DE102015006641A1

DE102015006641A1 - Verfahren zur Herstellung einer Anloyt- oder Katholyt-Lösung, sowie ionische Lösungen selbst

Info

Publication number: DE102015006641A1
Application number: DE102015006641.2A
Authority: DE
Inventors: Hans Peter Maas
Original assignee: AGRIV RAIFFEISEN E G; AgriV Raiffeisen eG
Current assignee: AGRIV RAIFFEISEN E G; AgriV Raiffeisen eG
Priority date: 2015-05-22
Filing date: 2015-05-22
Publication date: 2016-11-24

Abstract

Die Erfindung Verfahren zur Herstellung einer Anolyt- oder Katholyt-lösung, sowie Anolyt- oder Katholytlösung selbst, wobei das als Anolyt bezeichnete Anodenwasser und/oder das als Katholyt bezeichnete Kathodenwasser, aus einer Elektrolyse mit in Wasser gelösten Salzen gewonnen wird, sowie ionische Lösungen selbst. Um zu erreichen dass die Anwendungsbereiche in der Landwirtschaft breiter werden, ohne dass das Herstellverfahren für jeden Anwendungsfall aufwändig adaptiert werden muss, ist erfindunsgemäß vorgeschlagen, vor der Elektrolyse verschiedene Salze in das Wasser eingebracht werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Anolyt- oder Katholyt-Lösung, sowie Anolyt- oder Katholyt-Lösung selbst, wobei das als Anolyt bezeichnete Anodenwasser und/oder das als Katholyt bezeichnete Kathodenwasser, aus einer Elektrolyse mit in Wasser gelösten Salzen gewonnen wird, gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 9 ff.
Aus der der EP 2 592 052 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Anolyt, sowie diverse Verwendungen bekannt. Dabei wird die diesbezügliche Diaphragmalyse angewendet, bei welcher ein Anodenraum und ein Kathodenraum einer Elektrolysezelle durch ein Diaphragma voneinander getrennt sind, und dem Wasser einer Alkalichloridlösung zugeführt wird. Weiterhin ist dort beschrieben, dass desweiteren ein Salz eines Übergangsmetalles zugeführt wird. Als Beispiel wird Zinksalz ist. Weiterhin sind Alkalisulfate offenbart.
In Bezug auf die Anwendung in Nähr- oder Düngelösungen, aber auch als Desinfektionslösungen für die Landwirtschaft, sind die darin offenbarten Stoffverbindungen nicht hinreichend.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer ionischen Lösung, sowie eine ionische Lösung derart weiterzuentwickeln, dass die Anwendungsbereiche in der Landwirtschaft breiter werden, ohne dass das Herstellverfahren für jeden Anwendungsfall aufwändig adaptiert werden muss.
In Bezug auf ein Verfahren zur Herstellung einer ionischen Lösung ist die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 8 angegeben.
Diesbezügliche ionische Lösungen sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Kern der verfahrensgemäßen Erfindung ist, dass vor der Elektrolyse verschiedene Salze in das Wasser eingebracht werden. So ergibt sich die Möglichkeit jeweils mehrere verschiedene Anionen und Kationen in dem Anolyt und dem Katholyt vorliegen zu haben.
Dies kann vorteilhaft sein, sowohl bei Düngelösungen einerseits, also auch bei Desinfektionslösungen andererseits.
Weiterhin ist daher vorteilhaft ausgestaltet, dass das Anolyt oder das Katholyt mit Ammonium-Ionen und/oder Phosphat-Ionen vermischt wird. Bislang ist im Zusammenhang mit Anolyt noch nicht daran gedacht worden, diese in Düngelösungen einzusetzen.
Bei Zugabe von Ammonium zu Anolyt bildet sich unter der Voraussetzung, dass die Elektrolyse mit einem Alkalichlorid vorgenommen wurde, sodann Ammoniumchlorid in hoch wässriger Lösung, woraus ein wirksames Desinfektionsmittel entsteht, was aber gleichzeitig bei aktivem Zerfall im Ackerboden wieder das Ammonium freigibt.
Bei der Zugabe von Ammonium und Phosphor oder Phosphaten zum Anolyt entsteht, wenn bspw die zuvorigen Elektrolyse mit Natriumchlorid vorgenommen wurde, Natrium-Ammonium-Hydrogenphosphat. Dies ist ein in Wasser hoch löslicher, und somit hoch wirksamer Dünger.
Allein diese Beispiele zeigen, welche Permutationsmöglichkeiten sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ergeben, wenn Ammonium und/oder Phosphat-Ionen mit entweder in das Anolyt, oder auch in das Katholyt zugemischt wird.
Weiter unten ist eine Matrix angegeben, aus der sich unter Anwendung des erfindunsgemäßen Verfahrens, landwirtschaftlich sinnvolle Produkte ergeben.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist daher vorgesehen, dass zunächst Anolyt mit Ammonium-Ionen und/oder Phosphat-Ionen enthaltenden Füssigkeiten gemischt wird, und hernach Katholyt zugegeben wird.
Alternativ dazu ist es auch möglich und vorteilhaft, dass zunächst Katholyt mit Ammonium-Ionen und/oder Phosphat-Ionen enthaltenden Füssigkeiten gemischt wird, und hernach Anolyt zugegeben wird.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass in der Elektrolyse zur Erzeugung des verwendeten Anolyts und/oder Katholyts als Salze
NaCl, und/oder NaJ, und/oder
KaCl, und/oder KaJ, und/oder
CaCl, und/oder CaJ
gelöst in Wasser eingesetzt wird. Auf diese Weise sind weitere Nährstoffkomponenten zuführbar, die die Nährlösung mit Kalium und Calcium versorgen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass zumindest zwei der genannten Salze in Wasser gemischt werden. Dadurch können in den Anolythen bspw sowohl Chlorverbindungen als auch Jod- oder Bromverbindungen in Mischung entstehen.
Hieraus können auch Nährstoffgemische in Nährlösungen erzeugt werden. Hierfür ist vorteilhaft vorgeschlagen, dass im Fall des Einsatzes mehrerer Salze, diese im Verhältnis der in einer finalen Lösung gewünschten Anteile an Anionen und/oder Kationen, dem Wasser zugeführt werden.
In Bezug auf ein Düngeprodukt muss gewährleistet sein, dass die finale Zumischung von Katholyt in Anolyt oder Anolyt in Katholyt pH-Wert gesteuert ergfolgt, derart, dass die finale Lösung einen pH-Wert von ca 7,0 aufweist.
Weiterhin ist eine ionische Lösung angegeben, wobei die Lösung als Düngezusatz eingesetzt wird.
Weiterhin ist eine ionische Lösung angegeben, wobei mit dieser Lösung eine Kultivierung oder Rekultivierung von Böden, Ackerböden vorgenommen wird.
Weiterhin ist eine ionische Lösung angegeben, wobei die Lösung als Stalldesinfektionsmittel in der Landwirtschaft eingesetzt wird.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher erläutert.
Es zeigt:
1: Diaphragmalyse
2: Stoffströme nach der Elektrolyse
Die Salze bestehend aus eine Erdalkalimetall sowie einem Halogenid können schon bei dem Schritt der Elektrolyse in Wasser mit eingebracht werden. Das dabei entstehende Anolyt enthält dann den sauren Anteil, und das Erdalkalimetall, und das Katholyt die Wasserstoff- und Hydroylionen. Hierzu sind folgende Kombinationen nicht nur denbar sondern auch sinnvoll, für die oben bereits dargestellten Anwendungsfälle.

Natrium Kalium Mangan

Chlor x x x

Brom x x x

Jod x x x
Grundsätzlich sind alle sich ergebenden Kombinationen, als Salze gelöst in Wasser möglich, um die entsprechenden Anolyte und Katholyte entsprechend zu erzeugen, das heisst mit den gewünschten jeweiligen Element.
In Bezug auf die Herstellung eines Düngers ist es auch möglich, Mischungen von Salzen in Wasser zu lösen und anschließend der Elektrolyse zuzuführen, mit dem Ziel, bspw Mischungen aus Natrium und Kalium im Anolyt, teilweise auch im Katholyt zu haben. Es ergibt sich durch die Zugabe mehrerer Salze, im Sinne der oben genannten Matrix, oder darüber hinausgehend, dass die Einbringung verschiedener Salze auf der Anodenseite tendenziell starke bis mäßig starke Desinfektionsmittel entstehen, während auf der Kathodenseite essentielle Spurenelemente für die landwirtschaftliche Düngung aufgeschlossen werden können. Dabei ist es wichtig, zu berücksichtigen, dass nach jeweils gesondertem Abzug des Kathodenwassers (Katholyt) und des Anodenwassers (Anolyt) aus einer Elektrolysecharge, das besagte Anoly und das Katholyt zunächst jeweils getrennten Behandlungsschritten zugeführt werden kann, aber eine finale Zusammenführung von Anoly und Katholyt wieder eine pH-neutrale Flüssigkeit schafft. Ein Beispiel hierfür ist:
Einsatz des Anolyts als Stalldesinfekton. Bspw durch eine Stallausspülung mit Anolyt oder in Wasser verdünntem Anolyt. In diesem Spülvorgang werden einerseits Mikroben und Keime abgetötet. Die sauren bzw säurenden Bestandteile des Anolyts sorgen ausserdem dafür, dass Nährstoffe wie Ammonium und Phosphat löslich, also pflanzengängig freigelegt werden. Durch Auffangen des „Ausspülwassers” wird eine „noch saure” Nährlösung geschaffen. Durch die anschließende Rückführung des Katholyts in das saure Ausspülwasser, werden aufgeschlossene essentielle Spurenelemente zugeführt, und es findet ausserdem eine finale pH-Wert-Normalisierung auf einen pH-Wert von 7,0 statt. Auf diese Weise kann zusätzlich und final noch ein konditioniertes Nährwasser erzeugt werden.
Mit anderen Worten, kann das zuvor durch Zugabe definierter Salze eingestellte Elektrolysewasser so vorkonditioniert werden, dass es zunächst in zwei Stoffströme Anolyt und Katholyt geteilt wird, innerhalb dieser geteilten Stoffströme gesonderten Aufgaben zugführt wird, und dass die besagten Stoffströme hernach wieder zusammengeführt werden, und gemeinsam einer finalen weiteren Verwendung zugeführt werden.
Teilströme von Anolyt können dann noch im veterinärmedizinischen Bereich zum Einsatz kommen.
Insgesamt entsteht mit der Erfindung eine Vielfachheit von Anwendungsmöglichkeiten, die also solche schon vorteilhaft im Einsatz sind. Davon unterscheidet sich die Erfindung aber nunmehr in ihrer Wirkung, dass aus einer Elektrolyt-Charge, oder aus verschiedenen Elektrolyt-Chargen gleicher Salzzugaben und/oder inhaltsstofflichen Zugaben eine Vielfachheit von Anwendungen vorgenommen werden kann, und hernach durch Rückführung des Katholyts eine pH-Neutralisierung für eine weitere Verwendung erfolgt.
Die Abbildung zeigt die Stoffströme in dieser Art.
1 zeigt die Vorbereitung des Elektrolysewassers, und die Elektrolyse selbst.
Nach Mischung von NaCl und einem anderen Salz wird dies einem Elektrolysebad zugeführt, in welchem vorzugsweise ein strom- und kationendurchlässiges poröses Diaphragma als Trennung zwischen Anodenraum und Kathodenraum eingebracht ist. Bei Zugabe von NaCl sammeln sich an der Anode, d. h. im Anodenraum Chlorionen. An der Kathode bildet sich Wasserstoff. Die Lösung im Kathodenraum ist basisch, die im Anodenraum sauer.
Das Anodenwasser, also das Anolyt kann zur Desinfektion sehr gut eingesetzt werden, und bwirkt außerdem eine Freilegung von festgelegtem Phosphor in wasserlöslichen und damit pflanzengängigen Phosphor. Ähnliches lkann aber auch mit dem Kathodenwasser erfolgen, weil dort radikale Wasserstoffatome vorliegen sowie Hydroylionen.
Eine finale Zusammenführung beider Komponenten der Elektrolyse führt wieder zu einem pH-Wert-Ausgleich, und damit wieder zu einer Ackergängigkeit des so erzeugten Nährwassers, in dem auch bspw Natrium-Ammonium-Hydrogenphosphat vorliegen kann. Dieser ist ein hoch wirksamer, pflanzengängiger Dünger.
2 zeigt ein mögliches Beispiel für die Stoffströme bei Anwendung der Erfindung. Im ersten Schritt werden die Salze in Wasser gelöst. Sodann wird eine Elektrolyse oder im Speziellen eine Diaphragmalyse vorgenommen. Sodann werden das Anolyt und das Katholyt gesondert abgezogen. Mit dem sauren Anolyt wird eine Stalldesinfektion durch einfaches Ausspritzen mit in Wasser verdünntem Anolyt vorgenommen. Dabei lösen sich im Spritzwasser Gülle und andere organische Abfälle.
Das daraus entstehende Abwasser ist in hohem Maße mit Ammonium und ggfs Phosphat angereichert. Vor allem aber ist auch die entstehende Lösung noch immer sauer. Dem Katholyt werden parallel weitere Nährstoffe, ggfs aus einer Entsorgungskette zugeführt, wie Spurenelemente. Hernach wird das ablaufende saure Anolyt-Wasser aus der Stalldesinfektion mit dem weiterhin nährstoffgeladenen basischen Katolyth wieder zusammengeführt, zwecks pH-Wert-Neutralisierung. So entsteht bspw eine Nährlösung, die pH-neutral ist.
Dies ist ein Beispiel dafür, dass nach der elektrolytischen Dissoziation von „Salzwasser” zunächst Anolyt und Katholyt getrennte Anwendungen durchlaufen können, aber hinterher wieder zusammengeführt werden, um ein weiteres Produkt zu bilden.
Die Mischung von Salzen wie Natriumchlorid und Natrium- oder Kaliumjodid führt zu einer entsprechenden Anwendung und Wirkung sowohl im Desinfektionsbereich, als auch im Ernährungsbereich bei Tierfutter etc.
So können Nährlösungen für Futterpflanzen entsprechend designt werden.
Bezugszeichenliste

1: Salze
2: Mischer
3: Elektrolyse
4: Anode
4': Anodenraum
5: Kathode
5': Kathodenraum
6: Diaphragma
7: Saure Stalldesinfektion
8: Nährstoffzugabe, d. h. Spurenelementzugabe
9: pH-neutrales Nährwasser

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2592052 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Anolyt- oder Katholyt-Lösung, sowie Anolyt- oder Katholyt-Lösung selbst, wobei das als Anolyt bezeichnete Anodenwasser und/oder das als Katholyt bezeichnete Kathodenwasser, aus einer Elektrolyse mit in Wasser gelösten Salzen gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, vor der Elektrolyse verschiedene Salze in das Wasser eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anolyt oder das Katholyt mit Ammonium-Ionen und/oder Phosphat-Ionen vermischt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst Anolyt mit Ammonium-Ionen und/oder Phosphat-Ionen enthaltenden Füssigkeiten gemischt wird, und hernach Katholyt zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst Katholyt mit Ammonium-Ionen und/oder Phosphat-Ionen enthaltenden Füssigkeiten gemischt wird, und hernach Anolyt zugegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnt, dass in der Elektrolyse zur Erzeugung des verwendeten Anolyts und/oder Katholyts als Salze NaCl, und/oder NaJ, und/oder KaCl, und/oder KaJ, und/oder CaCl, und/oder CaJ gelöst in Wasser eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnt, dass zumindest zwei der genannten Salze in Wasser gemischt werden
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall des Einsatzes mehrerer Salze, diese im Verhältnis der in einer finalen Lösung gewünschten Anteile an Anionen und/oder Kationen, dem Wasser zugeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die finale Zumischung von Katholyt in Anolyt oder Anolyt in Katholyt pH-Wert gesteuert ergfolgt, derart, dass die finale Lösung einen pH-Wert von ca 7,0 aufweist.
Ionische Lösung, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung als Düngezusatz eingesetzt wird.
Ionische Lösung, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe dieser Lösung eine Kultivierung oder Rekultivierung von Böden, Ackerböden vorgenommen wird.
Ionische Lösung, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch geknnzeichnet, dass die Lösung als Stalldesinfektionsmittel in der Landwirtschaft eingesetzt wird.