CZ248392A3

CZ248392A3 - Method of achieving change in concentration of ions in an electrolyte by induced electric current

Info

Publication number: CZ248392A3
Application number: CS922483A
Authority: CZ
Inventors: Josef Ing Tichota
Original assignee: Josef Ing Tichota
Priority date: 1992-08-11
Filing date: 1992-08-11
Publication date: 1994-03-16

Abstract

Řešením je způsob dosažení změny koncentrace iontů v elektrolytu založený na kombinaci účinků stejnosměrného elektrického pole vyvolaného indukcí přímo v elektrolytu a usměrněného řízeního pohybu elektrolytu , bez kombinace, nebo v kombinaci se selektivně iontopropustnými membránami, přičemž dojde k současnému zvýšení koncentrace iontů v jedné části elektrolytu a snížení koncentrace iontů v části druhé. Elektrické pole je vyvoláno elektromagnetickou indukcí v elektrolytu umístěném v nevodivém potrubí tvořícím sekundární vinutí transformátoru nebo indukční cívky, jehož konce jsou buď průtočně propojeny s potrubím přivádějícím a odvádějícím elektrolyt, přičemž část přiváděného elektrolytu protéká oběma připojenými konci vinutí směrem do vinutí, opatřeného uprostřed výtokovou trubkou s redukcí odtoku, nebo jsou průtočně propojeny s nádobou elektrodialyzéru kolmo na plochu selektivně iontopropustných membrán.The solution is to achieve a change in ion concentration in electrolyte based on a combination of DC effects the electric field induced by induction directly in the electrolyte a directed electrolyte movement control, without combination or in combination with selectively ion-permeable membranes, while increasing concentration ions in one part of the electrolyte and decrease the ion concentration in part of the other. The electric field is electromagnetic induction in an electrolyte located in a non-conductive pipe forming the transformer secondary winding or inductive a coil whose ends are either flow-connected to the pipe supplying and discharging the electrolyte, the portion being fed The electrolyte flows through both connected ends of the winding towards the winding provided with a spout in the middle with a drain reduction pipe, or are interconnected with electrodialyser container selectively perpendicular to the surface ion-permeable membranes.

Description

Způsob dosažení změny koncentrace iontů v elektrolytu indukovaným elektrickým proudemA method of achieving a change in the concentration of ions in an electrolyte by induced electric current

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká využití elektrického proudu indukovaného v elektrolytu ke snižování a zvyšování koncentrace iontů v elektrolytu.The invention relates to the use of an electrolyte-induced electric current to decrease and increase the concentration of ions in an electrolyte.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Změna koncentrace iontů v elektrolytu je podstatou např. čištění odpadních vod z galvanického pokovování nebo odsolování mořské a brakické vody za účelem přípravy pitné vody.Changing the concentration of ions in the electrolyte is the essence of, for example, the treatment of waste water from electroplating or desalination of sea and brackish water for the preparation of drinking water.

K dosažení změny koncentrace iontů v elektrolytu elektrickým stejnosměrným proudem se dosud používají dvě metody elektrolýza a elektrodialýza. Jejich společným znakem je přenos stejnosměrného napětí a proudu do elektrolytu pevnými elektrodami. Při elektrolýze se dosahuje snížení koncentrace iontů v elektrolytu jejich vyulučováním na elektrodách. Při elektrodialýze je využíváno schopnosti iontoměničových membrán, vkládaných do nádoby s elektrolytem (elektrodialyzéru) mezi elektrody, propouštět ionty určitého nábojového druhu bučí anionty nebo kationty.So far, two methods of electrolysis and electrodialysis have been used to achieve a change in the concentration of ions in an electrolyte by direct current. Their common feature is the transfer of DC voltage and current to the electrolyte by fixed electrodes. In electrolysis, the concentration of ions in the electrolyte is reduced by their elimination on the electrodes. Electrodialysis utilizes the ability of ion exchange membranes inserted into an electrolyte vessel (electrodialyser) between electrodes to pass ions of a certain charge type either by anions or cations.

Membrány jsou umístovány do nádoby elektrodialyzéru vždy střídavě kation - a anionpropustné. Jakmile je nádoba naplněna elektrolytem a na elektrody je vloženo stejnosměrné napětí, jsou ionty elektrolytu přitahovány k opačně nabitým elektrodám, přičemž prochází membránou pro ně propustnou a membránou nepropustnou jsou zadrženy. Výsledkem je střídavé snížení a zvýšení koncentrace iontů v jednotlivých sousedních oddílech mezi membránami. Rozdíl těchto koncentrací je daný rovnováhou sil koncentračního gradientu a elektrického napětí mezi elektrodami. Účinnost zařízení je tím větší, čím většího rozdílu koncentrací elektrolytu se mezi jednotlivými sousedícími oddíly elektrodialyzéru dosáhne, a tedy přímo úměrná napětí vloženému na elektrody. Výkon zařízení roste s rychlostí iontů, putujících k jednotlivým elektrodám, a ta je opět přímo závislá na velikosti vloženého napětí. Na tyto elektrody je ale možné vložit pouze takové napětí, které ještě nezpůsobuje bouřlivý vývin vodíku na katodě a kyslíku, případně jiného plynu na anodě.The membranes are always placed in the electrodialyser vessel alternately with cation - and anion-permeable. Once the vessel is filled with electrolyte and a direct voltage is applied to the electrodes, the electrolyte ions are attracted to the oppositely charged electrodes, passing through the membrane permeable therethrough and retained by the membrane impermeable. The result is an alternate decrease and increase of the ion concentration in each adjacent compartment between the membranes. The difference in these concentrations is given by the balance of the concentration gradient forces and the electrical voltage between the electrodes. The greater the efficiency of the device, the greater the difference in electrolyte concentration between the adjacent electrodialyser compartments, and thus is proportional to the voltage applied to the electrodes. The power of the device increases with the velocity of the ions traveling to the individual electrodes, which again depends directly on the magnitude of the applied voltage. However, only these voltages can be applied to these electrodes which do not yet cause a violent evolution of hydrogen at the cathode and oxygen, or other gas at the anode.

Stejná závislost účinnosti a výkonu na napětí, vložených na elektrody a nutnost udržování napětí pod hodnotou rozkladného napětí vody, platí pro elektrolýzu.The same dependence of efficiency and power on the voltage applied to the electrodes and the need to keep the voltage below the breakdown voltage of water applies to electrolysis.

Z těchto důvodů jsou účinnost a výkon elektrolýzy a elektrodialýzy poměrně malé, což limituje jejich využití v praxi.For these reasons, the efficiency and performance of electrolysis and electrodialysis are relatively small, which limits their use in practice.

(Odborná literatura:(Professional literature:

1) Jiří Koryta: Ionty, elektrody, membrány1) Jiří Koryta: Ions, electrodes, membranes

2) Heindrich Remy: Anorganická chemie2) Heindrich Remy: Inorganic chemistry

3) V. Petržilka - St. Šafrata: Elektřina a magnetismus )3) V. Petrzilka - St. Shafrata: Electricity and Magnetism)

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Výše uvedené nedostatky značně snižuje navržený způsob, který k dosažení změny koncentrace iontů v elektrolytu využívá vnosu napětí, vyvolaného v elektrolytu elektromagnetickou indukcí, a tedy bez použití elektrod. Tento způsob lze využít přímo nebo s využitím selektivně iontopropustných membrán (elektrodialýzy).The above-mentioned drawbacks considerably reduce the proposed method, which uses the input of voltage induced in the electrolyte by electromagnetic induction and thus without the use of electrodes to achieve a change in ion concentration in the electrolyte. This method can be used directly or using selectively ion-permeable membranes (electrodialysis).

Podstata vynálezu spočívá v působení stejnosměrného elektrického pulsního pole, vyvolaného v elektrolytu elektromagnetickou indukcí. Elektrické pole se vytvoří, když elektrolytem naplníme tenké potrubí z nevodivého materiálu s co nej nižším magnetickým odporem, navinuté jako sekundární vinutí na jádro transformátoru, nebo jako sekundární vinutí indukční cívky. Když do primárního vinutí zavedeme pulsující stejnosměrný proud, dojde působením elektromagnetické indukce v sekundárním vinutí ke vzniku stejnosměrného napětí a v případě spojení obou konců potrubí, tvořícího sekundární vinutí, spojovacím potrubím obsahujícím tentýž elektrolyt, i ke vzniku stejnosměrného proudu v elektrolytu, přičemž elektrický náboj je přenášen ionty. V tomto sekundárním potrubním vinutí tvoři konce vinutí kladný a záporný pól (v závitech vinutí působí na ionty elektrolytu síla, vyvolaná elektromagnetickou indukcí, pudící kationty k jednomu konci vinutí a anionty ke konci druhému). Po propojení obou konců vinutí potrubím s elektrolytem pak ionty putují tímto potrubím od pólu stejného znaménka k pólu znaménka opačného, odtud jsou výše uvedenou silou opět puzeny vinutím k pólu téhož znaménka, a tak neustále cirkulují potrubím (kladné ionty jedním směrem a záporné směrem opačným). Přitom se část elektrické energie promění v teplo, které je třeba odvádět.SUMMARY OF THE INVENTION The invention is based on the action of a direct electric pulse field induced in an electrolyte by electromagnetic induction. An electric field is created when a thin line of non-conductive material with the lowest possible magnetic resistance, wound as a secondary winding on the transformer core, or as a secondary winding of an inductor, is filled with electrolyte. When a pulsed direct current is introduced into the primary winding, a direct voltage is generated by electromagnetic induction in the secondary winding, and if both ends of the secondary winding line are connected with a connecting line containing the same electrolyte, a direct current in the electrolyte is generated ions. In this secondary pipe winding, the winding ends form a positive and a negative pole (in the winding windings, the electrolyte ions are subjected to a force induced by electromagnetic induction, driving cations to one end of the winding and anions to the other end). When both ends of the winding are connected with the electrolyte, the ions travel from the same sign to the opposite sign, from where they are again driven by the above force through the winding to the same sign and thus continuously circulate through the pipeline (positive ions one direction and negative ions opposite) . In doing so, part of the electrical energy is converted into heat to be dissipated.

Jestliže tento okruh vhodně propojíme s potrubím přivádějícím a odvádějícím elektrolyt, nebo s elektrodialyzérem, dosáhneme tak rozdělení elektrolytu na část s nižší a část s vyšší koncentrací iontů než je koncentrace původní.If this circuit is suitably connected to the electrolyte supply and discharge line or electrodialyser, the electrolyte will be divided into a part with a lower and a part with a higher ion concentration than the original one.

Na přiložených výkresech je uspořádání sekundárního vinutí, tvořeného nevodivým potrubím s elektrolytem s potrubím přivádějícím a odvádějícím elektrolyt (obr 1) s elektrodialyzérem (obr. 2).In the accompanying drawings, there is an arrangement of a secondary winding formed of a non-conducting electrolyte conduit with an electrolyte supply and withdrawal conduit (Fig. 1) with an electrodialyser (Fig. 2).

Příklad 1 (obr. 1)Example 1 (Fig. 1)

Oba vývody sekundárního vinutí 1 propojíme kolmo s potrubím, kterým protéká elektrolyt 2 a které má za tímto křížením redukci průtoku 3. Uprostřed vinutí 1 je potrubí opatřeno výpustí 4 s možností redukce nebo uzavírání průtoku 5. Je-li v okruhu indukováno stejnosměrné napětí, proudí z potrubí 2 kationty k zápornému pólu vinutí 1 a anionty k pólu kladnému. Tyto ionty protékají vinutím 1 a na jeho opačných koncích opět vstupují do potrubí 2. To platí tehdy, je-li průtok elektrolytu potrubím 4, a tím i vinutím 1, uzavřen. Je-li průtok potrubím 4 otevřen a průtok potrubím 2 je redukčním zařízením snížen, část elektrolytu z potrubí 2 vtéká oboustranně do vinutí a dále vinutím do potrubí 4. Pokud je současně rychlost elektrolyltu přitékajícího do vinutí nepatrné větší, než rychlost iontů, proudících elektrolytem z vinutí, pak jsou tyto ionty odnášeny proudem elektrolytu zpět do vinutí a v místě připojení okruhu na potrubí 2 jsou působením elektrického pole nahrazeny jinými ionty téhož znaménka z roztoku, protékajícího potrubím 2. Výsledkem je zvýšení koncentrace iontů v elektrolytu proudícím vinutím do potrubí 4 a snížení koncentrace iontů v elektrolytu odtékajícím potrubím 2 z místa křížení potrubí 2 s vývody vinutí 1.Connect the two outlets of the secondary winding 1 perpendicularly to the pipeline through which the electrolyte 2 flows and which has a flow reduction 3 behind this crossing. In the middle of the winding 1 the pipeline is equipped with an outlet 4 with the possibility of reducing or closing the flow 5. from the pipe 2 cations to the negative pole of the winding 1 and anions to the positive pole. These ions flow through the winding 1 and re-enter the conduit 2 at its opposite ends. This is true if the electrolyte flow through the conduit 4 and thus the winding 1 is closed. When the flow through line 4 is opened and the flow through line 2 is reduced by a reducing device, a portion of the electrolyte from line 2 flows into both windings on both sides and then winds into line 4. If simultaneously the electrolyte flowing into the winding is slightly higher than the ion flowing electrolyte then the ions are carried away by the electrolyte current back to the winding and are replaced by other ions of the same sign from the solution flowing through the line 2 at the connection point of the circuit to line 2. concentration of ions in the electrolyte through the outflow line 2 from the crossing point of the line 2 with the winding outlets 1.

Příklad 2 (obr. 2)Example 2 (Fig. 2)

Jestliže oba potrubní konce sekundárního vinutí 1 připojíme k nádobě elektrodialyzéru z elektricky nevodivého materiálu 2 tak, že potrubní konec 3 se záporným potenciálem průtočně propojíme stěnou nádoby v místě katody a potrubní konec s kladným potenciálem stěnou nádoby v místě anody a obě elektrody odstraníme, na principu a způsobu elektrodialýzy se nic nezmění, pouze dojde k náhradě původního zdroje elektrického napětí a proudu - elektrod - novým zdrojem napětí a proudu - sekundárním vinutím transformátoru nebo indukční cívky, které je tvořeno elektricky nevodivým a chemicky odolným potrubím, naplněným elektrolytem. Protože ale při tomto provedení na rozdíl od provedení s elektrodami nemůže dojít k elektrolytickému rozkladu vody (nebot do elektrolytu nevstupuji z vnějšího prostředí elektrony, ani z něj do vnějšího prostředí nevystupují), je možno elektrodialýzu provádět při teoreticky libovolně vysokém napětí. Tak lze mnohonásobně zvýšit účinnost a výkon elektrodialyzéru.If both pipe ends of the secondary winding 1 are connected to the electrodialyser vessel of electrically non-conductive material 2 by connecting the pipe end 3 with negative potential through the vessel wall at the cathode and the pipe end with positive potential through the vessel wall at the anode and remove both electrodes. and the method of electrodialysis does not change, but only replaces the original source of voltage and current - electrodes - by a new source of voltage and current - by secondary winding of the transformer or induction coil, which is formed by electrically nonconductive and chemically resistant pipeline filled with electrolyte. However, since in this embodiment, in contrast to the electrode version, the electrolytic decomposition of water cannot occur (since electrons do not enter or exit the electrolyte from the outside environment), the electrodialysis can be performed at theoretically arbitrarily high voltage. Thus, the efficiency and performance of the electrodialyser can be increased many times.

Claims

A method of obtaining a change in the ion concentration in an electrolyte by an induced electric current, comprising directing an electrolyte-induced DC voltage that fills a secondary winding of a transformer or induction coil formed by a non-conducting tube is transferred directly by the electrolyte contained in the winding to the electrolyte flowing between the two ends of the tube. and the combination of either the applied voltage and the electrolyte flow or the combination of the applied voltage, electrolyte flow and selectively ion permeable membranes will change the ion concentration in the individual electrolyte portions and separate the electrolyte portions from each other.