DE19914100C2

DE19914100C2 - Reversibles Elektrosorptionsverfahren, Anordnung zur Durchführung und Anwendung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19914100C2
Application number: DE19914100A
Authority: DE
Inventors: Peter Friebe; Peter Bogdanoff; Helmut Tributsch
Original assignee: Hahn Meitner Institut Berlin GmbH
Current assignee: Helmholtz Zentrum Berlin fuer Materialien und Energie GmbH
Priority date: 1999-03-22
Filing date: 1999-03-22
Publication date: 2003-05-28
Anticipated expiration: 2019-03-23
Also published as: DE19914100A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein reversibles Elektrosorptionsverfahren zur potentialkontrollierten, selektiven Trennung zwischen elektrosorbierenden und nichtsorbierenden Komponenten eines in einem Elektrolyten löslichen Stoffge misches mit einer zyklischen Abwechslung zwischen einem Adsorptionsschritt an zumindest einem Adsorptionsort und einem zugeordneten Desorptions schritt an einem Adsorbens sowie auf eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens und eine Verfahrensanwendung.

Im Gegensatz zur chemischen Absorption, bei der ein Absorbat bei hoher Enthalpie gleichmäßig in ein Absorbens eindringt (Lösung), findet bei der Adsorption aufgrund Coulomb'scher Molekularkräfte eine Anlagerung eines Adsorbats an die Oberfläche eines Adsorbens statt. Die Adsorption ist im Allgemeinen ein reversibler Prozess. Bei der Desorption löst sich das Adsorbat wieder, wenn vorher keine chemische Veränderung eingetreten ist. Mit den im Weiteren benutzten Begriffe "Adsorptionsschritt" und "Desorptionsschritt" wird jeweils allgemein der entsprechende Verfahrensprozess bezeichnet.

Absorption und Adsorption werden in der Regel zur Trennung von Stoff gemischen eingesetzt. Beispielsweise ist das zur Zeit gebräuchlichste Verfahren zur Trennung von Kohlendioxid von anderen Gasen die chemische Absorption in alkalischen Lösungen (vgl. DE 25 45 829 A1; DE 25 17 990 C2). Mit dieser Technik wird derzeit auch Kohlendioxid als Nebenprodukt bei der Ammoniakherstellung gewonnen. Es sind jedoch ein hoher apparativer Aufwand und ein hoher Energie- und damit Betriebskosteneinsatz durch das thermische oder elektrochemische Austreiben (vgl. US-PS 5,141,620) des Kohlendioxids aus der angereicherten Lösung erforderlich.

Bei den bekannten adsorptiven Separationsverfahren wird das beladene Adsorbens durch einen Druckwechsel (vgl. DE 23 38 964 C2; DE 25 07 623 C2; DE 33 03 420 C2), durch einen Temperaturwechsel (vgl. DE 34 15 970 A1), durch einen klassischen Wechsel beider Parameter oder durch eine Substitution durch eine zusätzliche Komponente regeneriert. Ein Nachteil dieser Verfahren ist, dass sich damit nur wenige Gasmischungen in technischem Maßstab trennen lassen. Zum anderen müssen für die ständigen Parameterwechsel hohe Mengen an mechanischer und/oder thermischer Energie aufgewendet werden.

Ferner ist aus dem Aufsatz "Design of a slurry electrode reactor system" (B. Kastening et al., Journal of Applied Electrochemistry 27 (1997) 147-152) eine sogenannte "Slurry-Elektrode" in Form von elektrolytisch suspensierten Aktivkohlepartikeln bekannt, mit der durch ein Oxidations- und Reduktions- Verfahren Schmutzwasserlösungen behandelt werden können. Dieses Verfahren basiert auf chemischen Reaktionen mit einer Wertigkeitsänderung der Reaktanten. Es kann auch zur chemischen Synthese eingesetzt werden. In einer elektrochemischen Zelle mit einem konstanten elektrischen Stromfluss werden auf die Aktivkohleteilchen durch Elektrodenkontakt Ladungen über tragen. Die geladenen Teilchen werden dann in einem Reaktor durch eine entsprechende Elektronentransferreaktion an ihrer Oberfläche mit einer gelösten Schmutzwasserphase chemisch beladen, in einer nachfolgenden Sedimentkammer von der Phase chemisch getrennt, dabei entladen und wiederum der elektrochemischen Zelle zur erneuten Aufladung zugeführt.

Der Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, wird in dem Aufsatz "Fundamentals of electrosorption on activated carbon for wastewater treatment of industrial influents" (A. Bán et al., Journal of Applied Electrochemistry 28 (1998) 227-236) beschrieben. Hieraus ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Prinzipien der potentialkontrollierten Elektrosorption an Aktivkohle als Adsorbens für die Abwasserbehandlung eingesetzt werden. Für Forschungs zwecke wird hier das Elektrosorptionsverhalten von verschiedenen, leicht zu detektierenden, synthetisch hergestellten Modellsubstanzen aus nichtflüchtigen organischen Verbindungen, wie sie charakteristisch für Schmutzwasser sind, unter empirischer Variation verschiedener Verfahrensparameter ermittelt. Bei den verwendeten Modellsubstanzen handelt es sich um Flüssigkeiten, sodass sich der zu beobachtende Reaktionsverlauf zwischen der flüssigen (Substanz gelöst) und der festen Phase (Substanz adsorbiert) in einem entsprechend einfachen elektrochemischen Setup abspielt.

Die in diesem Aufsatz ebenfalls beschriebenen elektrochemischen Zellen als Anordnungen zur Durchführung des bekannten Verfahrens sind ausschließlich zu Messzwecken im Labormaßstab konstruiert. Es ist eine einzige Elektrolyt zelle vorgesehen, die im Zeitmultiplex unter Einbeziehung von entsprechenden Umrüstvorgängen und -zeiten sowohl zur Adsorption als auch zur Desorption eingesetzt wird. Der Verfahrensablauf ist deshalb diskontinuierlich und wird zyklisch mehrfach durchlaufen. In der Kammer befindet sich ein dichtge packtes Bett aus granulierter Aktivkohle als Adsorbens. Im Zentrum hat das Adsorbens Kontakt mit einem platinierten Titanzylinder als Arbeitselektrode. Umgeben wird es unter Zwischenlage einer Isolierschicht von einer Silberplatte als Gegenelektrode. Die Stoffflüsse werden von unten her in die ringförmige Kammer eingeleitet und nach oben abgeleitet. Entstehende Produkte werden sofort weitergeleitet, eine Speicherung oder Anreicherung in der Zelle ist nicht möglich. Weiterhin wird eine ähnliche Elektrolytzelle in Röhrenform mit drahtförmigen Elektroden und einem auf einer perforierten Platte angeordneten Aktivkohlebett beschrieben, bei der die Stoffflüsse nur von oben her ein- und austreten. In beiden Anordnungen werden die Elektroden über ein computergestütztes Potentiometer spannungsgesteuert. Zur Erhöhung der Adsorptionskapazität wird ferner ein Zellenaufbau mit mehreren, parallel geschichteten mono- oder bipolaren Ad-/Desorberbetten mit zwischenliegenden Elektroden beschrieben. Alle Ad-/Desorberbetten werden jedoch gleichzeitig vom Schmutzwasser durchströmt. Der Verfahrensablauf ist hier ebenfalls diskontinuierlich. Adsorption und Desorption am Adsorbens finden nacheinander in derselben Elektrolytzelle statt. Speichervorgänge sind ebenfalls nicht möglich.

Die der Erfindung zugrundeliegende Problematik ist daher darin zu sehen, das Verfahren der reversiblen, potentialkontrollierten Elektrosorption so zu modifizieren, dass der Verfahrensablauf zwischen dem Adsorptionsschritt und dem Desorptionsschritt nicht mehr diskontinuierlich erfolgt und so die damit verbundenen Nachteile vermieden werden können. Das anzugebende Verfahren soll Speichervorgänge ermöglichen und ökonomisch sowohl im Hinblick auf die einzusetzende Energiemenge als auch auf das gewinnbare, qualitativ hochwertige Endprodukt sein. Eine entsprechende Apparatur zur Verfahrensdurchführung soll einfach und relativ unempfindlich konstruiert und dabei durch Vermeidung kostspieliger Materialien auch kostengünstig sein. Mit ihr soll problemlos ein Endprodukt in technischem Maßstab herstellbar und durch eine Sammelfunktion auch speicher- und weiterverarbeitbar sein. Die verwendbaren Stoffgemische sollen nicht auf einen flüssigen Phasenzustand begrenzt sein.

Die Lösung für diese Problematik bezüglich des Verfahrens wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch erreicht, dass

- der Desorptionsschritt an einem oder mehreren Desorptionsorten gleichzeitig durchführbar ist, die von dem zumindest einen oder von mehreren Adsorptionsorten, an denen der Adsorptionsschritt gleichzeitig durchführbar ist, örtlich getrennt sind,
- das Adsorbens zwischen den getrennten Adsorptions- und Desorptionsorten in einzelnen Transferschritten transportiert wird und dass
- eine der Anzahl der vorgesehenen getrennten Adsorptions- und Desorptionsorte entsprechende Anzahl von separaten Verfahrens durchläufen zeitparallel mit einem minimalen Versatz von jeweils zwei Verfahrensschritten zueinander kontinuierlich durchlaufbar sind.

Im erfindungsgemäßen Verfahren sind die Orte für den Adsorptionsschritt und den Desorptionsschritt räumlich voneinander getrennt und durch Transferschritte für das Adsorbens funktional miteinander verbunden. Auf diese Weise sind in das erfindungsgemäße Verfahren Schleusungsvorgänge integriert, die jeden Ort vom anderen im Verfahrensablauf entkoppeln. Dadurch können alle Orte gleichzeitig benutzt werden und auch an allen Orten Stoffspeichervorgänge stattfinden. Der Ablauf der Verfahrensschritte "Adsor bieren" und "Desorbieren" erfolgt jetzt quasi-kontinuierlich, d. h. nur unter brochen durch reine Transportschritte in Form der Adsorbenswanderung. Umschalt- und Umrüstzeiten, beispielsweise zwischen unterschiedlichen Elektrolyten oder Spülflüssigkeiten, entfallen. Auch sind keine extremen Parameterveränderungen, wie beispielsweise große Druck- oder Temperatur veränderungen, erforderlich. Die Potentialkontrolle erfolgt automatisch, daher ist der Sorptionswechsel systemimmanent mit dem Potentialwechsel verbunden. Es ist kein externes Umschalten oder Regeln notwendig.

Weiterhin ist eine gleichzeitige Benutzung der getrennten Orte in unterschied lichen Verfahrensdurchläufen möglich. Dabei beträgt der minimal erforderliche Versatz zwischen zwei hintereinander ablaufenden Verfahrensdurchläufen zwei Verfahrensschritte (Adsorptionsschritt +Transferschritt oder Desorptions schritt +Transferschritt). Pro vorhandenem Ort kann ein weiterer Verfahrens durchlauf gestartet werden. Dabei setzt jeder Verfahrensdurchlauf mit dem ersten Adsorptionsschritt ein, sodass die den Desorptionsorten zugeordneten Verfahrensdurchläufe mit zwei Leerlaufschritten beginnen. Im Betrieb können alle Adsorptions- und Desorptionsorte ständig genutzt werden und haben keine Leerlaufzeiten. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist daher ein hoher Stoffdurchsatz mit einer großen Ausbeute bei einem geringen Energieeinsatz erzielbar.

Nach einer Fortführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann im Verfahrensdurchlauf der Adsorptionsschritt an einem oder mehreren Adsorptionsorten und der Desorptionsschritt an einem oder mehreren Desorptionsorten paarweise alternierend oder sektionsweise sukzessive unter Einbeziehung von Transferschritten mehrfach kontinuierlich durchlaufen werden. Es können also zum einen Paare von direkt benachbarten Adsorptions- und Desorptionsorten gebildet und ein oder mehrere Ortspaare im Verfahren mit den ständig einander abwechselnden Verfahrensschritten "Adsorbieren" und "Desorbieren" kontinuierlich durchlaufen werden. Zum anderen können Sektionen mit jeweils mehreren hintereinander geschalteten Adsorptionsorten und Desorptionsorten gebildet werden. Im Verfahren wird dann zunächst mehrfach der Adsorptionsschritt und anschließend mehrfach der Desorptionsschritt sukzessive durchlaufen. Schließt die letzte Station bei einer der beiden Verfahrensvarianten wieder an die erste an, erfolgt der Verfahrensablauf zyklisch und der Adsorbenstransport kontinuierlich umlaufend. Die Vorteile der Varianten werden bei der Erläuterung verschiedener Stoffführungen in unterschiedlichen Adsorberkaskaden deutlich.

Für die Variante mit paarweiser Zuordnung von Adsorptions- und Desorptionsorten kann gemäß einer ersten von mehreren folgenden Weiterbildungen einem oder mehreren Adsorptionsorten das Stoffgemisch zugeleitet und von einem oder mehreren Desorptionsorten die elektrosorbierende Komponente abgeleitet werden. Hierbei handelt es sich um die klassische Variante mit einer Einzelzuführung für jeden Adsorptionsort und einer Sammelmöglichkeit für die elektrosorbierende Komponente. Wird das Stoffgemisch linear durch mehrere Adsorptionsorte nacheinander geleitet, verarmt es von Ort zu Ort an der zu sorbierenden Komponente. Eine derartige Verfahrensvariante mit einer linear geführten Adsorptionsseite wird also gewählt, wenn es um die Erzielung der nichtsorbierenden Komponente des Stoffgemischs in besonderer Reinheit geht. Zur Erzielung einer besonders reinen elektrosorbierenden Komponente kann diese des Weiteren linear durch mehrere paarweise zugeordnete Adsorptions- und Desorptionsorte alternierend geleitet werden. Die Komponente wird dann mehrfach dem Adsorptions-/Desorptionsprozess mit einer linear geführten Desorptionsseite unterworfen und dabei durch jeweils weitere Abtrennung der nichtsorbierenden Komponente angereichert. Dabei können schließlich das Stoffgemisch und die elektrosorbierende Komponente im Gegenstrom zueinander geleitet werden Eine Rückführung der nichtsorbierenden Komponente ist verfahrenstechnisch besonders günstig. Liegt keine Rückführung vor, kann der Aufbau zur stufenweisen Erhöhung des Partialdruckes der zu separierenden Komponente dienen. Für die Variante mit sektionsweiser Adsorptions-/Desorptionsort- Anordnung ist eine linear geführte Adsorptionsseite mit Einzelentsorgung der Desorptionsorte besonders sinnvoll. Für weitere Erläuterungen wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den speziellen Beschreibungsteil verwiesen.

Grundvoraussetzung für die Durchführung der Elektrosorption ist die Gewährleistung eines Stromflusses im Elektrolyten. Entsprechend sind für die einander zugeordneten einzelnen Adsorptions- und Desorptionsorte Potentialschaltungen vorzusehen. Bei einer sektionsweisen Anordnung der Adsorptions- und Desorptionsorte können die jeweiligen Paare mit solchen Spannungswerten beaufschlagt sein, dass erfindungsgemäß der Potentialverlauf über aufeinanderfolgende Adsorptions- und Desorptionsorte schrittweise gegengleich verläuft.

Zur Lösung der oben formulierten Problematik in Verbindung mit einer Verfahrensvorrichtung ist bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgese hen, dass

- die zumindest eine Elektrolytkammer als Adsorber ausgeführt ist,
- zumindest eine weitere Elektrolytkammer vorgesehen ist, die als Desorber ausgeführt ist,
- den zumindest beiden Kammern jeweils eine Elektrode zugeordnet ist und dass
- ein oder mehrere Paare oder Sektionen von Adsorbern und Desorbern vorgesehen sind.

Entsprechend dem oben beschriebenen Schleusungsmechanismus sind bei der Anordnung mindestens zwei konstruktiv voneinander getrennte, aber einander verfahrensmäßig zugeordnete Schleusenkammern vorgesehen. Dabei dient die eine Kammer, die mit einem Adsorptionselektrolyten angefüllt ist, mit einem Adsorptionspotential beaufschlagt ist und eine Stoffzuleitung aufweist, als Adsorber der Durchführung des Adsorptionsschrittes. Dagegen arbeitet die andere, mit einem Desorptionselektrolyten angefüllte, mit einem Desorptionspotential beaufschlagte und mit einer Stoffableitung versehene Kammer gleichzeitig als Desorber. Adsorber und Desorber können paar- oder sektionsweise angeordnet sein. Die Beaufschlagung der Adsorptions- und Desorptionspotentiale erfolgt entweder über die beiden Elektroden von Paaren oder über die Elektroden einer Sektion. Adsorptions- und Desorptionselektrolyt sind in der Regel identisch. Die Anzahl der Elektrolytkammern wird von der vorgesehenen Anzahl der gleichzeitig ablaufenden Verfahrensdurchläufe und von der konstruktiven Anordnung der Elektrolytkammern bzw. auch umgekehrt bestimmt.

Deshalb ist es nach einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft, wenn die Adsorber und Desorber als identische Kreissegmentzellen ausgebildet sind und in Kreisanordnung einen drehbaren Zylinder druckdicht umschließen, in dessen Oberfläche eine der Anzahl von Adsorbern und Desorbern entsprechende Anzahl von über Schleifkontakte mit der Spannungsquelle verbindbare Elektroden eingearbeitet sind, die die jeweilige Berührungsfläche der einzelnen Kreissegmentzellen mit dem Drehzylinder bilden und an ihrer Oberfläche das Adsorbens aufweisen.

Eine solche Anordnung ist durch die konsequente Umsetzung einer Kreisbewegung besonders kompakt, die Transferschritte sind kurz und damit raum- und zeitsparend. Der Zylinder als zentrales Multifunktionsobjekt ermöglicht einen besonders einfachen Aufbau. Seine Ansteuerung ist einfach, weil er mit einer konstanten Rotationsgeschwindigkeit kontinuierlich gedreht werden kann. Durch die druckdichte Verschließung der Kammern über den Drehzylinder kann ein Druckgradient zwischen diesen aufgebaut werden. Anwendungsmöglichkeiten werden weiter unten im Text aufgezeigt. Die unterschiedliche Polarisierung der Elektroden zwischen Adsorber und Desorber wird einfach durch Schleifkontakte erreicht, an denen eine konstante Spannung anliegt. Als Stromversorgungseinheit kann bereits eine einfache Batterie ausreichen, wodurch die Anordnung sogar transportabel sein kann. Um einen Stromfluss zu erreichen, können die Kammern über eine druckfeste, ionenleitende Verbindung, beispielsweise eine Membran, miteinander verbunden sein. Hat die Membran keinen direkten Kontakt mit dem Elektrolyten, erfolgt die Leitung über den verbleibenden Elektrolytfilm auf der Zylinderoberfläche zwischen den einzelnen Elektroden. Es können aber auch entsprechende Bohrungen vorgesehen sein oder der Elektrolytfilm allein für die Leitung bereits ausreichen.

Die Integration der Elektroden in den Drehzylinder und die Integration des festen Adsorbens in die Elektrodenoberfläche ermöglichen einen einfachen Transfer zwischen den Kammern, auch über vorgesehene Maßnahmen zur Kammerabdichtung hinweg. Die Anzahl der vorhandenen Kammern bestimmt Anzahl und Lage der Elektroden, die in der Berührungsfläche zwischen Kammer und Drehzylinder liegen. Bei einem einzelnen Paar liegen die Elektroden diametral gegenüber und die Transferschritte umfassen jeweils eine halbe Zylinderdrehung. Die Elektrodenposition bedingt den Sorptionswechsel systemimmanent durch den über die Schleifkontakte herbeiführbaren Potentialwechsel. Bei dieser Anordnungsausführung findet eine kombinierte Elektroden-/Adsorbens-Wanderung statt. Die Kammern und Elektroden können für eine hohe Ausbeute bis zu einer maximalen Größe gestaltet sein, bei der noch sichergestellt ist, dass kein elektrischer Kurzschluss und kein elektrolytischer Kurzfluss durch teilweise Elektroden überdeckung in unterschiedlich polarisierten Kammern entsteht. Der minimale Kammerabstand beträgt daher eine Elektrodenbreite.

Nach einer anderen Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die Adsorber und Desorber als identische Röhrenzellen ausgebildet sein und in Kreisanordnung an einen drehbaren Teller druckdicht anschließen, in dessen Oberfläche eine der Anzahl von Adsorbern und Desorbern entsprechende Anzahl von Elektroden eingearbeitet ist, die die jeweilige Berührungsfläche der einzelnen Röhrenzellen mit dem Drehteller bilden und über Schleifkontakte mit der Spannungsquelle verbindbar sind. Eine derartige Anordnung entspricht im Grundprinzip der oben beschriebenen, weshalb auch die dort gemachten Aussagen zutreffen. Im Unterschied dazu stellt sich hierbei jedoch das Dichtungsproblem an den Berandungen der für bevorzugt zylindrische Zellen kreisförmigen Elektroden einfacher dar, da einfache Ring dichtungen verwendet werden können. Außerdem ist die konstruktions technische Ausführung etwas einfacher, da größtenteils Standard-Halbzeuge benutzt werden können. Auch hierbei können aus den genannten Gründen die einzelnen Kammern über einen ionenleitenden Kontakt druckfest miteinander verbunden sein.

Eine andere Anordnung mit einer Trennung zwischen Adsorber und Desorber stellt eine nächste Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar, bei der Adsorber und Desorber vorgesehen sind, deren Elektroden ein pulverförmiges, im Elektrolyten dispergiertes Elektrodenpulver als Adsorbens aufweisen, und jedem Adsorber und Desorber oder jeder Adsorber- und Desorbersektion ein Separator zur Trennung von Elektrodenpulver und jeweils rückführbarer Elektrolytflüssigkeit zugeordnet ist, der in dem jeweiligen Transferschritt in den Verfahrensablauf einbezogen ist. Das Schleusungsprinzip zwischen getrennten Kammern zur gleichzeitigen Benutzbarkeit ist jedoch das gleiche wie oben beschrieben. Im Unterschied zu den vorangehenden Anordnungen kann bei dieser Anordnung kein Druck in den Kammern, die über einen ionenleitenden Kontakt miteinander verbunden sind, aufgebaut werden. Dafür weist diese sogenannte "Slurry-Elektrode", die an sich bekannt ist und in der Beschreibungseinleitung im Zusammenhang mit dem chemischen Oxidations- und Reduktions-Reaktionsverfahren bereits erwähnt wurde, besonders gute adsorptive Eigenschaften auf. Dispersionselektroden bestehen aus potentialkontrollierbaren Elektroden und einem Elektrodenpulver, das durch ständiges Umrühren des Elektrolyten in der Schwebe gehalten wird.

Der besondere Vorteil der Verwendung von Elektrodenpulver liegt in der für den Adsorptionsvorgang entscheidenden, besonders großen verfügbaren Oberfläche des Adsorbens. Die Ladung der einzelnen Partikel des Elektroden pulvers erfolgt durch zufälligen Kontakt mit den stationären Elektroden entsprechend ihrem anliegenden Potential. Da das Elektrodenpulver und der Elektrolyt vermischt sind, sind Separatoren und eine Pumpeneinheit zu ihrer Trennung vorgesehen. In den Separatoren wird das Elektrodenpulver durch Sedimentation oder Zentrifugation kontinuierlich vom Elektrolyten getrennt, der anschließend rückgeführt wird. Das abgetrennte Elektrodenpulver wird dann über geeignete Slurry-Pumpen in die nächste Kammer gefördert. Bei einem Aufbau mit mehreren Adsorber/Desorber-Paaren können mehrere Verfahrensabläufe separat durchgeführt werden, dabei schließt das letzte Paar an das erste an, sodass das Adsorbens auch hier in einem Kreisprozess umlaufend transportiert wird.

Allgemein können in den beschriebenen Anordnungen alle für das jeweilige Stoffgemisch geeigneten Elektrolytflüssigkeiten benutzt werden, die eine hinreichende Adsorbat-Löslichkeit und eine hohe Leitfähigkeit aufweisen.

Neben wässrigen Elektrolyten lassen sich auch organische Elektrolytfüssigkeiten mit dem Vorteil einer hohen Löslichkeit, insbesondere für Kohlendioxid, einsetzen. Auch die Verwendung gleicher Elektrolyte mit unter schiedlichem pH-Wert oder unterschiedlicher Leitsalze in wässrigen oder organischen Lösungen ist möglich. Bei den Parametern sind der pH-Wert des Elektrolyten und seine Art sowie die Konzentration des Leitsalzes mit dem Elektrolyten, die Sorptionspotentiale und das Elektrodenmaterial entsprechend aufeinander abzustimmen. Für die Elektroden lässt sich theoretisch jede Art leitendes Material verwenden. Faktoren für eine Eignung im beschriebenen Verfahren sind Preis, Verfügbarkeit, Verarbeitbarkeit zu einer Elektrode mit hoher Oberfläche und Reversibilität sowie Selektivität der Adsorption. Geeignete Adsorbentien sind poröse Materialien mit einer großen spezifischen Oberfläche und einer hinreichenden elektrochemischen Beständigkeit, beispielsweise Metallpulver (Platin, Rhenium) oder andere Substanzen, wie insbesondere die preiswerte Aktivkohle. Diese kann als gebundenes oder als granuliertes bzw. pulverisiertes Adsorbens ausgeführt sein. Zusammensetzung und pH-Wert des Elektrolyten und Beschaffenheit des Adsorbens richten sich nach dem eingesetzten Stoffgemisch und seinen Komponenten. Die Höhe des Adsorptions- und Desorptionspotentials richtet sich jeweils nach dem elektrochemischen Stabilitätsbereich des verwendeten Elektrodenmaterials.

Mit dem quasi-kontinuierlichen Verfahrensablauf mit dem Adsorbenstransfer können verschiedene Anwendungen besonders bevorzugt durchgeführt wer den. Das bekannte elektrochemische Adsorptionsverfahren wird zur Schmutzwasserreinigung eingesetzt. Flüssige Stoffgemische mit flüssigen (gelöstes Schmutzwasser) und festen (adsorbierte Schmutzwasserpartikel) Phasen treten hier auf. Nach einer bevorzugten Anwendung des erfindungs gemäßen Verfahrens können auch geeignete gasförmige Stoffgemische eingesetzt werden. Dann tritt zusätzlich die gasförmige Phase im Verfahren auf. Der Reaktionsverlauf spielt sich dann zwischen allen drei Phasen ab, was ein grundsätzlich anderes chemisches Setup als bei einem Zweiphasensystem erfordert. Werden gasförmige Stoffgemische eingesetzt, handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um eine völlig neuartige elektrochemische Adsorptions-Gaswäsche, bei der keine extremen Parameterwechsel mehr auftreten.

Bei einer Verwendung von gasförmigen Stoffgemischen kann dann das erfindungsgemäße Verfahren nach weiteren bevorzugten Anwendungen insbesondere eingesetzt werden zur Reinigung ihrer nichtsorbierenden Gasgemischkomponente oder zur Anreicherung oder zur Partialdruckerhöhung ihrer elektrosorbierenden Gasgemischkomponente. Beispielsweise kann ein Stoffgemisch im Adsorber durch Abtransport einer verunreinigenden Phase dort gereinigt werden. Gleichzeitig kann die abtransportierte Phase im Desorber gesammelt und dort angereichert werden. Eine sofortige Weiterverwendung ist möglich. Außerdem kann durch die Speicherfähigkeit im Desorber hier der Partialdruck erhöht werden. Eine Nutzung zur Kompression oder zur Verrichtung von mechanischer Arbeit ist möglich. Die entsprechende Anordnung weist dann druckdichte Elektrolytkammern auf und arbeitet wie eine Pumpe.

Die genannten Anwendungen können natürlich auch für flüssige oder feste Ausgangsstoffe eingesetzt werden. Insbesondere bei den gasförmigen Stoffgemischen ist es nach einer nächsten Anwendungsausführung der erfindungsgemäßen Verfahrens jedoch von besonderem Vorteil, wenn gasförmiges Kohlendioxid als elektrosorbierende Komponente im Gasgemisch enthalten ist. So kann z. B. Atemluft o. ä. regeneriert werden. Auch im Hinblick auf die Entfernung von Kohlendioxid aus der Erdatmosphäre (CO₂-Gehalt 0,03%) zur Bekämpfung des Treibhauseffektes oder aus Abgasen (CO₂- Gehalt 10-18%) mit einer umweltverträglichen Entsorgung oder Weiterverarbeitung des abgetrennten Kohlendioxids ist das erfindungsgemäße Verfahren dann von besonderem Interesse, da die Abtrennung in großem Maßstab und automatisierbar durchführbar ist. Der einzusetzende energe tische und apparative Aufwand ist dabei sehr viel geringer als bei dem derzeit üblichen Verfahren der chemischen Absorption. Das Verfahren eignet sich dann ebenfalls zur Gewinnung oder Reinigung von Kohlendioxid, das in vielen industriellen Bereichen große Anwendung findet. Bei geschlossenem Aufbau der Apparatur kann darüber hinaus komprimiertes Kohlendioxid, beispielsweise für die Befüllung von CO₂-Patronen oder für die Entsorgung oder Rückführung in den allgemeinen Erde-Energiekreislauf durch Reduktion von CO₂, hergestellt werden.

Einzelne Ausbildungsformen der Erfindung im Verfahren und in den Anordnungen werden zum vertiefendem Verständnis nachfolgend anhand der schematischen Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein erweitertes Flussdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren mit einer paarweisen Anordnung der Adsorptions- und Desorptionsschritte,

Fig. 2 eine Kaskadenschaltung zum Reinigen der nichtsorbierenden Komponente eines Gasgemischs,

Fig. 3 eine Kaskadenschaltung zum Reinigen der sorbierenden Komponente eines Gasgemischs,

Fig. 4 eine Kaskadenschaltung zur Druckerhöhung,

Fig. 5 eine kombinierte Kaskadenschaltung,

Fig. 6 eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines CO₂-Separators mit einem festen Adsorbens und

Fig. 7 eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Slurry-Separators mit einem pulverförmigen Adsorbens.

Die Fig. 1 zeigt ein allgemeines Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens in Paarschaltung und einzelne Anordnungsmerkmale, die in besonderer Beziehung zum Verfahren stehen. In einem ersten Verfahrensdurchlauf PR1 wird in einem Adsorptionsschritt A an einem ersten Adsorptionsort AL1 ein Adsorbens AD mit einer zu separierenden Komponente S eines Stoffgemischs M, unter angelegter Spannung U beladen. Das beladene Adsorbens AD wird dann in einem ersten Transferschritt TF1 an einen ersten Desorptionsort DL1 überführt, wo unter der angelegten Spannung U ein Desorptionsschritt D zur Abtrennung der Komponente S stattfindet. In einem zweiten Transferschritt TF2 wird dann das regenerierte Adsorbens AD an einen zweiten Adsorptionsort AL2 überführt, wo wiederum in dem Stoffgemisch M der Adsorptionsschritt A durchgeführt wird. Das beladene Adsorbens AD wird danach in einem dritten Transferschritt TF3 an einen zweiten Desorptionsort DL2 überführt, an dem wieder der Desorptionsschritt D stattfindet. Je nach Anzahl n der vorhandenen Adsorptions- und Desorptionsorte AL1. . .ALn, DL1. . .DLn, die jeweils ein einander zugeordnetes Paar P1. . .Pn bilden, wird dieser Verfahrensablauf noch mehrfach wiederholt. Alle abgetrennten Komponenten S können dann zur Gesamtmenge Sges aus dem ersten Verfahrensdurchlauf PR1 gesammelt werden. Im dargestellten Beispiel wird allen Adsorptionsorten AL1. . .ALn der Stoffstrom M zugeleitet.

Zeitparallel mit dem ersten Verfahrensdurchlauf PR1 können weitere, separate Verfahrensdurchläufe PR2. . ..PRn mit einem minimalen Versatz von zwei Verfahrensschritten (A + TF bzw. D + TF) zueinander initiiert werden. Der funktionelle Verfahrensablauf beginnt immer mit einem Adsorptionsschritt A. Alle abgetrennten Komponenten S werden ebenfalls der Gesamtmenge Sges zugeführt, die damit entsprechend höher ausfällt. Der Verfahrensablauf und der Adsorbenskreislauf verlaufen kontinuierlich, Adsorption- und Desorption A, D verlaufen quasi-kontinuierlich, sie sind nur von den Transferschritten TF voneinander getrennt. Alle Adsorptions- und Desorptionsorte AL, DL können im eingefahrenen Verfahrensablauf gleichzeitig benutzt werden.

In Fig. 2 ist eine Kaskadenschaltung mit linear geführter Adsorptionsseite mit drei Paaren P1, P2, P3 von Adsorptions- und Desorptionsorten AL1/DL1, AL2/DL2, AL3/DL3 dargestellt. Dem Adsorptionsort AL1 wird ein Stoffgemisch M zugeführt: Nach Durchführung des Adsorptionsschrittes A wird das um die elektrosorbierende Komponente S verarmte restliche Stoffgemisch M1 einem zweiten Adsorptionsort AL2 zugeleitet zur weiteren Durchführung eines Adsorptionsschrittes A. Das wiederum verarmte Stoffgemisch M2 wird dem dritten Adsorptionsort AL3 zugeführt etc. Die jeweils abgetrennte elektrosorbierende Komponente S1, S2, S3 kann gesammelt oder entsorgt werden. Die Stoffströme verlaufen entgegengesetzt. Eine derartige Kaskadenschaltung ist besonders zur Herstellung hochreiner nichtsorbierender Komponenten geeignet.

Die in den Fig. 3 und 4 dargestellten Kaskadenschaltungen entsprechen dem Adsorber/Desorber-Aufbau in Fig. 2. Im Unterschied dazu eignet sich die Kaskade aus Fig. 3 mit linear geführter Desorptionsseite besonders zur Herstellung einer besonders reinen elektrosorbierenden Komponente S. Hierzu wird nur dem ersten Adsorptionsort AL1 das Stoffgemisch M zugeführt. In den einzelnen Kaskaden wird jeweils die Komponente S1, S2, S3 abgetrennt und angereichert. Das jeweils restliche Stoffgemisch M1, M2, M3 wird rückgeführt und nochmals adsorptiv gereinigt. Die Kaskade in Fig. 4 dient der Verrichtung von Pumparbeit. Hierzu wird wie in Fig. 3 die elektrosorbierende Komponente S angereichert. Da keine Rückführung erfolgt, kann in den einzelnen Kaskaden stufenweise der Druck erhöht werden (p1 < p2 < p3).

In der Fig. 5 ist eine geschlossene Kaskade mit einer sektionsweisen Einteilung SKA, SKD der Adsorptions- und Desorptionsorte AL1. . .AIn, DL1. . .DLn in kreisförmiger Anordnung dargestellt. Mit einer derartigen Kaskade können die beschriebenen Einzelaufgaben kombiniert werden. Adsorptions- und/oder Desorptionsseite können linear geführt sein. Im dargestellten Fall wird nur die Adsorptionsseite linear geführt und die elektrosorbierende Komponente S1. . .Sn gesammelt, deren Partialdruck im Stoffgemisch M pro durchlaufenem Adsorptionsort AL1. . .ALn kontinuierlich abnimmt. Die nichtsorbierende Komponente NS wird ebenfalls angereichert und gesammelt. Das Adsorbens AD durchläuft zunächst nacheinander alle Adsorptionsorte AL1. . .ALn mit den zugehörigen Adsorptionspotentialen UA1. . .UAn. Im Gegenstrom dazu läuft das Stoffgemisch M durch die Adsorptionsorte AL1. . .ALn und verarmt dabei kontinuierlich an der elektrosorbierenden Komponente S. Nach dem letzten Adsorptionsschritt A durchläuft das beladene Adsorbens (Desorbens) die Desorptionskaskade, wo schrittweise und zu unterschiedlichen Potentialen UD1. . .UDn die Komponente S desorbiert wird. Dies kann bei einem einheitlich hohen Druck erfolgen, wenn die Komponenten S1. . .Sn nicht gegen einen Druckgradienten gefördert werden sollen. Die Spannung wird zwischen den zugeordneten Adsorptions- und Desorptionsorten AL1. . .AIn, DL1. . .DLn angelegt und wächst mit n als Anzahl der vorgesehene Orte an. Es gilt: D UA1/D1 < D UA2/D2 < D UA3/D3. . .< D UAn/Dn.

In Fig. 6 ist ein elektrochemischer CO₂-Separator 1 dargestellt, mit dem Kohlendioxid CO₂ aus einem gasförmigen Stoffgemisch, beispielsweise Luft oder Verbrennungsgas, abgetrennt werden kann. Die in den Fig. 6 und 7 verwendeten Verfahrensbezugszeichen sind der Fig. 1 zu entnehmen. Der CO₂-Separator 1 besteht aus einem einzelnen Paar P1 aus zwei, als identische Kreissegmentzellen ausgebildeten, mit einem Elektrolyten 2 (z. B. 0,5 M Kaliumsulfat, pH-Wert 7 bzw. 4) gefüllten Kammern 3, 4 sowie aus einem drehbaren Zylinder 5, der die beiden Kammern 3, 4 druckdicht voneinander trennt. Die eine Elektrolytkammer 3 ist als Adsorber AL, die andere Elektrolytkammer 4 ist als zugeordneter Desorber DL ausgeführt. Beide Elektrolytkammern 3, 4 sind über druckfeste, ionenleitende Membranen 6 miteinander verbunden.

In den Zylinder 5 sind zwei Elektroden 7, 8 eingearbeitet, die in ihrer Größe und Lage den Berührungsflächen zwischen Adsorber 3 bzw. Desorber 4 und dem Zylinder 5 entsprechen. Sie sind jeweils über einen Schleifkontakt 9, 10 mit einer Spannungsquelle 11 verbindbar und können über diese wechselseitig unterschiedlich polarisiert werden. Die zwei Elektroden 7, 8 sind erforderlich, um eine elektrische Polarisierung zu gewährleisten. Der Stromkreis wird im dargestellten Ausführungsbeispiel über einen verbleibenden Elektrolytflüssigkeitsfilm an der Zylinderoberfläche zwischen den Elektroden 7, 8 und die druckfesten, ionenleitenden Membranen 6 geschlossen, die selbst keinen Kontakt zum Elektrolyten haben. An ihrer Oberfläche weisen die Elektroden 7, 8 ein flächiges Adsorbens 12 mit einer hohen spezifischen Oberfläche, insbesondere Aktivkohle, auf. Die Polarisation der Elektroden 7, 8 erfolgt in der Form, dass im Adsorptionsschritt A die jeweils mit dem Adsorber 3 in Kontakt stehende Elektrode (in dem in Fig. 2 dargestellten Zustand handelt es sich um die Elektrode 7) kathodisch (negativ) gepolt ist. Durch den Adsorber 3 wird das Gasgemisch mit dem CO₂-Anteil geleitet. So kann dort teilweise gelöstes CO₂ an der negativ geladenen Elektrode 7 im Adsorptionsschritt A adsorbieren.

Wird nun der Zylinder 5 unter Beibehaltung des anliegenden Potentials in einem ersten Transferschritt TF1 gedreht, gelangt das an der Elektrode 7 immobilisierte CO₂ in den Desorber 4, der nicht von einem Gasgemisch durchspült wird. Nach einer halben Umdrehung vom Ausgangspunkt wird im Desorptionsschritt D über die Schleifkontakte 9, 10 das Elektrodenpotential auf einen anodischeren (positiveren) Wert geändert, bei dem das auf der Elektrode 7 befindliche CO₂ wieder desorbiert. Anschließend wird der Zylinder 5 in einem zweiten Transferschritt TF2 wieder in einer halben Umdrehung an seine Ausgangsposition weiterbewegt und der Vorgang kann mit dem Adsorptionsschritt A an der Elektrode 7, die sich jetzt wieder im Adsorber 3 befindet, erneut beginnen. Gleichzeitig findet um zwei Verfahrensschritte versetzt der analoge Prozess an der zweiten Elektrode 8 statt, sodass zwei Verfahrensdurchläufe PR1, PR2 zeitparallel ablaufen können.

Wird der beschriebene Verfahrensdurchlauf wiederholt durchlaufen, verarmt das im Adsorber 3 enthaltene Gasgemisch an CO₂, während sich dieses im Desorber 4 anreichert und dort den Gasdruck erhöht. Im Bedarfsfall kann der CO₂-Separator 1 also auch als Gaspumpe arbeiten.

In der Fig. 7 ist ein elektrochemischer Slurry-Separator 20 mit einem einzelnen Paar P1 dargestellt, mit dem ebenfalls beispielsweise CO₂ separiert werden kann. In einem halbzellenförmigen Adsorber 21 befindet sich eine Dispersion von Aktivkohlepartikeln 22 als pulverförmiges Adsorbens in einem wässrigen Elektrolyten 23, die durch ständiges Rühren in der Schwebe gehalten werden. Die Partikel 22 berühren sporadisch eine in die Elektrolytlösung 23 eingetauchte, negativ polarisierte Platin-Netzelektrode 24 und werden dabei ebenfalls negativ polarisiert. Der Elektrolyt 23 wird ständig von einem CO₂-haltigen Gasgemisch 25 durchspült, sodass die negativ polarisierten Aktivkohleteilchen 22 gelöstes Kohlendioxid adsorbieren können. Das CO₂ wird also aus dem Gasgemisch 25 abgetrennt und dann entfernt. Dazu wird die beladene Dispersion in einen ersten Separator 26 überführt, in dem die beladenen Aktivkohleteilchen 22 durch Sedimentation absinken. Die Elektrolytlösung 23 wird in den Adsorber 21 rückgeführt, aus dem die elektrochemisch inerten Komponenten 27 abgeführt werden.

Über eine Pumpe 28 werden dann die abgetrennten, beladenen Aktivkohlepartikel 22 in einem ersten Transferschritt TF1 in einen halbzellen förmigen, mit einem Elektrolyten 29 gefüllten Desorber 30 überführt, der mit dem Adsorber 21 über eine ionenleitende Membran 31 verbunden ist. Eine im Desorber 30 angeordnete zweite Platin-Netzelektrode 32 ist jedoch positiv polarisiert, sodass die beladenen Aktivkohlepartikel 22, die durch das Rühren des Elektrolyten 29 sporadisch mit der Elektrode 32 in Kontakt kommen, umgeladen werden. Dabei wird das adsorbierte CO₂ von den Partikeln 22 entfernt (desorbiert). Die zweite Halbzelle 30 wird nicht durchspült, sodass sich das abgetrennte Kohlendioxid hier anreichern kann und über eine Ableitung 33 entnommen werden kann. Die adsorbatfreie Aktivkohledispersion wird in einen zweiten Separator 34 geleitet. Dort werden die Aktivkohleteilchen 22 und der Elektrolyt 29 voneinander getrennt. Der Elektrolyt 29 wird wieder in den Desorber 30 rückgeführt, die Aktivkohleteilchen 22 werden in einem zweiten Transferschritt TF2 über die Pumpe 28 wieder dem Adsorber 21 zugeführt, wo der Verfahrensdurchlauf erneut beginnen kann.

Der beschriebene Slurry-Separator 20 arbeitet bei einem einheitlichen Druck ohne Druckerhöhung und beinhaltet insgesamt drei geschlossene Kreisläufe: zwei Elektrolyt- und einen Adsorbenskreislauf. Je nach Anzahl der vorhandenen Adsorber und Desorber können mehrere kontinuierliche Verfah rensabläufe zeitgleich durchlaufen werden, sodass der mit dem erfindungs gemäßen Verfahren erzeugbare, qualitativ besonders hochwertige Stoffertrag entsprechend erhöht werden kann.

Bezugszeichenliste

A Adsorptionsschritt
AD Adsorbens
AL Adsorptionsort
ALn n-ter Adsorptionsort
D Desorptionsschritt
DL Desorptionsort
DLn n-ter Desorptionsort
M Stoffgemisch
n Anzahl der vorhandenen Adsorptions- und Desorptionsorte
NS nichtsorbierende Komponente
P Paar
Pn n-tes Paar
PR Verfahrensdurchlauf
PRn n-ter Verfahrensdurchlauf
S elektrosorbierende Komponente
Sges Gesamtmenge
SKA Sektion "Adsorption"
SKB Sektion "Desorption"
TF Transferschritt
TFn n-ter Transferschritt
U Spannung

1

elektrochemischer CO₂

-Separator

2

Elektrolyt

3

Elektrolytkammer Adsorber

4

Elektrolytkammer Desorber

5

Zylinder

6

Membran

7

erste Elektrode

8

zweite Elektrode

9

erster Schleifkontakt

10

zweiter Schleifkontakt

11

Spannungsquelle

12

Adsorbens

20

Slurry-Separator

21

halbzellenförmiger Adsorber

22

Aktivkohlepartikel

23

wässriger Elektrolyt

24

erste Platin-Netzelektrode

25

Gasgemisch

26

erster Separator

27

elektrochemisch inerte Komponenten

28

Pumpe

29

Elektrolyt

30

halbzellenförmiger Desorber

31

ionenleitende Membran

32

zweite Platin-Netzelektrode

33

Ableitung

34

zweiter Separator

Claims

1. Reversibles Elektrosorptionsverfahren zur potentialkontrollierten, selektiven Trennung zwischen elektrosorbierenden (S) und nichtsorbierenden (NS) Komponenten eines in einem Elektrolyten löslichen Stoffgemisches (M) mit einer zyklischen Abwechslung zwischen einem Adsorptionsschritt (A), bei dem an zumindest einem Adsorptionsort (AL) ein Adsorbens (AD) beladen wird, und einem zugeordneten Desorptionsschritt (D), bei dem das beladene Adsorbens (AD) regeneriert wird, dadurch gekennzeichnet, dass
der Desorptionsschritt (D) an einem oder mehreren Desorptionsorten (DL1. . .DLn) gleichzeitig durchführbar ist, die von dem zumindest einen oder von mehreren Adsorptionsorten (AL1. . .ALn), an denen der Adsorptionsschritt (A) gleichzeitig durchführbar ist, örtlich getrennt sind,
das Adsorbens (AD) zwischen den getrennten Adsorptions- und Desorptionsorten (AL1. . .ALn, DL1. . .DLn) in einzelnen Transferschritten (TF1. . .TFn) transportiert wird und dass
eine der Anzahl der vorgesehenen getrennten Adsorptions- und Desorptionsorte (AL1. . .ALn, DL1. . .DLn) entsprechende Anzahl von separaten Verfahrensdurchläufen (PR1. . .PRn) zeitparallel mit einem minimalen Versatz von jeweils zwei Verfahrensschritten (A + TF bzw. D + TF) zueinander kontinuierlich durchlaufbar sind.

2. Reversibles Elektrosorptionsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensdurchlauf (PR1. . .PRn) der Adsorptionsschritt (A) an einem oder mehreren Adsorptionsorten (AL1. . .ALn) und der Desorptionsschritt (D) an einem oder mehreren Desorptionsorten (DL1. . .DLn) paarweise (P1. . .Pn) alternierend oder sektionsweise (SKA, SKD) sukzessive unter Einbeziehung von Transferschritten (TF) mehrfach kontinuierlich durchlaufen werden.

3. Reversibles Elektrosorptionsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass einem oder mehreren Adsorptionsorten (AL1. . .ALn) das Stoffgemisch (M) zugeleitet und von einem oder mehreren Desorptionsorten (DL1. . .DLn) die elektrosorbierende Komponente (S) abgeleitet wird.

4. Reversibles Elektrosorptionsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stoffgemisch (M) linear durch mehrere Adsorptionsorte (AL1. . .ALn) nacheinander geleitet wird.

5. Reversibles Elektrosorptionsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrosorbierende Komponente (S) linear durch mehrere paarweise zugeordnete Adsorptions- und Desorptionsorte (P1. . .Pn) alternierend geleitet wird.

6. Reversibles Elektrosorptionsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stoffgemisch (M) und die elektrosorbierende Komponente (S) im Gegenstrom zueinander geleitet werden.

7. Reversibles Elektrosorptionsverfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Potentialverlauf (ΔU) über aufeinanderfolgende Adsorptions- und Desorptionsorte (AL1. . .ALn, DL1. . .DLn) schrittweise gegengleich verläuft.

8. Vorrichtung zur Ausführung des reversiblen Elektrosorptionsverfahren zur potentialkontrollierten, selektiven Trennung zwischen elektrosorbierenden (S) und nichtsorbierenden (NS) Komponenten eines in einem Elektrolyten löslichen Stoffgemisches (M) mit einer zyklischen Abwechslung zwischen einem Adsorptionsschritt (A) und einem Desorptionsschritt (D) an einem Adsorbens (AD) mit einer an eine Spannungsquelle angeschlossenen, mehrere Elektroden aufweisenden Elektrodenanordnung und zumindest einer Elektrolytkammer nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die zumindest eine Elektrolytkammer (3, 21) als Adsorber ausgeführt ist,
zumindest eine weitere Elektrolytkammer (4, 30) vorgesehen ist, die als Desorber ausgeführt ist,
den zumindest beiden Kammern (3, 21; 4, 30) jeweils eine Elektrode (7, 8; 24, 32) zugeordnet ist und dass
ein oder mehrere Paare (P1. . .Pn) oder Sektionen (SKA, SKD) von Adsorbern (3, 21) und Desorbern (4, 30) vorgesehen sind.

9. Vorrichtung zur Ausführung des reversiblen Elektrosorptionsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorber (3) und Desorber (4) als identische Kreissegmentzellen ausgebildet sind und in Kreisanordnung einen drehbaren Zylinder (5) druckdicht umschließen, in dessen Oberfläche eine der Anzahl (n) von Adsorbern (3) und Desorbern (4) entsprechende Anzahl (n) von über Schleifkontakte (9, 10) mit der Spannungsquelle (11) verbindbaren Elektroden (7, 8) eingearbeitet sind, die die jeweilige Berührungsfläche der einzelnen Kreissegmentzellen (3, 4) mit dem Drehzylinder (5) bilden und an ihrer Oberfläche das Adsorbens (12) aufweisen.

10. Vorrichtung zur Ausführung des reversiblen Elektrosorptionsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorber und Desorber als identische Röhrenzellen ausgebildet sind und in Kreisanordnung an einen drehbaren Teller druckdicht anschließen, in dessen Oberfläche eine der Anzahl von Adsorbern und Desorbern entsprechende Anzahl von Elektroden eingearbeitet sind, die die jeweilige Berührungsfläche der einzelnen Röhrenzellen mit dem Drehteller bilden und über Schleifkontakte mit der Spannungsquelle verbindbar sind.

11. Vorrichtung zur Ausführung des reversiblen Elektrosorptionsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Adsorber (21) und Desorber (30) vorgesehen sind, deren Elektroden (24, 32) ein pulverförmiges, im Elektrolyten (23) dispergiertes Elektrodenpulver (22) als Adsorbens aufweisen, und jedem Adsorber (21) und Desorber (30) ein Separator (26, 34) zur Trennung von Elektrodenpulver (22) und jeweils rückführbarer Elektrolytflüssigkeit (23, 29) zugeordnet ist, der im jeweiligen Transferschritt in den Verfahrensablauf einbezogen ist.

12. Vorrichtung zur Ausführung des reversiblen Elektrosorptionsverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Adsorber (3, 21) und Desorber (4, 30) über ionenleitende Kontakte (6, 31) miteinander oder untereinander verbunden sind.

13. Anwendung des reversiblen Elektrosorptionsverfahren zur potential kontrollierbaren, selektiven Trennung zwischen elektrosorbierenden (S) und nichtsorbierenden Komponenten (NS) eines in einem Elektrolyten löslichen Stoffgemisches (M) mit einer zyklischen Abwechslung zwischen einem Adsorptionsschritt und einem Desorptionsschritt an einem Adsorbens, dadurch gekennzeichnet, dass geeignete gasförmige Stoffgemische (M) eingesetzt werden zur Reinigung ihrer nichtsorbierenden Gasgemischkomponente (NS) oder zur Anreicherung oder zur Partialdruckerhöhung ihrer elektrosorbierenden Gasgemischkomponente (S).

14. Anwendung des reversiblen Elektrosorptionsverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass gasförmiges Kohlendioxid (CO₂) als elektrosorbierende Komponente (S) im Gasgemisch (25) enthalten ist.