suspenze chloridu sodného, načež se tato suspenze převede do technického benzinu a z této kaše se vyválí plát o tloušťce 0,2 mm a vysuší.

Výroba elektrody

Takto získané vrstvy se za sucha na sebe nalisují a vyžíhají se při teplotě 330 °C a plnidlo (chlorid sodný) se vyluhuje ve vařící vodě 5 x po 20 minutách. Takto připravená a vysušená elektroda byla použita pro přívod proudu do elektromigračního zařízení. >

Příklad 2

Příprava hydrofilní vrstvy % hmotnostních polytetrafluoretylenu s čás- i ticemi jako v příkladě 1 bylo smícháno v etanolové ; suspenzi s 50 % hmotnostními práškového stříbra a vzniklá suspenze byla převedena do xylenu.

Z kaše byl vyválen plát o tloušťce 0,15 mm, který byl vysušen při teplotě 100 °C.

Příprava hydrofobní vrstvy | % hmotnostních polytetrafluoretylenu ve vo- i dní suspenzi bylo smíčháno s 80 % hmotnostními ; etanolové suspenze hliníkového prášku o rozměru částic 10⁷ až 10^-5 m a vzniklá suspenze byla | převedena do xylenu. Z kaše byl vylisován plát, i který byl vysušen při teplotě 100 °C. I

Výroba elektrody !

Takto získané pláty byly spolu slisovány za sucha í a vyžíhány při teplotě 340 °C. Získaný meziprodukt byl toužen v 30 % roztoku· hydroxydu sodného a po pětinásobném promytí horkou vodou vysušen a použit jako elektroda pro přívod proudu pro elektroforézu.

Příklad 3

Příprava hydrofilní vrstvy y

Hydrofilní vrstva byla připravena stejně jako u příkladu 1 avšak s tím rozdílem, že bylo použito 40 % hmotnostních polytetrafluoretylenu a směsi 30 % hmotnostních práškového grafitu s 30 % hmotnostními práškového niklu.

Příprava hydrofobní vrstvy

Byl použit stejný způsob jako u příkladu 1.

Výroba elektrody

Po slisování obou vrstev a jejich tepelném zpracování při 350 °C bylo provedeno vyluhování plnidla vařící vodou. Elektroda byla po vysušení připravena k použití.

Příklad 4

K přípravě hydrofilní vrstvy bylo použito stejného způsobu jako v příkladu 2 s tím rozdílem, že bylo stříbro nahrazeno grafitem. Pro přípravu hydrofobní vrstvy byl použit postup z příkladu 2, rovněž tepelné zpracování elektrody a vyluhování

Claims

PŘEDMĚT roztokem hydroxydu sodného a vodou bylo shodné.

Příklad 5

Pro přípravu hydrofilní vrstvy byl použit postup z příkladu 3. Pro přípravu hydrofobní vrstvy bylo použito 30 % hmotnostních polytetrafluoretylenu o velikosti částic 10^-7 až 10~⁵ m a jako plnidla 70 % hmotnostních šťavelanu sodného. Pro výrobu elektrody byl zachován postup jako v příkladu

3.

Příkladě

Příprava hydrofilní vrstvy

30 % hmotnostních polytetrafluoretylenu bylo smícháno se 70 % hmotnostními práškové směsi platina iridium o složení 90 % hmotnostních platii ny μ 10 % hmotnostních iridia. Etanolová suspenze směsi byla převedena do benzenu, z kaše vyválen plát o tloušťce 0,2 mm a vysušen.

Příprava hydrofobní vrstvy

20 % hmotnostních polytetrafluoretylenu ve vodpí suspenzi bylo smícháno s 80 % hmotnostními etanolové suspenze práškového niklu a směs byla převedena do xylenu. Z kaše byl vyválen příslušný plát elektrody a vysušen.

Výroba elektrody

Obě vrstvy byly za sucha na sebe naváleny, vyžíhány při teplotě 350 °C a po zchladnutí vyluhovány 15 % (hmotnostních) roztokem kyseliny chlorovodíkové, promyty pětkrát horkou vodou a vysušeny.

Podle uvedených příkladů získané elektrody byly umístěny rovnoběžně v elektromigračním prostoru tak, že hydrofilní vrstvy byly orientovány směrem k sobě navzájem a byly v kontaktu s elektrolytem. Elektrody lze v elektromigračním zařízení umístit např. tak, že jedna z elektrod vytváří dno elektromigračního prostoru a druhá jeho víko, tj. pracuje se ve vertikálním uspořádání gelové preparativní nebo analytické gelové elektroforézy, případně gradientově tenkovrstvé beznosičové elektroforézy nebo izoelektrické frakcionace v gradientu hustoty. Elektrody mohou být umístěny také horizontálně nebo symetricky vůči gravitačnímu poli, tj. v kontinuální průtokové elektroforéze, izotachoforéze, případně izoelektrické fokusaci bez nosiče.

Stejným postupem jako jsou připravovány dvouvrstvé elektrody je možno připravit i elektrody vícevrstvé, u nichž každá z vrstev může mít svou specifickou funkci. Např. třetí vrstva může mít výrazně hydrofilní vlastnosti, takže zcela zabraňuje ; nežádoucímu úniku plynu do prostoru elektrolytu.

VYNÁLEZU i hydrofobní polytetrafluoretylenové vrstvy a nejméně jedné porézní hydrofilní, elektricky vodivé vrstvy vytvořené z práškových kovů vybraných ze

1. Mikroporézní elektroda pro elektromigrační procesy s odstraňováním plynných produktů elektrolýzy, vyznačená tím, že se skládá z porézní skupiny platinových kovů, nebo niklu, stříbra, grafitu nebo jejich kombinací v rozmezí 1 % až 100 % hmotnostních, vázaných polytetrafluoretylenem.
2. Způsob výroby mikroporézní elektrody podle bodu 1 vyznačený tím, že 10 % až 50 % hmotnostních polytetrafluoretylenu ve vodní suspenzi s částicemi velikosti 10^-7 až 10~⁵ m rozptýlenými v etanolové suspenzi 90 % až 50 % hmotnostních práškových kovů například platiny, niklu, stříbra, se převede do nepolárního organického rozpouštědla vybraného ze skupiny parafínických kapalných uhlovodíků například benzinů nebo benzenu a jeho hómologů s methylovým, ethylovým nebo propylovým radikálem například toluen, xyleny, nebo jejich směsi v poměru z rozmezí *1 % až 100 %, vzniklá kaše se vyválí nebo vytlače na plát takto vyrobené hydrofilní vrstvy elektrody, vysuší a naválí se na shodným způsobem vyrobený plát hydrofobní vrstvy elektrody ze směsi 10 %jaž 50 % hmotnostních polytetrafluoretylenu ve vodní suspenzi s částicemi 10^-7 až 10^-5 m a z 90 % až

50 % hmotnostních plnidla, vybraného z anorganických nebo organických ve vodě rozpustných solí alkalických kovů nebo vápníku, například chloridů, síranů, fosforečnanů, octanů, šťavelanů nebo práškových kovů například železa, niklu, mědi, zinku, hořčíku, hliníku a jejich smísí v poměru 1 % až 100 % v etanolové suspenzi po převedení směsi do nepolárního organického rozpouštědla například benzinu, benzenu, toluenu, xylenů, jejího vyválení a vysušení.
3. Způsob výroby podle 1 a 2 vyznačený tím, že se surová elektroda vyžíhá při teplotě 327 °C až 360 °C a odstraní se plnidla z hydrofobní části elektrody a sice u kovů rozpouštěním ve zředěné kyselirtě sírové, chlorovodíkové či dusičné o koncentraci v rozmezí 1 % až 30 %, nebo v hydroxydech alkalických kovů se stejnou koncentrací, ve vodě rozpustné sole a zbytky kyselin nebo hydroxydů se opakovaným vyvářením nebo vymáčením elektrody ve vodě sníží na koncentraci maximálně 10^-8 na 1 kg výluhu a elektroda se vysuší při teplotě maximálně 250 °C.