DE102021110695B3 - Device and method for the electrolytic generation of ozone - Google Patents

Device and method for the electrolytic generation of ozone Download PDF

Info

Publication number
DE102021110695B3
DE102021110695B3 DE102021110695.8A DE102021110695A DE102021110695B3 DE 102021110695 B3 DE102021110695 B3 DE 102021110695B3 DE 102021110695 A DE102021110695 A DE 102021110695A DE 102021110695 B3 DE102021110695 B3 DE 102021110695B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
anode
aqueous solution
gas
ozone
permeable
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.)
Active
Application number
DE102021110695.8A
Other languages
German (de)
Inventor
Samuel Stucki
Johannes Warmer
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.)
Innovatec Geraetetechnik GmbH
Original Assignee
Innovatec Geraetetechnik GmbH
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 Innovatec Geraetetechnik GmbH filed Critical Innovatec Geraetetechnik GmbH
Priority to DE102021110695.8A priority Critical patent/DE102021110695B3/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102021110695B3 publication Critical patent/DE102021110695B3/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/13—Ozone
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/78—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation with ozone
    • 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
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
    • C25B11/03—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
    • C25B11/031—Porous electrodes
    • C25B11/032—Gas diffusion electrodes
    • 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
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
    • C25B11/075—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of a single catalytic element or catalytic compound
    • C25B11/077—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of a single catalytic element or catalytic compound the compound being a non-noble metal oxide
    • 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
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
    • C25B11/075—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of a single catalytic element or catalytic compound
    • C25B11/083—Diamond
    • 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
    • C25B15/02—Process control or regulation
    • C25B15/023—Measuring, analysing or testing during electrolytic production
    • 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
    • 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
    • C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
    • C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
    • C25B9/23—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms comprising ion-exchange membranes in or on which electrode material is embedded
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/78—Details relating to ozone treatment devices
    • C02F2201/782—Ozone generators

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

Vorrichtung (1) zur elektrolytischen Erzeugung von Ozon, aufweisend zumindest eine elektrochemische Zelle (2) mit- zumindest einer porösen, mit einem Elektrokatalysator versehenen Anode (5),- zumindest einer porösen Kathode (4),wobei die zumindest eine Anode (5) und die zumindest eine Kathode (4) voneinander durch eine Kationenaustauschmembran (6) getrennt sind, wobei die elektrochemische Zelle (2) ferner eine Wasserzufuhr (3) zur Zuführung einer für die Elektrolysereaktion verwendeten wässrigen Lösung von der Kathodenseite aufweist.Device (1) for the electrolytic generation of ozone, having at least one electrochemical cell (2) with - at least one porous anode (5) provided with an electrocatalyst, - at least one porous cathode (4), the at least one anode (5) and the at least one cathode (4) are separated from each other by a cation exchange membrane (6), wherein the electrochemical cell (2) further comprises a water supply (3) for supplying an aqueous solution used for the electrolysis reaction from the cathode side.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur elektrolytischen Erzeugung von Ozon.The present invention relates to a device and a method for the electrolytic generation of ozone.

Ozon wird in Trinkwasser- und Reinstwasseranlagen als Desinfektionsmittel eingesetzt und dafür beispielsweise mittels elektrolytischer Ozongeneratoren direkt im Wasser erzeugt. Um an der Anode Ozon und nicht nur Sauerstoff zu erzeugen, weist die Anode bei derartigen elektrolytischen Ozongeneratoren einen Elektrokatalysator auf, beispielsweise eine Beschichtung mit Bleidioxid oder bordotiertem Diamant.Ozone is used as a disinfectant in drinking water and ultrapure water systems and is generated directly in the water, for example using electrolytic ozone generators. In order to generate ozone at the anode and not just oxygen, the anode in such electrolytic ozone generators has an electrocatalyst, for example a coating of lead dioxide or boron-doped diamond.

Ozongeneratoren sind beispielsweise aus der EP 1 777 323 A2 bekannt, wobei auch unterschiedliche Varianten der Wasserzufuhr beschrieben sind.Ozone generators are for example from the EP 1 777 323 A2 known, with different variants of the water supply are also described.

Bei herkömmlichen Ozongeneratoren treten bei der Verwendung von nicht enthärtetem Leitungswasser unerwünschte alkalische Ausscheidungen von Härtebildnern auf. Beim Betrieb der Zelle ist die Zusammensetzung des Wassers somit immer zu berücksichtigen. Im Rahmen dieser Anmeldung werden die Begriffe „Wasser“ und „wässrige Lösung“ synonym gebraucht und zur Bezeichnung verschiedener Wässer wie Reinstwasser, Trinkwasser, Brauchwasser, voll- oder teilenthärtetes Wasser, Brunnenwasser etc. verwendet, die zum überwiegenden Teil aus Wasser bestehen, das insbesondere gelöste oder ungelöste Mineralien, Schwebstoffe und/oder mikrobiologische Verunreinigungen enthalten kann.With conventional ozone generators, undesired alkaline precipitations of hardening substances occur when using non-softened tap water. The composition of the water must therefore always be taken into account when operating the cell. In the context of this application, the terms "water" and "aqueous solution" are used synonymously and to designate different types of water such as ultrapure water, drinking water, process water, fully or partially softened water, well water, etc., which consist mainly of water, which in particular dissolved or undissolved minerals, suspended solids and/or microbiological contaminants.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur elektrolytischen Erzeugung von Ozon anzugeben, bei denen dieses Problem nicht auftritt.It is an object of the present invention to specify a method and a device for the electrolytic generation of ozone in which this problem does not occur.

Diese Aufgabe wird gelöst mit dem Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Weitere Ausführungsformen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved with the subject matter of the independent patent claims. Further embodiments and advantageous refinements are the subject matter of the dependent claims.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur elektrolytischen Erzeugung von Ozon angegeben, die zumindest eine elektrochemische Zelle aufweist mit zumindest einer porösen, mit einem Elektrokatalysator versehenen Anode sowie zumindest einer porösen Kathode. Die zumindest eine Anode und die zumindest eine Kathode sind dabei voneinander durch eine Kationenaustauschmembran getrennt, wobei die elektrochemische Zelle ferner eine Wasserzufuhr zur Zuführung einer für die Elektrolysereaktion verwendeten wässrigen Lösung von der Kathodenseite aufweist.According to one aspect of the invention, a device for the electrolytic generation of ozone is specified, which has at least one electrochemical cell with at least one porous anode provided with an electrocatalyst and at least one porous cathode. The at least one anode and the at least one cathode are separated from one another by a cation exchange membrane, with the electrochemical cell also having a water supply for supplying an aqueous solution used for the electrolysis reaction from the cathode side.

Unter einem Elektrokatalysator wird hier und im Folgenden ein Material verstanden, mit dem ein hoher Anteil O3 im Produktgas erzielt wird, beispielsweise eine Beschichtung mit PbO2 oder bordotiertem Diamant. Dabei wird ein Ozonanteil im Produktgas von mindestens 15% angestrebt, wobei sich mit PbO2-Anoden ein Anteil von 16 bis 20% erreichen lässt.Here and below, an electrocatalyst is understood to mean a material with which a high proportion of O 3 in the product gas is achieved, for example a coating with PbO 2 or boron-doped diamond. An ozone content in the product gas of at least 15% is aimed for, with a proportion of 16 to 20% being achievable with PbO 2 anodes.

Unter einer Kationenaustauschmembran wird eine Schicht verstanden, die nur von Kationen passiert werden kann. Beispielsweise kann es sich dabei um eine Protonenaustauschmembran (PEM) handeln, die typischerweise als Polymer- oder als Kompositmembranen ausgebildet sind. Die hier verwendete Kationenaustauschmembran ist vorteilhafterweise gegenüber dem starken Oxidationsmittel Ozon beständig. Geeignet sind beispielsweise PFSA (perfluorinated sulphonic acid)-Membranen.A cation exchange membrane is understood to be a layer through which only cations can pass. For example, this can be a proton exchange membrane (PEM), which is typically designed as a polymer membrane or as a composite membrane. The cation exchange membrane used herein is advantageously resistant to the strong oxidant ozone. For example, PFSA (perfluorinated sulphonic acid) membranes are suitable.

Unter einer porösen Anode bzw. Kathode wird eine Anode bzw. eine Kathode aus einem Material verstanden, in dessen Porenraum insbesondere ein Transport von Fluiden (Flüssigkeiten, Gase) möglich ist.A porous anode or cathode is understood to mean an anode or a cathode made of a material in whose pore space, in particular, fluids (liquids, gases) can be transported.

Die Vorrichtung weist den Vorteil auf, dass durch Zuführung der wässrigen Lösung von der Kathodenseite aus anodenseitig kein Wasser und damit auch keine Ionen zum Elektrolyseprozess zugeführt werden. Die der Kathode möglicherweise mit dem Wasser zugeführten, härtebildenden Ionen, insbesondere Ca2+ und Mg2+, gelangen aufgrund des anliegenden elektrischen Potentials nicht mit dem diffusiv transportierten Wasser zur Anode.The device has the advantage that by supplying the aqueous solution from the cathode side, no water and thus no ions are supplied to the electrolysis process on the anode side. The hardness-forming ions that may be supplied to the cathode with the water, in particular Ca 2+ and Mg 2+ , do not reach the anode with the diffusively transported water due to the electrical potential present.

Dadurch tritt im Gegensatz zum Betrieb von Zellen in ionenhaltigem Wasser kathodenseitig kein Anstieg des pH-Wertes auf. Damit werden bei Verwendung von unbehandeltem Leitungswasser für die Elektrolyse alkalische Ausscheidungen von Härtebildnern verringert. Zudem beschränkt sich die Wasserzufuhr in diesem System auf die geringe Menge Wasser, die durch den Elektrolyseprozess umgesetzt wird. Da die Anode nicht im Kontakt mit dem zu ozonisierenden Wasser steht, ist der Betrieb der Zelle unabhängig von der Zusammensetzung des zu behandelnden Wassers, insbesondere unabhängig vom Gehalt an Härtebildnern wie Ca2+ und Mg2+. Bei Bedarf kann auch eine (Teil-)Enthärtung des der Kathode zugeführten Wassers erfolgen.As a result, in contrast to the operation of cells in water containing ions, there is no increase in the pH value on the cathode side. When using untreated tap water for the electrolysis, alkaline precipitations of hardening substances are reduced. In addition, the water supply in this system is limited to the small amount of water that is converted by the electrolysis process. Since the anode is not in contact with the water to be ozonated, the operation of the cell is independent of the composition of the water to be treated, in particular independent of the content of hardness components such as Ca 2+ and Mg 2+ . If necessary, a (partial) softening of the water supplied to the cathode can also take place.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass die Stromausbeute bei einem Betrieb der elektrochemischen Zelle mit kathodenseitiger Wasserzufuhr unabhängig von der Stromdichte ist. Somit kann die produzierte Ozonmenge durch Einstellen des Elektrolysestroms exakt dosiert werden bei gleichbleibender Ozonkonzentration im Sauerstoffgas.A further advantage of the device according to the invention is that the current yield when the electrochemical cell is operated with water supply on the cathode side is independent of the current density. The amount of ozone produced can thus be precisely metered by adjusting the electrolysis current while the ozone concentration in the oxygen gas remains the same.

Der Betrieb einer elektrochemischen Zelle mit kathodenseitig zugeführtem Wasser („cathode feed“) ist für bestimmte Anwendungsfälle bekannt, beispielsweise für die Sauerstoffgenerierung in der Schwerelosigkeit aus F. Mitlitsky, B. Myers, A. H. Weisberg, A. Leonida; Applications and Development of High Pressure PEM Systems; Portable Fuel Cells Conference, Lucerne, Switzerland June 21-24, 1999. Der Betrieb einer elektrochemischen Zelle mit cathode feed zur Isotopenanreicherung ist aus S. D. Greenway et al., International Journal of Hydrogen Energy 34 (2009) 6603-6608 bekannt. Da der Strom durch die Diffusionsgeschwindigkeit des Wassers in der Membran begrenzt ist, ist ein Betrieb mit kathodenseitiger Wasserzufuhr für herkömmliche Elektrolyseprozesse nicht geeignet. Wie sich jedoch herausgestellt hat, kann eine derartig betriebene Zelle für die Ozonerzeugung zu Desinfektionszwecken beispielsweise in Reinst- oder Leitungswasser vorteilhaft eingesetzt werden, da lediglich geringe Mengen an Wasser zur Anode transportiert werden müssen.The operation of an electrochemical cell with water supplied on the cathode side ("cathode feed") is known for certain applications, for example for the generation of oxygen in weightlessness from F. Mitlitsky, B. Myers, AH Weisberg, A. Leonida; Applications and Development of High Pressure PEM Systems; Portable Fuel Cells Conference, Lucerne, Switzerland June 21-24, 1999. The operation of an electrochemical cell with a cathode feed for isotopic enrichment is known from SD Greenway et al., International Journal of Hydrogen Energy 34 (2009) 6603-6608. Since the current is limited by the diffusion rate of the water in the membrane, operation with water supply on the cathode side is not suitable for conventional electrolysis processes. However, as has been found, a cell operated in this way can advantageously be used for ozone generation for disinfection purposes, for example in ultrapure or tap water, since only small amounts of water have to be transported to the anode.

Ein vorteilhafter Einsatz der Vorrichtung ist überall möglich, wo eine Ozonisierung von wässrigen Lösungen erfolgt. Mögliche Anwendungsgebiete sind Trink- und Reinstwasseranlagen, jedoch auch Brauchwasseranlagen oder Anlagen, in denen andere wässrige Lösungen geführt werden, beispielsweise Brunnenwasser oder Prozesswasser im Allgemeinen, wenn sie einer Ozonisierung ausgesetzt werden sollen. Da die Wasserzufuhr nicht anodenseitig erfolgt, sondern Wasser lediglich durch Diffusion zur Anode gelangt und die Anode somit mit der zu ozonisierenden Lösung nicht in Kontakt steht, ist die Anwendung nicht auf enthärtete wässrige Lösungen beschränkt.An advantageous use of the device is possible wherever ozonation of aqueous solutions takes place. Possible areas of application are drinking and ultrapure water systems, but also service water systems or systems in which other aqueous solutions are carried, for example well water or process water in general, if they are to be exposed to ozonation. Since the water supply does not take place on the anode side, but water only reaches the anode by diffusion and the anode is therefore not in contact with the solution to be ozonated, the application is not limited to softened aqueous solutions.

Gemäß der Erfindung umfasst die Vorrichtung ferner eine Einrichtung zur Überführung des elektrolytisch erzeugten Ozons in eine wässrige Lösung, insbesondere in die wässrige Lösung, in der das Ozon als Desinfektionsmittel eingesetzt werden soll.According to the invention, the device also includes a device for converting the electrolytically generated ozone into an aqueous solution, in particular into the aqueous solution in which the ozone is to be used as a disinfectant.

Die Einrichtung zur Überführung des elektrolytisch erzeugten Ozons in die wässrige Lösung umfasst eine gasdurchlässige, feinporöse, hydrophobe Membran, deren erste Seite der Anode zugewandt ist und deren zweite Seite mit der wässrigen Lösung in Kontakt steht. Geeignet als Membran sind beispielsweise feinporöse gesinterte PTFE-Filter.The device for converting the electrolytically generated ozone into the aqueous solution comprises a gas-permeable, finely porous, hydrophobic membrane whose first side faces the anode and whose second side is in contact with the aqueous solution. Fine-pored sintered PTFE filters, for example, are suitable as membranes.

Dies hat den Vorteil, dass die Vorrichtung nicht als reiner Gasgenerator betreibbar ist, sondern unmittelbar auch die Ozonisierung der wässrigen Lösung erlaubt. Insbesondere kann die Einrichtung zur Überführung des elektrolytisch erzeugten Ozons in die wässrige Lösung baulich mit der elektrochemischen Zelle integriert sein.This has the advantage that the device cannot be operated purely as a gas generator, but also allows the aqueous solution to be ozonated directly. In particular, the device for transferring the electrolytically generated ozone into the aqueous solution can be structurally integrated with the electrochemical cell.

Gemäß einer Ausführungsform ist eine Druckdifferenz zwischen an der Anode erzeugtem Gas und der mit der Anode über die gasdurchlässige, hydrophobe Membran in Kontakt stehenden wässrigen Lösung nicht größer als ein Wassereintrittsdruck der gasdurchlässigen, hydrophoben Membran.According to one embodiment, a pressure difference between the gas generated at the anode and the aqueous solution in contact with the anode via the gas-permeable, hydrophobic membrane is not greater than a water inlet pressure of the gas-permeable, hydrophobic membrane.

Dies hat den Vorteil, dass das Durchdringen von Wasser durch die Membran und somit ein Kontakt der Anode mit Wasser verhindert werden kann. Dies kann entweder erreicht werden durch einen Betrieb der elektrochemischen Zelle bei Atmosphärendruck. Eine Anwendung wäre die Ozonisierung einer wässrigen Lösung in offenen Behältern oder Leitungen bis 10 m Wassersäule.This has the advantage that penetration of water through the membrane and thus contact of the anode with water can be prevented. This can be achieved either by operating the electrochemical cell at atmospheric pressure. One application would be the ozonation of an aqueous solution in open tanks or pipes with a water column of up to 10 m.

Eine niedrige Druckdifferenz kann jedoch auch erreicht werden durch Vornehmen eines Druckausgleichs zwischen dem an der Anode erzeugten Gas und der wässrigen Lösung. Gemäß einer Ausführungsform erfolgt ein Druckausgleich zwischen dem an der Anode erzeugten Gas und der mit der Kathode über die gasdurchlässige, hydrophobe Membran in Kontakt stehenden wässrigen Lösung mittels eines Druckausgleichsbehälters, der einerseits mit dem Porenraum der Anode in Verbindung steht und andererseits mit der mit der Anode über die gasdurchlässige, hydrophobe Membran in Kontakt stehenden wässrigen Lösung.However, a low pressure difference can also be achieved by making a pressure equalization between the gas generated at the anode and the aqueous solution. According to one embodiment, the pressure between the gas generated at the anode and the aqueous solution in contact with the cathode via the gas-permeable, hydrophobic membrane is equalized by means of a pressure equalization tank, which is connected on the one hand to the pore space of the anode and on the other hand to the anode aqueous solution in contact via the gas-permeable, hydrophobic membrane.

Dabei ist ein Druckausgleich vor allem in Situationen erforderlich, in denen der Druck auf die PTFE-Membran rascher zunimmt, als der Druckaufbau durch das an der Anode produzierte Gas ausgleichen kann, d.h. insbesondere bei der Inbetriebnahme der Zelle und bei raschen Druckänderungen im System. Im Dauerbetrieb dagegen baut die Gasproduktion an der Anode den für den Eintrag des Ozons in die wässrige Lösung unter erhöhtem Druck erforderlichen Druck von selbst auf.Pressure equalization is particularly necessary in situations where the pressure on the PTFE membrane increases faster than the pressure build-up from the gas produced at the anode can compensate, i.e. especially during cell start-up and rapid pressure changes in the system. In continuous operation, on the other hand, the gas production at the anode automatically builds up the pressure required for the entry of the ozone into the aqueous solution under increased pressure.

Im stationären Betrieb kann der Druckausgleichsbehälter durch ein Ventil ausgeschaltet werden, da der geringe Überdruck, der erforderlich ist, um das Ozon über die PTFE-Membran in die wässrige Lösung einzutragen, dazu führen könnte, dass die Gasproduktion unbeabsichtigt den Ausgleichsbehälter füllen würde.In stationary operation, the pressure equalization tank can be switched off by a valve, since the slight overpressure required to introduce the ozone into the aqueous solution via the PTFE membrane could result in the gas production unintentionally filling the equalization tank.

In dem Druckausgleichsbehälter stehen die Gasphase aus dem Porenraum der Anode mit der wässrigen Lösung, die über die gasdurchlässige, hydrophobe Membran in Kontakt mit der Anode steht, in Wechselwirkung miteinander und die Gasphase wird abhängig von der Druckdifferenz komprimiert und somit ein Druckausgleich zwischen den beiden Phasen erzielt. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass aufgrund eines hohen Drucks in der wässrigen Lösung, beispielsweise eines Leitungsdrucks von bis zu 16 bar, die wässrige Lösung durch die Membran bricht und in Kontakt mit der Anode tritt.In the pressure equalization tank, the gas phase from the pore space of the anode interacts with the aqueous solution, which is in contact with the anode via the gas-permeable, hydrophobic membrane, and the gas phase is compressed depending on the pressure difference, thus equalizing the pressure between the two phases achieved. In this way it can be prevented that due to a high pressure in the aqueous solution, for example a line pressure of up to 16 bar, the aqueous solution breaks through the membrane and makes contact with the anode.

Gemäß einer Ausführungsform ist zwischen dem Porenraum der Anode und dem Druckausgleichsbehälter ein Rückschlagventil vorgesehen. Das Rückschlagventil kann als elektrisch geschaltetes Ventil oder als mechanisches Rückschlagventil ausgestaltet sein. Das Ventil ist offen, wenn der Druck im Gasraum kleiner ist als in der Wasserleitung. Dadurch ist der Druckausgleich über den Druckausgleichsbehälter möglich.According to one embodiment, a check valve is provided between the pore space of the anode and the pressure equalization tank. The check valve can be designed as an electrically switched valve or as a mechanical check valve. The valve is open when the pressure in the gas space is lower than in the water pipe. This enables pressure equalization via the pressure equalization tank.

Das Ventil ist geschlossen, wenn der Druck im Gasraum grösser ist als in der Wasserleitung. In diesem Betriebszustand ist ein Druckausgleich nicht erforderlich, da durch die Gasproduktion ein ausreichender Druck für einen Gaseintrag in die wässrige Lösung vorhanden ist. Das geschlossene Ventil stellt sicher, dass bei stationärem Elektrolysebetrieb das entstehende Gas nicht über das Druckausgleichsgefäß, sondern über die gasdurchlässige, hydrophobe Membran in die zu ozonisierende Lösung strömt.The valve is closed when the pressure in the gas space is greater than in the water pipe. In this operating state, pressure equalization is not necessary, since the gas production means there is sufficient pressure for gas to enter the aqueous solution. The closed valve ensures that during stationary electrolysis operation, the gas produced does not flow through the pressure equalizing vessel, but through the gas-permeable, hydrophobic membrane into the solution to be ozonated.

Gemäß einer Ausführungsform ist im Innern des Druckausgleichsbehälters eine weitere gasdurchlässige, hydrophobe Membran derart angeordnet, dass sie den Austritt von wässriger Lösung am gasseitigen Ausgang aus dem Druckausgleichsbehälter verhindert. Dabei kann es sich insbesondere um einen PTFE-Filter handeln, der sicherstellt, dass kein ionenhaltiges Wasser zur Anode gelangt.According to one embodiment, a further gas-permeable, hydrophobic membrane is arranged inside the pressure equalization tank in such a way that it prevents aqueous solution from escaping from the pressure equalization tank at the gas-side outlet. In particular, this can be a PTFE filter that ensures that no water containing ions reaches the anode.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt eine elektrische Kontaktierung der Anode mittels einer Lochplatte, deren eine Oberfläche an einer Oberfläche der Anode anliegt. Die Löcher bzw. Durchbrüche in der Platte dienen dem Gastransport von der Anode weg. Die Lochplatte kann beispielsweise aus Titan ausgebildet sein.According to one embodiment, the anode is electrically contacted by means of a perforated plate, one surface of which is in contact with a surface of the anode. The holes or apertures in the plate are used to transport gas away from the anode. The perforated plate can be made of titanium, for example.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Anode Bleidioxid als Elektrokatalysator auf. Beispielsweise kann die Anode aus Titan ausgebildet und mit Bleidioxid beschichtet sein.According to one embodiment, the anode includes lead dioxide as an electrocatalyst. For example, the anode can be formed from titanium and coated with lead dioxide.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur elektrolytischen Erzeugung von Ozon mittels einer elektrochemischen Zelle angegeben mit zumindest einer Anode und zumindest einer Kathode, wobei die Zuführung einer für die Elektrolysereaktion verwendeten wässrigen Lösung von der Kathodenseite her erfolgt. Bei diesem Verfahren gelangt die wässrige Lösung durch diffusiven Transport durch eine Anode und Kathode voneinander trennende Membran zur Anode und wird dort insbesondere mithilfe eines Elektrokatalysators zu Ozon umgesetzt.According to one aspect of the invention, a method for the electrolytic generation of ozone by means of an electrochemical cell is specified with at least one anode and at least one cathode, with an aqueous solution used for the electrolysis reaction being supplied from the cathode side. In this process, the aqueous solution reaches the anode by diffusive transport through a membrane separating the anode and cathode, where it is converted into ozone, in particular with the help of an electrocatalyst.

Das Verfahren hat die bereits in Verbindung mit der Vorrichtung beschriebenen Vorteile.The method has the advantages already described in connection with the device.

Das elektrolytisch erzeugte Ozon kann anschließend in eine wässrige Lösung überführt werden, die beispielsweise mittels des Ozons desinfiziert werden soll.The ozone generated electrolytically can then be converted into an aqueous solution which is to be disinfected, for example, by means of the ozone.

Gemäß einer Ausführungsform wird eine Druckdifferenz zwischen an der Anode erzeugtem Gas und der mit der Anode über eine gasdurchlässige, hydrophobe Membran in Kontakt stehenden wässrigen Lösung derart geregelt, dass sie den Wassereintrittsdruck der gasdurchlässigen, hydrophoben Membran nicht übersteigt.According to one embodiment, a pressure difference between the gas generated at the anode and the aqueous solution in contact with the anode via a gas-permeable, hydrophobic membrane is regulated in such a way that it does not exceed the water inlet pressure of the gas-permeable, hydrophobic membrane.

Die auf der Kathodenseite zugeführte wässrige Lösung kann insbesondere über einen zur Atmosphäre offenen Gasabscheider im Kreis geführt werden. Über den Gasabscheider wird insbesondere bei der Elektrolyse an der Kathode erzeugtes Wasserstoffgas abgeführt. Die Zufuhr wässriger Lösung zu diesem Kreislauf kann über ein Ventil erfolgen, das über den Füllstand im Gasabscheider geregelt wird.The aqueous solution supplied on the cathode side can be circulated in particular via a gas separator which is open to the atmosphere. Hydrogen gas generated at the cathode, in particular during electrolysis, is discharged via the gas separator. Aqueous solution can be supplied to this circuit via a valve which is regulated via the fill level in the gas separator.

Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand von schematischen Figuren näher erläutert.

  • 1 zeigt eine nicht zur Erfindung gehörende Vorrichtung zur elektrolytischen Erzeugung von Ozon;
  • 2 zeigt eine Vorrichtung zur elektrolytischen Erzeugung von Ozon gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung und
  • 3 zeigt eine Vorrichtung zur elektrolytischen Erzeugung von Ozon gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to schematic figures.
  • 1 Figure 12 shows an electrolytic ozone generating apparatus not belonging to the invention;
  • 2 12 shows an apparatus for electrolytically generating ozone according to a first embodiment of the invention and
  • 3 Fig. 12 shows an apparatus for electrolytically generating ozone according to a second embodiment of the invention.

1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 zur elektrolytischen Erzeugung von Ozon. Die Vorrichtung 1 umfasst eine elektrochemische Zelle 2 mit einer plattenförmigen, porösen Kathode 4 und einer plattenförmigen, porösen Anode 5. Die Kathode 4 und die Anode 5 sind voneinander durch eine Kationenaustauschmembran 6 getrennt. Die elektrochemische Zelle 2 wird auf beiden Seiten begrenzt durch Endplatten 7, 8, zu denen benachbart Flow field-Strukturen 9, 10 angeordnet sind, die in Kontakt mit der Kathode 4 bzw. der Anode 5 stehen. Die Flow field-Struktur 9 hat die Aufgabe, eine wässrige Lösung in Kontakt mit der Kathode 4 zu bringen und den entstehenden Wasserstoff aus der Zelle abzuführen. Die Flow-field Struktur 10 hat die Aufgabe, das an der Anode entstehende O2/O3 Gasgemisch aus der Zelle abzuführen. 1 shows schematically a device 1 for the electrolytic production of ozone. The device 1 comprises an electrochemical cell 2 with a plate-shaped, porous cathode 4 and a plate-shaped, porous anode 5 . The cathode 4 and the anode 5 are separated from one another by a cation exchange membrane 6 . The electrochemical cell 2 is delimited on both sides by end plates 7, 8, to which flow field structures 9, 10 are arranged adjacent, which are in contact with the cathode 4 and the anode 5, respectively. The purpose of the flow field structure 9 is to bring an aqueous solution into contact with the cathode 4 and to discharge the hydrogen produced from the cell. The flow field structure 10 has the task of discharging the O 2 /O 3 gas mixture produced at the anode from the cell.

Die Kationenaustauschmembran 6 hat die Aufgabe, den Transport von Kationen, insbesondere Protonen, zwischen der Anode 5 und der Kathode 4 zuzulassen, den Transport von Anionen jedoch zu unterbinden.The cation exchange membrane 6 has the task of transporting cations, in particular protons, between the anode 5 and the cathode 4 allow, but prevent the transport of anions.

Die elektrochemische Zelle 2 weist ferner eine Wasserzufuhr 3 auf zur Zuführung einer wässrigen Lösung, insbesondere Leitungswasser, zur Anodenseite der elektrochemischen Zelle 2. Die Wasserzufuhr 3 umfasst neben den Leitungen selbst ein Ventil 11, über das der Zustrom von wässriger Lösung geregelt werden kann, einen lonentauscher 12 zur zumindest teilweisen Entfernung von Härtebildnern aus der wässrigen Lösung sowie einen Gasabscheider 13 zur Abscheidung von bei der Elektrolyse entstehenden Wasserstoffgas. Das Ventil 11 kann insbesondere in Abhängigkeit vom Füllstand im Gasabscheider 13 geregelt werden.The electrochemical cell 2 also has a water supply 3 for supplying an aqueous solution, in particular tap water, to the anode side of the electrochemical cell 2. In addition to the lines themselves, the water supply 3 includes a valve 11, via which the inflow of aqueous solution can be regulated, a ion exchanger 12 for at least partial removal of hardeners from the aqueous solution and a gas separator 13 for separating hydrogen gas produced during the electrolysis. The valve 11 can be regulated in particular as a function of the fill level in the gas separator 13 .

Mittels der Wasserzufuhr 3 wird die für die Elektrolysereaktion benötigte wässrige Lösung zunächst zur Kathode 4 transportiert. Durch Diffusion gelangt Wasser durch die Membran 6 zur Anode 5. Aufgrund des zwischen der Kathode 4 und der Anode 5 fließenden elektrischen Stroms wird das Wasser an der Anode 5 in Sauerstoff und Wasserstoff umgesetzt. Wasserstoffionen gelangen von der Anode 5 zur Kathode 4 durch die Membran 6, wobei auf der Anodenseite Sauerstoff verbleibt.The aqueous solution required for the electrolysis reaction is first transported to the cathode 4 by means of the water supply 3 . Water passes through the membrane 6 to the anode 5 by diffusion. Due to the electric current flowing between the cathode 4 and the anode 5, the water at the anode 5 is converted into oxygen and hydrogen. Hydrogen ions pass from the anode 5 to the cathode 4 through the membrane 6, leaving oxygen on the anode side.

Da die Anode 5 einen Elektrokatalysator aufweist, wird bei dieser Reaktion an der Anode insbesondere auch Ozon gebildet, das danach für eine Nutzung, insbesondere zur Desinfektion einer wässrigen Lösung, zur Verfügung steht.Since the anode 5 has an electrocatalyst, in this reaction at the anode, in particular, ozone is also formed, which is then available for use, in particular for disinfecting an aqueous solution.

Die Wasserzufuhr kann wie dargestellt einen lonentauscher zur Wasserenthärtung aufweisen. Dabei sind jedoch nur sehr geringe Durchflüsse notwendig, denn kathodenseitig wird nur die Menge an Wasser benötigt, die für die stöchiometrische Bildung von Ozon erforderlich ist. Mit einer PbO2-Anode beispielsweise kann mit einer Effizienz von 16% Ozon erzeugt werden (d.h. 16% des aufgewendeten Stroms erzeugen O3, 84% O2), so dass für die Produktion von 1g Ozon etwa 7g Wasser erforderlich sind.As shown, the water supply can have an ion exchanger for water softening. However, only very low flow rates are necessary because only the amount of water required for the stoichiometric formation of ozone is required on the cathode side. With a PbO 2 anode, for example, ozone can be produced with an efficiency of 16% (ie 16% of the electricity used produces O 3 , 84% O 2 ), so that about 7g of water are required to produce 1g of ozone.

Die in 1 gezeigte, nicht zur Erfindung gehörende Ausführungsform stellt eine besonders einfache Variante der Vorrichtung zur elektrolytischen Erzeugung von Ozon dar, die als Gasgenerator ausgebildet ist.In the 1 The embodiment shown, which does not belong to the invention, represents a particularly simple variant of the device for the electrolytic generation of ozone, which is designed as a gas generator.

2 zeigt eine erste Ausführungsform der Vorrichtung 1 zur elektrolytischen Erzeugung von Ozon. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in 1 gezeigten dadurch, dass ein Eintrag des erzeugten Ozons in die zu ozonisierende wässrige Lösung bereits in der elektrochemischen Zelle 2 erfolgt. Dazu weist die elektrochemische Zelle 2 eine gasdurchlässige, hydrophobe PTFE-Membran 15 auf. Diese ist an ihrer einen Oberfläche in Kontakt mit dem Porenraum der Anode 5 und an ihrer anderen Oberfläche in Kontakt mit durch die Flow field-Struktur 10 geführter wässriger Lösung. 2 shows a first embodiment of the device 1 for the electrolytic production of ozone. This embodiment differs from that in 1 shown by the fact that an entry of the ozone generated in the aqueous solution to be ozonated already takes place in the electrochemical cell 2. For this purpose, the electrochemical cell 2 has a gas-permeable, hydrophobic PTFE membrane 15 . This is on one surface in contact with the pore space of the anode 5 and on its other surface in contact with the flow field structure 10 out aqueous solution.

Bei dieser Ausführungsform wird die Anode 5 über eine Lochplatte 14 aus Titan kontaktiert. Die Lochplatte 14 weist eine Mehrzahl von Durchtrittsöffnungen 21 auf, durch die an der Anode 5 erzeugtes Gas hindurchtritt. Die Lochplatte 14 ist zwischen der Membran 15 und der Anode 5 angeordnet, so dass die Membran 15 an ihrer einen Oberfläche über die Durchtrittsöffnungen 21 mit dem Porenraum der Anode 5 in Kontakt ist.In this embodiment, contact is made with the anode 5 via a perforated plate 14 made of titanium. The perforated plate 14 has a plurality of passage openings 21 through which the gas generated at the anode 5 passes. The perforated plate 14 is arranged between the membrane 15 and the anode 5 so that the membrane 15 is in contact with the pore space of the anode 5 on one of its surfaces via the passage openings 21 .

Im Betrieb der Vorrichtung 1 wird wie bei der nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß 1 an der Anode 5 Ozon aus dem der Kathode 4 zugeführten und diffusiv durch die Membran 6 transportierten Wasser erzeugt. Das Ozon tritt durch die Durchtrittsöffnungen 21 der Lochplatte 14 und gelangt in Kontakt mit der Membran 15, die es passieren kann. Nach dem Durchtritt durch die Membran 15 wird das erzeugte Ozon in der durch die Flow field-Struktur 10 transportierten wässrigen Lösung gelöst. Gemäß dieser Ausführungsform erfolgt demnach ein direkter Eintrag des produzierten Gases in die zu behandelnde wässrige Lösung.In operation of the device 1 is as in the embodiment not according to the invention 1 generated at the anode 5 ozone from the cathode 4 supplied and diffusively transported through the membrane 6 water. The ozone passes through the passage openings 21 of the perforated plate 14 and comes into contact with the membrane 15, which it can pass through. After passing through the membrane 15, the ozone generated is dissolved in the aqueous solution transported through the flow field structure 10. According to this embodiment, the gas produced is therefore introduced directly into the aqueous solution to be treated.

Dabei steht die zu behandelnde wässrige Lösung unter einem Druck, der kleiner als der Wassereintrittsdruck der PTFE-Membran 15 ist, da sonst bei ausgeschaltetem Elektrolysestrom ein unerwünschter Durchtritt von Wasser durch die Membran 15 möglich wäre. Beispielsweise kann die zu behandelnde wässrige Lösung unter Atmosphärendruck oder unter einem Druck von bis zu 10m Wassersäule stehen. Derartige Drücke übersteigen Wassereintrittsdrücke gängiger PTFE-Membranen nicht.The aqueous solution to be treated is under a pressure that is less than the water inlet pressure of the PTFE membrane 15, since otherwise an undesired passage of water through the membrane 15 would be possible when the electrolysis current was switched off. For example, the aqueous solution to be treated can be under atmospheric pressure or under a pressure of up to 10 m water column. Such pressures do not exceed the water inlet pressures of common PTFE membranes.

3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung 1 zur elektrolytischen Erzeugung von Ozon, mittels der ein direkter Eintrag des produzierten Gases in eine unter erhöhtem Druck stehende wässrige Lösung möglich ist. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in 2 gezeigten dadurch, dass sie zusätzlich eine Einrichtung für einen Druckausgleich zwischen dem an der Anode 5 erzeugten Gas und der mit der Anode 5 über die Membran 15 in Kontakt stehende wässrige Lösung umfasst. Der Übersichtlichkeit halber ist die Wasserzufuhr in 3 nicht dargestellt, sie kann jedoch in der gleichen Weise wie in den 1, 2 gezeigt ausgeführt sein. 3 shows a second embodiment of the device 1 for the electrolytic production of ozone, by means of which a direct entry of the produced gas into an aqueous solution under increased pressure is possible. This embodiment differs from that in 2 shown in that it additionally comprises a device for pressure equalization between the gas generated at the anode 5 and the aqueous solution which is in contact with the anode 5 via the membrane 15 . For clarity, the water supply is in 3 not shown, but can be used in the same way as in FIGS 1 , 2 shown to be executed.

Die Einrichtung für den Druckausgleich umfasst insbesondere einen Druckausgleichsbehälter 16, der einerseits mit der in der Flow field-Struktur 10 geführten wässrigen Lösung der Anodenseite in Kontakt steht und andererseits mit dem Porenraum der Anode 5, d.h. mit dem an der Anode 5 erzeugten Gas. In dem Druckausgleichsbehälter 16 wird die Druckdifferenz zwischen der mit der Anode 5 über die Membran 15 in Kontakt stehenden wässrigen Lösung und dem an der Anode 5 erzeugten Gas durch ein Gleichgewicht zwischen der flüssigen Phase 17 und der Gasphase 18 bzw. eine entsprechende Komprimierung der Gasphase 18 geregelt. Um ein Eindringen von wässriger Lösung in den Porenraum der Anode 5 zu verhindern, ist in der gezeigten Ausführungsform am gasseitigen Ausgang des Druckausgleichsbehälters 16 eine hydrophobe PTFE-Membran 19 vorgesehen.The device for pressure equalization comprises in particular a pressure equalization tank 16 which is in contact with the aqueous solution of the anode side carried in the flow field structure 10 and with the pore space the anode 5, ie with the gas generated at the anode 5. In the pressure compensation tank 16, the pressure difference between the aqueous solution in contact with the anode 5 via the membrane 15 and the gas generated at the anode 5 is compensated by an equilibrium between the liquid phase 17 and the gas phase 18 or a corresponding compression of the gas phase 18 regulated. In order to prevent aqueous solution from penetrating into the pore space of the anode 5 , a hydrophobic PTFE membrane 19 is provided at the gas-side outlet of the pressure equalization tank 16 in the embodiment shown.

Mittels des Ventils 20 ist die Druckdifferenz zwischen dem an der Anode 5 erzeugten Gas und der mit der Anode 5 über die Membran 15 in Kontakt stehenden wässrigen Lösung einstellbar, insbesondere kann der Druckausgleich durch Zuschaltung des Druckausgleichsbehälters 16 in Betrieb gesetzt werden. Dies ist insbesondere in Betriebszuständen der Vorrichtung 1 vorteilhaft, in denen der Druck des an der Anode erzeugten Gases nicht ausreicht, um einen Eintrag dieses Gases in die in der Flow field-Struktur 10 geführte wässrige Lösung zu erreichen.The pressure difference between the gas generated at the anode 5 and the aqueous solution in contact with the anode 5 via the membrane 15 can be adjusted by means of the valve 20; This is particularly advantageous in operating states of the device 1 in which the pressure of the gas generated at the anode is not sufficient for this gas to enter the aqueous solution conducted in the flow field structure 10 .

Die in 3 gezeigte Ausführungsform eignet sich somit insbesondere zur Ozonisierung von in einem unter Druck stehenden Leitungssystem geführten Wasser.In the 3 The embodiment shown is therefore particularly suitable for the ozonation of water carried in a pressurized line system.

Claims (10)

Vorrichtung (1) zur elektrolytischen Erzeugung von Ozon, aufweisend zumindest eine elektrochemische Zelle (2) mit - zumindest einer porösen, mit einem Elektrokatalysator versehenen Anode (5), - zumindest einer porösen Kathode (4), wobei die zumindest eine Anode (5) und die zumindest eine Kathode (4) voneinander durch eine Kationenaustauschmembran (6) getrennt sind, wobei die elektrochemische Zelle (2) ferner eine Wasserzufuhr (3) zur Zuführung einer für die Elektrolysereaktion verwendeten wässrigen Lösung von der Kathodenseite aufweist, wobei die Vorrichtung ferner eine Einrichtung zur Überführung des elektrolytisch erzeugten Ozons in eine wässrige Lösung umfasst, wobei die Einrichtung zur Überführung des elektrolytisch erzeugten Ozons in eine wässrige Lösung eine gasdurchlässige, hydrophobe Membran (15) umfasst, deren erste Seite der Anode (5) zugewandt ist und deren zweite Seite mit der wässrigen Lösung in Kontakt steht.Device (1) for the electrolytic generation of ozone, having at least one electrochemical cell (2). - at least one porous anode (5) provided with an electrocatalyst, - at least one porous cathode (4), the at least one anode (5) and the at least one cathode (4) being separated from one another by a cation exchange membrane (6), the electrochemical cell (2) also having a water supply (3) for supply of an aqueous solution used for the electrolysis reaction from the cathode side, the device further comprising a device for converting the electrolytically generated ozone into an aqueous solution, the device for converting the electrolytically generated ozone into an aqueous solution having a gas-permeable, hydrophobic membrane (15 ) comprises whose first side faces the anode (5) and whose second side is in contact with the aqueous solution. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei ein Druckausgleich zwischen dem durch die gasdurchlässige, hydrophobe Membran (15) und die Kationenaustauschmembran (6) gebildeten und die Anode (5) einschließenden Gasraum und der wässrigen Lösung mittels eines Druckausgleichsbehälters (16) erfolgt, der einerseits mit dem Porenraum der Anode (5) in Verbindung steht und andererseits mit der mit der Anode (5) über die gasdurchlässige, hydrophobe Membran (15) in Kontakt stehenden wässrigen Lösung.Device (1) after claim 1 , pressure equalization between the gas space formed by the gas-permeable, hydrophobic membrane (15) and the cation exchange membrane (6) and enclosing the anode (5) and the aqueous solution taking place by means of a pressure equalization tank (16) which is connected on the one hand to the pore space of the anode ( 5) and on the other hand with the aqueous solution in contact with the anode (5) via the gas-permeable, hydrophobic membrane (15). Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei zwischen dem Porenraum der Anode (5) und dem Druckausgleichsbehälter (16) ein Rückschlagventil (20) vorgesehen ist.Device (1) after claim 2 , A check valve (20) being provided between the pore space of the anode (5) and the pressure equalization tank (16). Vorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei im Innern des Druckausgleichsbehälters (16) eine weitere gasdurchlässige, hydrophobe Membran (19) derart angeordnet ist, dass sie den Austritt von wässriger Lösung am gasseitigen Ausgang aus dem Druckausgleichsbehälter (16) verhindert.Device (1) after claim 2 or 3 , a further gas-permeable, hydrophobic membrane (19) being arranged inside the pressure equalization tank (16) in such a way that it prevents the exit of aqueous solution at the gas-side outlet from the pressure equalization tank (16). Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine elektrische Kontaktierung der Anode (5) mittels einer Lochplatte (14) erfolgt, deren eine Oberfläche an einer Oberfläche der Anode (5) anliegt.Device (1) according to one of Claims 1 until 4 , wherein electrical contact is made with the anode (5) by means of a perforated plate (14), one surface of which bears against a surface of the anode (5). Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Anode (5) PbO2 als Elektrokatalysator aufweist.Device (1) according to one of Claims 1 until 5 , wherein the anode (5) has PbO 2 as an electrocatalyst. Verfahren zur elektrolytischen Erzeugung von Ozon mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Zuführung einer für die Elektrolysereaktion verwendeten wässrigen Lösung von der Kathodenseite her erfolgt.Process for the electrolytic production of ozone by means of a device according to one of Claims 1 until 6 , wherein an aqueous solution used for the electrolysis reaction is supplied from the cathode side. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das elektrolytisch erzeugte Ozon in eine wässrige Lösung überführt wird.procedure after claim 7 , wherein the electrolytically generated ozone is converted into an aqueous solution. Verfahren nach Anspruch 8, wobei eine Druckdifferenz zwischen an der Anode (5) erzeugtem Gas und der mit der Anode (5) über eine gasdurchlässige, hydrophobe Membran (15) in Kontakt stehenden wässrigen Lösung derart geregelt wird, dass sie den Wassereintrittsdruck der gasdurchlässigen, hydrophoben Membran (15) nicht übersteigt.procedure after claim 8 , wherein a pressure difference between the gas generated at the anode (5) and the aqueous solution in contact with the anode (5) via a gas-permeable, hydrophobic membrane (15) is regulated in such a way that it reduces the water inlet pressure of the gas-permeable, hydrophobic membrane (15 ) does not exceed. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die auf der Kathodenseite zugeführte wässrige Lösung über einen zur Atmosphäre offenen Gasabscheider (13) im Kreis geführt wird.Procedure according to one of Claims 7 until 9 , the aqueous solution supplied on the cathode side being circulated via a gas separator (13) which is open to the atmosphere.
DE102021110695.8A 2021-04-27 2021-04-27 Device and method for the electrolytic generation of ozone Active DE102021110695B3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021110695.8A DE102021110695B3 (en) 2021-04-27 2021-04-27 Device and method for the electrolytic generation of ozone

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021110695.8A DE102021110695B3 (en) 2021-04-27 2021-04-27 Device and method for the electrolytic generation of ozone

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021110695B3 true DE102021110695B3 (en) 2022-09-01

Family

ID=82799180

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021110695.8A Active DE102021110695B3 (en) 2021-04-27 2021-04-27 Device and method for the electrolytic generation of ozone

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102021110695B3 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022130124A1 (en) 2022-11-15 2024-05-16 Miele & Cie. Kg Water-conducting electrical device and method for operating the water-conducting electrical device

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1777323A2 (en) 1997-03-21 2007-04-25 Lynntech, Inc. An integrated ozone generator system

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1777323A2 (en) 1997-03-21 2007-04-25 Lynntech, Inc. An integrated ozone generator system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022130124A1 (en) 2022-11-15 2024-05-16 Miele & Cie. Kg Water-conducting electrical device and method for operating the water-conducting electrical device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69107992T2 (en) Process for the electrolytic production of ozone and device therefor.
DE102017204177A1 (en) Method for operating an electrolysis stack, electrolysis stack and electrolysis system
DE102018202184A1 (en) Separatorless double GDE cell for electrochemical conversion
DE102021110695B3 (en) Device and method for the electrolytic generation of ozone
DE10217096B4 (en) Apparatus and method for purifying alkaline solution
WO2009030203A2 (en) Electrolysis cell with a high electric current capacity for producing an ozone-oxygen mixture
EP4004259B1 (en) Cross-flow water electrolysis
DE102020004630A1 (en) Pressure maintenance in an electrolysis plant
DE102019217219A1 (en) Cell arrangement for the generation and compression of hydrogen
WO2014075965A1 (en) Method and device for desalting aqueous solutions by means of electrodialysis
DE102021001631A1 (en) Method for treating process fluids and filter device for carrying out the method
DE19731616A1 (en) Metal ion removal from electrolyte
WO2015158485A1 (en) Method and apparatus for desalinating aqueous solutions using electrodialysis
AT525914B1 (en) Electrolysis device with natural circulation
DE102022121295B4 (en) Method for conditioning a membrane electrode assembly and fuel cell assembly
DE102019116469B4 (en) Electrolytic cell, method for operating an electrolytic cell and use of an electrolytic cell
WO2024104908A1 (en) Electrolysis plant and method for splitting process water
EP4283017A1 (en) Method and apparatus for carrying out a material converting method using a high temperature cell
DE102013009555B4 (en) Method for operating a low-temperature fuel cell and apparatus for carrying out the method
WO2000017110A2 (en) Treatment system and method for reducing the oxygen content of the water
WO2023208408A1 (en) Method for operating an electrolysis plant with regard to water management, and electrolysis plant
WO2022199909A1 (en) Osmosis process and device for carrying out such a process
EP2441735A1 (en) Method and device for separating ions from waste water
DE102022213507A1 (en) Electrolysis plant with a pressure electrolyzer and method for operating an electrolysis plant
DE102023128362A1 (en) WATER PURIFICATION USING AN ELECTRO-PEROXON PROCESS

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final