DE2056784A1

DE2056784A1 - Verfahren und Elektrolytzelle zur Iono phorese einer verdünnten Elektrolytlosung

Info

Publication number: DE2056784A1
Application number: DE19702056784
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: KASHII K
Current assignee: KASHII K
Priority date: 1969-11-20
Filing date: 1970-11-18
Publication date: 1971-06-03
Also published as: DE2056784B2; US3686088A; FR2069673A5; JPS4934910B1; GB1302787A

Description

Kenjiro KASHII , Nakano~ku, Tokyo / Japan

Verfahren und Elektrolytzelle zur lonophoreee einer verdünnten ElektrolytIUsung·

Sie Trennung einer Elektrolytlösung durch Konzentration an einem Pal eines Crleiohstromfeldes und Verdünnung am anderen Pol eines solchen PeIdea wurde praktisch durch lonophoreee unter Verwendung einer halbpermeablen Membran» von Ionenaustaueeherhars oder lonenaustauschermembranen durchgeführt« Mit diesem Verfahren jedoch erfordert die Präparierung eines teueren Harzes oder einer Membran erhebliches Körnten und dementsprechend» Vorkehrungen und dessen bzw. deren Ersatz macht eine seitweise Unterbrechung der Arbeit erforderlich· Darüber hinaus bedeutet die Regenerierung eines verbrauchten Harzes oder die Reaktivierung einer Membran

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einen beachtlichen Aufwand.

Erfindungsgemäß aoll ein industrielles Verfahren der lonophorese und eine Einrichtung hierfür geschaffen werden, die ein kontinuierliches Arbeiten mittels eines einfachen Verfahrens ermöglicht, ohne daß ein teueres Harz oder eine teuere Membran benötigt wurden, die schwer zu Handhaben sind, wie diea beim Stand der Technik der Pall war.

Erreicht wird dies erfindungsgemäß unter Verwendung eines spezifischen mehrphasigen Wechselatrons anstelle des üblicherweise verwendeten Gleichstroma. Es wurde nämlich ein Verfahren der lonophorese zur Behandlung einer Elektrolytlösung gefunden, daa sich dadurch auszeichnet, daß man eine verdünnte Elektrolytlösung mit einer elektrischen leitfähigkeit von 1 bis 2000 Mikroohm pro Zentimeter unter Verwendung eines Y/ahseIstroms elektrolyeiert, dessen Phasensahl, Elektrolytspannung und Frequenz 2 bis 6, bzw. 0,2 bis 10 Volt bzw. 0,4 bis 60 Per. pro Minute jeweils betragen, wobei diese Elektrolytspannung an mehrere Anordnungen poröser Piattenelektroden für einen parallelgeschalteten mehrphasigen Wechselstrom gelegt wird.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen

Fig. 1 eine schematiaohe Anordnung einer Elektrolytzelie nach einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;

2 ist eine Draufsicht auf eine modifizierte Elektrolytzelle im Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 3;

3 ist eine echematieche Schnittdarstellung der Pig. 2 und

Pig. 4 zeigt eine vergrößerte Draufsicht im Schnitt durch eine andere modifizierte Elektrolytzelle nach einer weiteren

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JIfI

Aus führ tangs form der Erfindung.

Gefunden wurde erfindungsgemäß ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ionophorese, das ist die ionische Cataphorese einer verdünnten Elektrolytlösung, die eich dadurch auszeichnet, daß ein spezifischer mehrphasiger Wechselstrom angelegt wird.

Das Prinzip des erfindungsgemäßen "terfahrens ist wie folgt, V/ird ein spezifischer mehrphasiger Wechselstrom an mehrere Anordnungen poröser parallel geschalteter Plattenelektroden gelegt, so "bewegen sich die positiven und negativen Ionen einer Elektrolytlösung gemeinsam in der gleichen Richtung mit zyklischer Änderung der Elektrodenpolarität. Daher stellt sich über die Elektrolytzelle ein Elektrolytkonzentrationsgradient ein, wobei man konzentrierten Elektrolyten von einein Auslaß der Zelle und im wesentlichen gereinigtes Wasser vom andere"n erhält.

Der erfindungBgeraäß verwendete spezifische mehrphasige Wechselstrom sollte 2 bis 4 Phasenj 0,4 bis 20 Elektrolytyolt und 0,1 bis 60 Perioden pro Hinute aufweisen. Experimente haben gezeigt, daß dann, wenn der Wechselstrom diese Bedingungen nicht erfüllt, die Ionophorese tatsächlich oder v/irksam nicht durchgeführt werden kann. Eine besondere Begrenzung hinsichtlich der Wellenform des Wechselstroms ist nicht gegeben^ die rechteckige Wellenform bifibet den höchsten Wirkungsgrad«

Das Verfahren läßt sich mit füllenden Vorrichtungen z.B. durchführen.

Die Elektrolyt ze lie nach Fig. 1 umfaßt 3 Anordnungen a-b-c, d-e-f und g-h-i rechteckiger poröser Plattenelektroden 6 für dreiphasigen Wechselstrom, die parallel geschaltet sind und linear einander in einem abgedichteten Behälter 4 überlagert sind, wobei ein Isolierochirm oder ein Isoliernetz 5 (insulating screen) hierzwischen gesetzt ist. Eine verdünnte Elektrolytlösung wird an einem Einlaß 1 eingeführt, während ein konzentrierter Elektro-

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lytliquor an einem Auslaß 2 oder 3 und demineralisiertes oder gereinigtes Wasser an dem anderen gegenüberliegenden Auslaß 5 oder2 ausgetragen wird. Die Plattenelektroden 6 sind parallel an dreiphasige Stromquellen 7_t 8 und 9 angeschlossen· D.h. eine Anordnung a-d-g der Elektroden ist mit der Quelle 7» die Anordnung b-e-h mit der Quelle 8 und die Anordnung c-£-i mit der Quelle 9 verbunden.

Wenn die Dreiphasen-StroincLuellen I₁ 8 und mit den Elektroden verbunden sind, wobei die Polaritäten dieser Quellen so gewählt sind, daß die Spitaenspannung jeder Phase zyklisch in der Eeihenfolge 7, 8 und 9 auftritt, so variiert die Verteilung der psoitiven und negativen Polaritäten der Elektroden entsprechend der vorhergehenden Änderung der elektrischen Winkel wie in Eafel 1 unten gezeigt.

Tafel 1

Verteilung positiver und negativer Polaritäten in den Elektroden

Elektrischer Winkel

Elektrodensymbol (Grad) abcdeijrni

60 120 180 240 300 360

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— ρ —

Vie in Tafel 1 dargestellt sorgt der zeitliche Anstieg im elektrischen Winel dafür, daß die Anordnung der positiven und negativen Spannungen der Elektroden variiert, so daß die negative Spannung der zwischen positiven Elektroden liegenden Elektroden sowie die positiv© Spannung der zwischen negativen Elektroden liegenden Elektroden allmählich nach reohts sich verschiebt·

Wenn in diesem !Fall eine verdünnte Elektrolytlösung bei Benutzung dieser Zelle elektrolyslert wird, ao wird die Frequenz des Wechselstroms so gewählt, daß die Ionen veranlaßt werden, im wesentlichen vollständig Über die Elektroden inter einem elektrischen Winkel von 60° abhängig von ihrer Bewegungsgeschwindigkeit bsüglicb der Feldstärke au wandern und die negativen und positiven Ionen des Elektrolyten somit eine größere Chance haben, weiter und nach rechts zu wandern, So bietet der Elektrolyt eine derartige Gradientenkonzentration, in der er hauptsächlich auf der rechten Seite konzentriert ist, wogegen diese Konzentration auf der linken Seite stark vermindert ist« Wenn daher die Elektrolytzelle richtig auegelegt ist, wird eine verdünnte jilektrolytlösung, die langsam und kontinuierlich in die Zelle am Einlaß 1 eingeführt wird, einer lonophoresewirkung ausgesetzt und in konzentrierter 3?orm am Auslaß 3 abgezogen und im wesentlichen gereinigteß Waeser taitt am Auslaß 2 aus·

Die Konzentration einer nach dem erf indungagemäSen Verfahren zu elektryliaierenden Rohelektrolytlösung ist bestimmten Begrenzungen unterworfen« \Ιβώχι eine Elektrolytlösung von der Art ist, daß große Mengen Gas wie Sauerstoff, Wasserstoff oder Chlor bei der Elektrolyee auftreten, ao.wird es schwierig, die Vorrichtung mit Einrichtungen zum Entfernen dieses Gases zu versehen, woduroh die Gefahr einer Vermischung von Sauerstoff und Wasserstoff bei gleichzeitiger Explosion

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heraufbeschworen wird. Solange die erzeugen Mengen solch eines Gases winzig sind, ist die praktische Zerstörung gering· Experimente zeigen, daß eine im wesentlichen von der Gaoentwicklung bei der Elektrolyse freie Rohelektrolytlösung eine elektrische leitfähigkeit von 1 bis 2000 Mikroohm pro Zentimeter aufweisen sollte.

Die Figuren 2 und 5 zeigen zusammen eine Modifikation der Elektrolytzelie nach der Erfindung« Um eine Kernsäule 10 sind drei lange poröse Elektrodenbahnen 6 mit drei langen isolierenden Schirmen oder Netzen 5 sandwiohartig hierzwischen gewickelt. Diese Elektroden-Schirmanordnung wird in einem Behälter 4 aufgenommen, der mit einem Einlaß 1 für .eine Rohelektrolytlösung und zwei Auslässen 2 und 3 für die elektroliysierten !Flüssigkeiten versehen ist. Drei Loiter 7, 8 und 9 von drei nicht dargestellten Weohselstromquellen sind an drei Elektroden a, b bzw· ο angeschlossen· Der Behälter 4 ist hermetisch mit einer Kappe 11 und einem Gummistopfen 12 abgedichtet« In Pig. 3 ist nur schematises die Elektro-Schlrmanordnung der Pig. 2 angedeutet.

Eine Rohelektrolytlösung wird kontinuierlich am Einlaß 1 eingeführt und der genannten spezifischen Ionophoresewirkung in einem Dreiphasen-Wechaelstromfeld bei Durchlauf zwischen den Elektroden 6 ausgesetzt. Im wesentlichen gereinigtes, In Zellenmitte gesammeltes V/asser wird am Auslaß 2 abgezogen und ein konzentrierter elektrolyaierter Liquor, der axt der Zeilenbreite gesammelt wurde, wiä am Auslaß 3 ausgetragen. Ist die elektrische Verdrahtung so ausgelegt, defl die Polaritäten der Stromquellen umgekehrt werden, dann tritt der konzentrierte eiektrolysierte Liquor am Auelaß 2 und dae im wesentlichen gereinigte V/aeser am Auelaß 3^aufl.

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Pig. 4 zeigt eine andere Modifikation der Blektrolytzelle. An drei Stromquellen 7, θ und 9 sind parallel, wie in Fig· 1 3 konzentrisch angeordnete Anordnungen poröser zylindrischer Elektroden 6 für Dreiphäsen-V/echseIstrom mit hierawischen eingefügten isolierenden poröeen Zylindern 5 geschaltet* Die Schaltungen der Elektroden a, b, o, d, e, f, g, h und i an die Slektfodenquellen 7*8 und 9 sind genauso wie die in Pig· I beschriebenen»

Verfahren und Vorrichtung nach der Erfindung ermöglichen die kontinuierliche Ionophorese über eine lange Periode durch einfache Betätigung ohne Verwendung irgendeines üblichen teueren Ionenaustauscherharzeβ oder einer disbeeüglichen Membran, die in der Handhabung schwierig sind. Die erfindungsgemäße Maßnahme hat breite industrielle Anwendungsmöglichkeiten wie z.B. die Erzeugung reinen Wassers aus Seewasser, die Konzentration von Seewasser,Entfernung besonderer winziger in einer Lasung enthaltener 3ubBtanzen, Reinigung von flüssigen "Abwässern" aus Anlagen und Wiedergewinnung nutzbarer Materialien hiervon.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung ohne sie zu begrenzen»

Beispiel 1

Der Versuch wurde durchgeführt zur Reinigung von Grundwasser unter Verwendung einer Elektrolytaelle der in Fig· 1 gezeigten Bauart. Die verwendeten Elektroden bestanden aus 90 korrosionsbeständigen Drahtkalibernetzen rechtekiger Gestalt von 2 om χ 15 cm Abmessung. Zwischen die Elektroden wurden dünne Pilzbahnen gleicher Gestalt aus isolierendem Material eingeführt. Kontinuierlich wurde in die Zelle Grundwasser mit einer elek-

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— σ —

trischen Leitfähigkeit von 250 Mikroohm pro Zentimeter bei 20° G bei einem Durchsatz von 2 ecm pro Minute , uater Verwendung einer Dreiphasen-Wechselstromquelle von 6 Volt und 6 Perioden pro Minute mit rechteckiger Wellenform eingeführt. Als Ergebnis erhielt man kontinuierlich 1 ecm pro Himit· an gereinigtem Wasser mit einer elektrischen leitfähigkeit von 12 Mikroohm pro !Zentimeter bei 20⁰G und 1 ecm pro Minute an konzentriertem Liquor mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 530 Mikroohm pro Zentimeter bei der g3e ichen Temperatur. Der elektrische Strom schwankte zwischen 2,5 und 3*4 Ampere.

Eine dreiphasige elektrische Stromquelle mit rechteckiger Wellenform, die für die Vorrichtung nach der Erfindung verwendet wurde, kann vorgesehen sein, indem ein Hot or mit zwei halbzylindrischen leitern in Drehung versetzt wurde, der auf einem Zylinder isoliert gelagert ist, wobei der Eotor durch einen Schleifring mit den positiven und negativen Klemmen einer Gleichstromquelle verbunden ist und der Strom mittels einer Bürste an drei Stellen unter einem Abstand von 120° tFmfangöwinkel gesammelt wurde»

Beispiel 2

Verwendet wurde eine Elektrolytselle der gleichen Konstruktion und Abmessung wie in Beispiel 1 · Kontinuierlich in die Zelle wurden 1,5 ecm pro Minute destillierten Wassers mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 2,1 Mikroohm pro Zentimeter bei 20 G unter Verwendung einer dreiphasigen Wechselstromquelle von 8 Volt und β Perioden pro Minute mit einer rechteckigen Wellenform eingeführt. Als Ergebnis wurden kontinuierlich 0,5 com pro Hinute extrem gereinigten Wassers mit einer elektrischen Leitfähigkeit von o,8 Hikroohm pro Zentimeter bei 20⁰G und 1,0 com pro Minute Abfluß mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 2,9 Mikroohm pro Zentimeter bei der gleichen Temperatur erhalten. Der elektrische Strom schwankte ewIsehen 0,12 und 0,20 Ampere.

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Beispiel 5

Sie Iontophorese verdünnten salzhaltigen Wassers unter Verwendung der gleichen Zelle wie in Pig· 2 und 3 dargestellt wurde durchgeführt« Verwendet wurden laminierte Streifen bestehend aus drei rechteckigen Drahtkalibernetaen mit den Abmessungen 10 cm χ 300 cm, wobei Japanpapier der gleichen Größe hier» zwischen eingeführt wurde. Diese laminierte Anordnung wurde spiralförmig um eine GlassMule von θ mm Durchmesser gewickelt, wobei die 10 cm Seite parallel zur Acter der Glaasäule positioniert war. Alle diese wurden, in einen zylindrischen Glasbehälter von 17 mm Innendurchmesser eingesetzt« Kontinuierlich wurden in die Zelle 0,6 ecm pro Minute an 50-faoh verdünntem Meereswasser mit einer elektrischen leitfähigkeit von 750 Mikroohra pro Zentimeter bei 20° C unter Verwendung einer dreiphasigen Wechselstromquelle von 7 Volt und 0,36 Perioden pro Minute von rechteckiger Wellenform geleitet. Kontinuierlich erhielt man 0,15 com pro Minute an im wesentlichen gereinigtem Wasser mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 240 Mikroohm pro Zentimeter bei 20⁰C und 0,45 ecm pro Minute an Abwasser mit einer elektrischen leitfähigkeit von 900 Mikroohm pro Zentimeter bei der gleichen Temperatur. Der elektrische Strom schwankte zwischen 0,5 und 0,7 Ampere.

Beispiel 4

Verwendet wurde eine Elektrolytzelle der gleichen Konstruktion und Abmessung wie die in Beispiel 3«Kontinuierlich in die Zelle wurden 0,6 ecm pro Minute an aus der Wasserleitung kommendem Wasser mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 68 Mikroohm pro Zentimeter bei 20⁰C unter Verwendung einer dreiphasigen Wechselstromquellt von 4 Volt und 2,5 Perioden pro Minute mit einer rechteckigen Wellenform eingebracht. Kontinuierlich wurden 0,45 com pro Minute konzentrierten mit αΛηαν fl1ftlrbr1«rvhftn T?«1tfHh-lgk-fHt vnn ?O4 MITrrn-

ohm pro Zentimeter bei 20⁰C und 0,15 ecm pro Minute an ge-

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reinigten» Wasser mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 24 Mikroohm pro Zentimeter bei der gleichen Temperatur erhalten· Der elektrische Strom schwankte zwischen 0,15 und 0,3 Ampere.

Patentansprüche

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Claims

!Patentansprüche

1 · Verfahren zur Ionophorese einer verdünnten Elektrolytlösung, dadurch gekennzeichnet, daß elae verdünnte Elektrolytlösung mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 1 bis 2000 Mikroohm pro Zentimeter unter Verwendung von Wechselstrom elöktrolysiert wird, dessen Phasenanzahl, Elektrolyt spannung und Frequenz

2 bis 6 bzw· 0,4 bis 20 Volt und 0,1 bie 60 Perioden pro Hinute beträgt, wobei diese Elektrolyt spannung an eine Vielzahl von Anordnungen poröser Plattenelektroden für parallel-geschalteten mehrphasigen Wechselstrom gelegt wird·
2. Verfahren zur lonophorese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS der Wechte elatrom rechteckige Wellenform aufweist,
3. Elektrolyt zelle zur Ionophorese einer verdünnten Elektrolytlösung, gekennzeichnet durch mehrere Anordnungen oder Gruppen poröser Plattenelektroden für parallel-geschalteten mehrphasigen Wechselstrom; isolierende zwischen diese Elektroden gebrachte Schinne; einen abgedichteten Behalter, in dem diese Elektroden und Schirme angeordnet sind und/welchem eine verdünnte Elektrolytlösung eingeführt wird, wobei der Behälter mit einen Einlaß für diese Lösung und swei Auslässen für elektrolysierte Liquors versehen ist; und durch Einrichtungen gum Verbinden dieser Elektroden ait einer elektrischen Quelle für mehrphasigen Wechselstrom·

4· Elektrolyt zelle zur Ionophorese nach Anspruch 3, dadurch gekennzlchnet, daß Elektroden und Abschirmungen viereckige Gestalt aufweisen·

5·. Elektrolytzelle aur Ionophorese nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattenelektroden und Schirme abwechselnd in konzentrischer zylindrischer Porm Überlagert angeordnet sind·

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6« Elektrolytzelle zur lonophore na oh Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden und Schirme abwechselnd gestapelt und um eine Kernsäule spiralförmig gewickelt sind-

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BAD ORiOiNAL

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