DE2534357C2 - Elektrochemischer Reaktor zur Abscheidung von Ionen auf einer Arbeitselektrode - Google Patents

Description

bereichs 30 gebracht wird. Zweckmäßigerweise sind die Kohlenstoffasern 27 eng gebündelt und haben eine mit der Länge des Hauptbereiches 30 vergleichbare Länge. 1st das Ringelement 36 in seine Lage im Hauptbereich 30 gebracht, wird das Druckelement 38 in das Ringelement 36 geschraubt, wozu ein Schlüssel in Eingriff mit dem quadratischen Abschnitt 40 des Druckelementes 38 gebracht wird. Dadurch erzeugt man eine Kompression der Kohlenstoffasern 27, die ausreicht, um diese in Druckberührung miteinander zu halten, da sie trotz ihres geringen Durchmessers für ihre Größe ziemlich starr sind Bei ausreichender Füllung des Gehäuses 29 stehen die Fasern somit in Eingriff miteinander, wenn an einem Ende des Gehäuses 29 eine Druckkraft aufgebracht wird, und zwischen den Fasern wird ein elektrischer Kontakt sichergestellt Da der elektrische Widerstand der Fasern vernachlässigbar klein ist und da sich viele Berührungen zwischen jeder Faser und benachbarten Fasern ergeben, entsteht außerdem über die Fasern ein konstantes elektrisches Potential. Ist die Kompression bzw. das Zusammendrücken erfolgt, wird das Anschlußelement 14 in Eingriff mit dem Druckelement 38 gebracht und die Kontermutter 42 aufgeschraubt, die sowohl das Druckelement 38 als auch das Anschlußelement 44 in ihrer Lage hält

Im Gebrauch wird eine Spannungsquelle entsprechend dem durchzuführenden Verfahren benutzt Sollen Kationen gesammelt werden, ist die Arbeitselektrode 26 die Kathode, und wenn andererseits Anionen gesammelt werden sollen, wird die Arbeitselektrode als Anorde benutzt.

Ohne Abweichung von der Erfindung kann die Form der Arbeitselektrode 26 in weiten Grenzen verändert werden. Die Länge der Fasern liegt vorzugsweise in der Größenordnung der Länge des Hauptbereiches 30. Die Länge der Fasern kann jedoch unter Beibehaltung ausreichender elektrischer Kontakte zwischen den Fasern verändert werden, ohne daß der Elektrolytfluß zwischen den Fasern stark beeinträchtigt wird Es ist klar, daß bei Verringerung der Faserlänge eine Größe erreicht werden kann, bei der die Verdichtung der Fasern den Elektrolytfluß erheblich beeinträchtigt

Es hat sich gezeigt, daß Kohlenstoffaser-Elektroden der beschriebenen Art im wesentlichen infolge des vernachlässigbaren elektrischen Widerstandes innerhalb jeder der Fasern ganz besonders wirksam sind, so daß sich in den Fasern ein im wesentlichen konstantes Potential erreichen !äßt Die besonders gute Wirksamkeit beruht auch darauf, daß sich durch Verwendung dieser Fasern bei einer gegebenen Elektrodengröße ein extrem großer Oberflächenbereich ergibt. Jede dieser Fasern hat typischerweise einen Durchmesser von etwa 5 bis 15 μπΊ, obwohl auch andere Größen erhältlich sind. Die Fasern werden in Form eines Stranges vertrieben, der jeweils 5000 oder 10 000 Fasern enthält Es ist daher zweckmäßig, für eine Elektrode der vorstehend beschriebenen Art einen Teil des Stranges zu nehmen, ihn in einen Behälter, etwa ein Gehäuse 29 einzusetzen und dann eine Endkraft aufzubringen, so daß die Fasern in enge elektrische Berührung miteinander gedrückt werden. Für eine vorgegebene Gehäusegröße wird jedoch , die Massenübertragung verringert, wenn sich der Querschnitt der Fasern vergrößert, da dann der Oberflächenbereich herabgesetzt wird.

Es hat sich auch gezeigt, daß die Kohlenstoffasern Eigenschaften aufweisen, die für die allgemeine Wirksamkeit elektrochemischer Vorgänge und Verfahren unerwartet vorteilhaft sind. Die Fasern haben niedrige Adsorptionswerte und neigen dazu, innerhalb verhältnismäßig großer Potentialbereiche frei von schädlichen Schichtbildungen auf der Faseroberfläche zu bleiben. Somit lassen sich durch diese Eigenschaften in Kombination mit dem von den Fasern gebildeten großen Oberfläcbenbereich pro Volumeneinheit der Elektrode verhältnismäßig hohe Massenübertragungsraten erreichen. Eine weitere wichtige Eigenschaft Ist das günstige Überspannungsverhalten. Die Wasserstoff- und Sauer-Stoffüberspannungen sind insbesondere bei neutralen Lösungen groß, so daß Kohlenstoffasern über einen erheblichen Potentialbereich sowohl als Anode als auch als Kathode benutzt werden können. Dies ermöglicht an einer Kohlenstoffaser-Elektrode eine große Anzahl

is elektrochemischer Reaktionen.

Obwohl in dem beschriebenen elektrochemischen Reaktor 20 keine elektrochemische Membran benutzt wurde, ist es klar, daß eine derartige Membran eingesetzt werden kann, wenn dies für bestimmte Vorgänge oder Verfahren erforderlich ist Soll ein Reaktor ohne kontinuierlichen Elektrolytstrom betrieben werden, so kann dieser diskontinuierlich mittels Einlaß 56 und Auslaß 24 bewegt werden.
Für einige elektrochemische Prozesse kann der in F i g. 1 dargestellte Reaktor ungeeignet sein. In den Fig.2 bis 4 sind daher andere Ausführungsbeispiele von Reaktoren beschrieben.

Wie F i g. 2 zeigt, wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Arbeitselektrode 58 in Form einer Matte verwendet, die aus vielen Kohlenstoffasern besteht und in einem geneigten Behälter 60 angeordnet ist Einige der Fasern erstrecken sich aus dem Behälter 60 heraus, um einen Anschluß 62 zur Verbindung mit einer Spannungsquelle 63 zu bilden. Die Spannungsquelle 63 ist auch an eine plattenförmige Gegenelektrode 64 angeschlossen.

Der Elektrolyt der beispielsweise ein Abwasser o. ä. sein kann, fließt von einem Einlaß 66 in den Behälter 60 und vermengt sich mit der Arbeitselektrode 58, bevor er durch den Auslaß 68 austritt. Die Verweilzeit wird durch die Volumenrate der Strömung durch den Einlaß 66 gesteuert Die Strömungsrate darf jedoch nicht zu groß sein, da sonst die Kohlenstoffaser-Elektrode brechen und aus dem Behälter 60 herausgedrückt werden könn-

Das in F i g. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Reaktors 70 zeigt eine obere Hälfte 72 und eine untere Hälfte 74, die zusammen einen Hohlraum 76 bilden, in dem eine Vielzahl von Kohlenstoffasern 78 vorgesehen ist. Diese Fasern liegen im wesentlichen nebeneinander, und einige von ihnen erstrecken sich aus dem Hohlraum 76 heraus, um so eine Verbindung 80 für eine Spannungsquelle 81 zu ermöglichen. Die obere Hälfte 72 weist eine Sammelöffnung 82 zur Zufuhr des Elektroly-

ten zu vielen kleinen Öffnungen 84 auf, von denen einige gezeigt sind, die mit dem Hohlraum 76 in Verbindung stehen. Die Öffnungen 84 sind klein, um einen gleichmäßigeren Überlauf des Elektrolyten sicherzustellen und zu verhindern, daß der gesamte Elektrolytstrom zu einem Ende der Elektrode gelangt.

Nachdem rjie Fnsp.rn 78 Üb?rf!oSS?ü wurden, tritt der

Elektrolyt durch kleine Öffnungen 86 aus, die zu einer Sammelöffnung 88 in der unteren Hälfte 74 führen. Die öffnvng 88 enthält eine Gegenelektrode 90, die ebenfalls mit der Spannungsquelle verbunden ist.

Wie vorstehend bereits erwähnt, hängt die Wirksamkeit und die Genauigkeit der Steuerung der Elektrode vom Spannungsabfall in der Elektrode sowie auch vom

Oberflächenbereich ab, der in Berührung mit dem Elektrolyten ist Darüber hinaus sollte sich jedoch der Elektrolyt frei durch die Elektrode bewegen, während er einen größtmöglichen Oberflächenbereich der Elektrode berührt Eine besondere Form einer Kohlenstoffaser-Elektrode, die vorteilhafterweise eine derartige freie Bewegung des Elektrolyten ermöglicht, ist in F i g. 4 dargestellt Sie wird später im einzelnen erläutert werden.

Beispiele für die Verwendung einer Arbeitselektrode der in F i g. 3 gezeigten Art sind im folgenden angegeben. Alle erwähnten Elektrodenpotentiale sind gegen eine gesättigte Calomel-Elektrode gemessen.

Beispiel 1

Eine dunkelblaue Kupfersulfatlösung mit einer Konzentration von 10 000 ppm wurde in den Reaktor eingebracht Das Potential der Arbeitselektrode wurde auf

— 1,2 Volt gehalten, und die Abflußlösung war farblos, was anzeigte, daß das Kupfer an der Arbeitselektrode zurückgehalten worden war. Das Potential der Arbeitselektrode wurde dann auf +0,2 Volt umgeschaltet und die Lösung wurde blau, d. h. das Kupfer wurde von der Arbeitselektrode gelöst

Der Verbrauch wurde durch Zufuhr einer Kupfersulfatlösung mit i0 000 ppm zum Reaktor wiederholt, und wiederum war die Abgabelösung farblos. Elektrolyt enthaltendes Wasser wurde dann in den Reaktor eingegeben, und die Lösung war wiederum farblos. Bei weiterer Zufuhr von Wasser wurde das Potential der Arbeitselektrode auf +0,2 Volt umgeschaltet, und die Abgabelösung wurde blau, was eine Anzeige dafür war, daß das Kupfer von der Arbeitselektrode gelöst wurde.

Jede der Umsetzungen erfolgte in einer Verweilzeit von etwa 12 Sekunden. Daß die Abgabelösung in beiden Fällen farblos war, war ein Zeichen dafür, daß eine Verringerung von 10 000 ppm Kupfer auf weniger als 400 ppm stattgefunden hat Die Verweilzeit hängt in gewissem Umfang von der Dichte der Packung der Kohlenstoff asern ab.

Beispiel 2

Eine 250 ppm Blei enthaltende Lösung wurde in den Reaktor eingebracht Die Ausgangslösung wurde gesammelt und mittels der Atomabsorptionsspektrofotometrie analysiert Diese Analyse erfolgte in einem Atomabsorptionsspektrofotometer, das mit einem atomisierenden Mossman-Ofen ausgestattet war. Dabei ergaben sich die folgenden Ergebnisse.

Die Arbeitselektrode wurde auf einem Potential von

— 1,2 Volt gehalten, und die Abgabelösung hatte eine Konzentration von 0,2 ppm BIeL

Die gesamte Umsetzung innerhalb eines einzigen Durchlaufs mit einer Verweilzeit von etwa 12 Sekunden betrug daher 993%.

Beispiel 3

Das Beispiel 2 wurde mit Kupfer wiederholt Die Arbeitselektrode hatte ein Potential von —0,12 Volt, und als Eingangslösung wurde eine Kupfersulfatlösung verwendet die eine Konzentration von 250 ppm Kupfer hatte. Die Konzentration der Ausgangslösung betrug 4 ppm Kupfer. Somit entstand innerhalb einer Verweilzeit von 12 Sekunden während eines Durchlaufs eine Umsetzung von 98,4%.

Beispiel 4

Der Vorgang gemäß Beispiel 2 wurde für Nickel wiederholt, wobei Nickelchlorid und ein Arbeitspotential von —1,6 Volt verwendet wurden. Die Eingangslösung hatte eine Konzentration von 250 ppm Nickel und die Ausgangslösung eine Konzentration von 20 ppm. Somit wurde bei einer Verweilzeit von etwa 12 Sekunden in einem einzigen Durchlauf eine Umsetzung von 92% erzielt.

Untersuchungen haben gezeigt, daß die elektrochemische Reduktion von Nickel an Kohlenstoffaser- Elektroden sich von der Reduktion der anderen Metalle der vorstehenden Beispiele unterscheidet. Die Kinetik der Reaktion ist langsamer. Dies würde den niedrigeren Umsetzungsfaktor von 92% in 12 Sekunden erklären. Mit einer längeren Verweilzeit läßt sich in einem Durchlauf eine bessere Umsetzung erreichen, wenngleich der erzielte Umsetzungsfaktor unter Berücksichtigung der kurzen Verweilzeit im Reaktor sehr zufriedenstellend

Beispiel 5

Lösungen mit 500 ppm und 100 ppm Cadmium wurden in den Reaktor eingegeben, und die Ausgangslösung wurde durch eine on-line Spannungsmessung überwacht Die Umsetzung mit einer auf —1,4 Volt liegenden Arbeitselektrode betrug 99%.

Man erkennt daß die Ergebnisse der Beispiele Wirksamkeiten in der Größenordnung von 99% bei einer Verweilzeit von 12 Sekunden zeigen. Dies ist sowohl eine Folge der möglichen genauen Steuerung des Potentials über der Elektrode infolge des vernachlässigbaren Widerstandes der Kohlenstoffasern als auch des großen Verhältnisses von Oberflächenbereich zu Volumen der Elektrode. Somit sind zwei Hauptanforderungen an eine Elektrode zur Entfernung von Metallen aus einer Lösung mit der erfindungsgemäßen Elektrode erfüllt nämlich ein sehr großer Oberflächenbereich in Kombination mit einer gleichförmigen Potentialverteilung über dem Oberflächenbereich.

Die in F i g. 4 gezeigte Elektrode 92 besteht aus einem am oberen Endbereich in einer Kupplung 96 gehaltenen Strang 94. Diese Kupplung enthält außerdem eine nach oben gerichtete Anschlußklemme 98 zur Verbindung der Elektrode mit einer Spannungsquelle.

Der Strang 94 besteht aus einer Anzahl Kohlenstoffasern 100, die alle vorzugsweise im wesentlichen die gleiehe Länge haben und alle nebeneinander angeordnet sind. Die entsprechenden Enden der Fasern 100 enden am oberen Rand eines Kragens 102, der einen Teil der Kupplung 96 bildet Dieser Kragen 102 ist in festem Eingriff mit dem Strang 94 nach innen gebogen, so daß sich die einzelnen Fasern 100 innerhalb des Kragens 102 in elektrischem Kontakt miteinander befinden. Da der Kragen 102 leitfähig ist wird eine an die Klemme 98 gelegte Spannung über den Kragen 102 auf die einzelnen Kohlenstoffasern 100 übertragen, so daß das Potential jeder der Kohlenstoffasern 100 gleich dem aller übrigen Fasern ist Da darüber hinaus der Spannungsabfall in den Kohlenstoffasern 100 vernachlässigbar klein ist ist das Potential an jedem Punkt der Fasern im wesentlichen gleich dem an den Strang 94 angelegten Potential.

Es hat sich gezeigt daß Kohlenstoffaser-Elektroden der in F i g. 4 gezeigten Art infolge der vorstehend erwähnten Eigenschaften der Kohlenstoffasern und auch

infolge des in dauernder Berührung mit dem Elektrolyten stehenden extrem großen Oberflächenbereiches von ganz besonderer Wirksamkeit sind. Darüber hinaus liegen die Fasern bei Bewegung des Elektrolyten in dessen Strömungsbahn, wodurch eine maximale Kontaktzeit des entlang den Kohlenstoffasern fließenden Elektrolyten sichergestellt wird.

Die Kupplung 96 kann irgendeine geeignete Form haben, mit der die Fasern in einer Lage zueinander über einen bestimmten Bereich der Längserstreckung des Stranges einwandfrei zusammengehalten und ein Potential an die Fasern 100 angelegt werden kann. Tatsächlich ist ein einfaches Zusammenbinden des Stranges ausreichend, wobei die oberhalb der Bindestelle herausragenden Fasern als elektrischer Anschluß benutzt werden können. Die Kupplung 96 kann somit irgendeine Form haben, mit der die Fasern relativ zueinander zusammengehalten werden. Obwohl die dargestellte Kupplung 96 eine Anschlußklemme 98 aufweist, können unterschiedliche Anordnungen benutzt werden, beispielsweise das bereits erwähnte einfache Zusammenbinden.

Eine derartige Bindeanordnung 96a, die die Kupplung 96 aus Fig.4 ersetzt, ist in Fig.4a dargestellt. Diese Bindeanordnung 96a braucht nicht unbedingt leitfähig zu sein, und dadurch, daß sich zumindest einige der Kohlenstoffasern über die Bindeanordnung hinaus erstekken, läßt sich eine elektrische Verbindung 98a herstellen.

Die typische Verwendung einer Elektrode 92 (F i g. 4) ist in F i g. 5 dargestellt, wo die Verwendung der Elektrode für ein Gewinnungsverfahren gezeigt ist. Der Elektrolyt 104 wird durch einen Einlaß 106 zugeführt, so daß er zunächst in eine sich oberhalb der Elektrode 110 befindende Elektrolytführung 108 gelangt Die Elektrode 110 hat die gleiche Form wie die in Zusammenhang mit F i g. 4 beschriebene Elektrode. Die Elektrolytführung 108 ist am unteren Ende geöffnet, so daß der Elektrolyt nach unten durch die Kohlenstoffasern und dann entlang der Gegenelektrode 112, die ebenfalls im Innenraum eines Elektrolytbehälters 114 angeordnet ist, nach oben fließen kann. Nahe dem oberen Ende des Behälters 114 ist ein Elektrolytauslaß 116 vorgesehen, und eine Spannungsquelle 117 ist zwischen Arbeitselektrode 110 und Gegenelektrode 112 gelegt.

Im Gebrauch können sich die einzelnen Kohlenstoffasern im Strom des sich durch die Führung 108 abwärts bewegenden Elektrolyten frei biegen. Dadurch liegen die Fasern einzeln in dem sie umströmenden Elektrolyten. Der Strang nimmt dann eine Lage ein, wie sie gestrichelt in F i g. 5 angedeutet ist Infolge dieser Bewegung des Stranges besteht die Führung 108 vorzugsweise aus nicht leitfähigem Material, da sie den Strang ausreichend eng umschließen muß, um die Beeinflussung durch den Elektrolytstrom sicherzustellen. Auch wenn sich infolge des elektrochemischen Vorganges Metall auf den Fasern ablagert, ergibt sich zwischen den Fasern innerhalb der durch die Strömungsrate und das Fasergewicht gegebenen Grenzen eine Trennung.

Obwohl in Zusammenhang mit Fig.5 die Verwendung der Fasern für ein Gewinnungsverfahren erläutert ' wurde, ist es klar, daß ein Reaktor gemäß F i g. 5 auch zur Abflußbehandlung und -steuerung und zur elektroorganischen Synthese verwendet werden kann, wobei gegebenenfalls übliche Abwandlungen am Reaktor vorgenommen werden, etwa der Einsatz elektrochemischer Membranen oder einer dritten oder Bezugselektrode. So kann beispielsweise die Führung 108 eine elektrochemische Membran sein, wobei dann der Boden der Führung geschlossen wäre und ein gestrichelt angedeuteter Auslaß 119 benutzt würde. Entsprechend könnte eine elektrochemisch verträgliche Flüssigkeit über einen ebenfalls gestrichelt gezeigten Einlaß 121 zugeführt werden, und diese Flüssigkeit würde dann den Reaktor durch den Auslaß 116 verlassen.

In F i g. 6 ist eine weitere Form einer erfindungsgemäßen Elektrode 118 dargestellt. Diese Elektrode besteht aus einem Strang 120 aus einer Vielzahl von Kohlenstoffasern 122, die an fünf diskreten Stellen der Längserstreckung der Fasern mittels Kragen 124 zusammengehalten sind. An jeden Kragen 124 wird das gleiche Potential gelegt, so daß die längste elektrische Bahn sich von einem bestimmten Kragen zur Mitte der Kohlenstoffasern 122 zwischen diesem Kragen und einem benachbarten Kragen erstreckt.

Die in F i g. 6 gezeigte Elektrode 118 wird zweckmäßigerweise in einem Reaktor 126 gemäß F i g. 7 benutzt Der diesem Reaktor zugeführte Elektrolyt 128 wird von Führblechen 130 auf die Arbeitselektrode 132 geleitet, die die in F i g. 6 dargestellte Form hat. Diese Elektrode liegt quer zur Strömungsrichtung, und der Strang ist zwischen den Kupplungen 124 etwas gelockert, um eine geringfügige Queroszillation der Fasern zu ermöglichen, wenn der Elektrolyt über die Fasern fließt Danach bewegt sich der Elektrolyt die Elektrode 132 verlassend nach unten und entlang einer Gegenelektrode 134 unter einem vertikalen Hauptleitblech 136 entlang, das sicherstellt, daß der Elektrolyt sich zunächst nach unten auf die Gegenelektrode und dann nach oben zurück in einem Strom 138 bewegt. Wie dargestellt, ist außerdem eine entsprechende Spannungsquelle 139 vorhanden.
Elektrochemische Reaktoren werden hauptsächlich in kontinuierlichen Verfahren eingesetzt, in denen der Elektrolyt in der in Zusammenhang mit den F i g. 5 und 7 beschriebenen Weise kontinuierlich ausgetauscht wird. Bei einem Reaktor, bei dem der Elektrolyt nicht ausgetauscht wird, ist jedoch eine Führung, etwa eine Elektrolytführung 108 gemäß F i g. 5 nicht erforderlich. In diesem Fall wäre die Elektrode 110 in einem ausreichenden Abstand von der Gegenelektrode 112 angeordnet, um einen Kurzschluß zu verhindern. Im übrigen wäre der Aufbau ähnlich dem gemäß F i g. 5 ohne die Elektrolytführung 108. Entsprechend läßt sich bei dem in F i g. 7 dargestellten Verfahren ein Bad benutzen, in dem die Elektroden enthalten sind. Nach dem Füllen des Bads wird der Zufluß unterbrochen, und der elektrochemische Vorgang kann ablaufen. Danach wird der Elektrolyt entfernt und eine neue Charge des Elektrolyten eingebracht In diesem Fall können die Leitbleche 130 und das Hauptleitblech 136 weggelassen werden, obwohl selbstverständlich die Anordnung der Elektroden ebenfalls geändert werden können, da ihre Lage in F i g. 4 nicht länger von Bedeutung ist

In den bisherigen Ausführungsbeispielen wurden die Gegenelektrode und der Elektrolytbehälter als getrennte Elemente dargestellt Selbstverständlich kann der Behälter auch selbst eine Elektrode bilden oder eine Elektrode enthalten.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Arbeitselektrode auch aus metallischen Fasern hergestellt werden kann. Dabei wird unter der Bezeichnung »metallische Faser« eine Faser verstanden, die aus einem Metall besteht die mit einem Metall beschichtet ist oder die aus Metall besteht und mit einem anderen Metall beschichtet ist Die Bezeichnung umfaßt sowohl mit Metall beschichtete Kohlenstoffasern als auch Fasern aus Legierungen.

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die mit einem Metall beschichtet sind.

Bei einer derartigen Elektrode aus einer Vielzahl von metallischen Fasern, deren Fasern beispielsweise mit Metall beschichtete Kohlenstoffasern sind, ist jede der metallischen Fasern in elektrischem Kontakt mit mindestens einigen der anderen metallischen Fasern, um bei Benutzung der Elektrode in einem Reaktor ein elektrisches Potential über im wesentlichen die gesamte Elektrode zu übertragen.

Ferner kann die Elektrode aus einem Strang bestehen, der eine Vielzahl von metallischen, elektrisch leitfähigen Fasern enthält, von denen jede eine sehr geringe maximale Materialstärke verglichen wird. Die Fasern sind nebeneinander angeordnet und an einer Stelle des Stranges in ihrer Lage zueinander festgelegt

Den in Fig.2, 3, 4, 4a und 6 gezeigten Elektroden können alle aus metallischen Fasern bestehen. Es ist jedoch besonders vorteilhaft, in allen Ausführungsbeispielen die Fasern aus beschichteten Kohlenstoffasern aufzubauen oder in den Ausfuhrungsbeispielen gemäß F i g. 4,4a und 6 metallische Fasern zu verwenden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

1 2 führungsbeispiel eines elektrochemischen Reaktors. Patentansprüche: Fig.3 zeigt schematisch eine Elektrode für den Reaktor nach F i g. 1 oder 2.

1. Elektrochemischer Reaktor zur Abscheidung Fig.4 zeigt in perspektivischer Darstellung eine anvon Ionen auf einer Arbeitselektrode (26) bestehend 5 dere Elektrode.

aus einem Elektrolytbehälter (22) mit der aus einer F i g. 4a zeigt in einer Seitenansicht eine weitere Elek-

Anzahl von leitfähigen Fasern (27) bestehenden Ar- trode.

beitselektrode (26) und einer Gegenelektrode (28), Fig.5 zeigt vereinfacht im Schnitt einen elektroche-

einer Zu- und Abführung (56; 24) für den durch den mischen Reaktor mit der Elektrode gemäß F i g. 4.

Reaktor strömenden Elektrolyten, dadurch ge- ίο Flg.6 zeigt in einer Ansicht ein weiteres Ausfüh-

kennzeichnet, daß die Fasern (27) in an sich rungsbeispiel einer Elektrode.

bekannter Weise aus Metall oder Kohlenstoff beste- F i g. 7 zeigt einen Schnitt durch einen elektrochemi-

hen und im wesentlichen die gleiche Länge haben, sehen Reaktor mit der Elektrode gemäß F i g. 6.

nebeneinander angeordnet und an mindestens einer Der ein einfaches Ausführungsbeispiel darstellende

Stelle zusammengehalten, ansonsten im Elektroly- 15 Reaktor 20 aus Fig. 1 enthält einen Elektrolytbehälter

ten frei beweglich sind. 22, der an seinem oberen Ende offen ist und nahe diesem

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzei- offenen Ende einen Elektrolytauslaß 24 aufweist Durch chent, daß die leitfähigen Fasern (27) der Arbeits- diesen Auslaß wird der Flüssigkeitsstand im Elektrolytelektrode (26) durch ein Gehäuse (29) zusammenge- behälter 22 geregelt

halten sind 20 Der Reaktor weist ferner eine mittig im Elektrolytbe-

3. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekenn- hälter 22 angeordnete Arbeitselektrode 26 auf, die mit zeichnet, daß die leitfähigen Fasern (100; 122) der Kohlenstoffasern 27 gefüllt ist Die Elektrode 26 befin-Arbeitselektrode (92; 118) durch mindestens einen det sich innerhalb einer rohrförmigen Gegenelektrode ringförmigen Kragen (96a; 102; 124) zusammenge- 28 und hat ein Gehäuse 29, das einen im wesentlichen halten sind. 25 zylindrischen Hauptbereich 30 aus Asbest o. ä., einen

4. Reaktor nach Anspruch 3, dadurch gekenn- Boden 32 und eine Deckelanordnung 34 aufweist. Im zeichnet, daß mehrere Kragen (124) die Fasern (122) Hauptbereich 30 ist nahe dem Boden 32 eine Anzahl an vorgegebenen, voneinander beabstandeten Stel- kleiner öffnungen 35 vorgesehen, durch die der Elektrolen zusammenhalten. lyt aus dem Gehäuse 29 austreten kann. Die öffnungen

5. Reaktor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge- 30 35 sind im Verhältnis zur Länge einer Kohlenstoffaser kennzeichnet, daß mindestens ein Kragen (36; 102; 27 klein, so daß die Fasern über den öffnungen 35 liegen 124) elektrisch leitfähig ist und die Wahrscheinlichkeit sehr gering ist, daß eine Faser aus dem Gehäuse 29 herausgelangt

Die Deckelanordnung 34 besteht aus einem Ringele-

35 ment 36, das stramm in das obere Ende des Hauptbereiches 30 paßt und mit diesem mittels eines geeigneten

Die Erfindung betrifft einen elektrochemischen Reak- Klebstoffes verbunden ist

tor gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Das Ringelement 36 in der Deckelanordnung 34 weist

Aus der US-PS 38 27 964 ist ein derartiger elektro- ein Innengewinde auf, in das ein ein Außengewinde tra-

chemischer Reaktor zur Abscheidung von Ionen auf ei- 40 gendes Druckelement 38 eingeschraubt ist, das einen

ner Arbeitselektrode bekannt, bei dem die Arbeitselek- oberen quadratischen Abschnitt 40 zum Eingriff eines

trode zur Vergrößerung ihrer Elektrodenfläche elek- Schlüssels für das Drehen des Druckelementes 38 im

trisch leitfähige Teilchen in Form von Körnchen oder Ringelement 36 hat Außerdem ist eine Kontermutter 42

wirren Fasern aufweist, was infolge der schlechten me- vorgesehen, die sowohl ein elektrisches Anschlußele-

chanischen Berührung zu Spannungsabfällen zwischen 45 ment 44 in seiner Stellung hält als auch das Druckele-

benachbarten Teilchen führt und eine unbefriedigende ment 38 in einer bevorzugten Lage im Ringelement 36

Potentialverteilung ergibt. verriegelt. Das Anschlußelement 44 ist mit einem Ende

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, einen einer isolierten Leitung 46 verbunden,
elektrochemischen Reaktor zur Abscheidung von Ionen Die Gegenelektrode 28 hat einen sich nach oben eran einer Arbeitselektrode zu schaffen, der aufgrund ver- 50 streckenden Bereich 48, der mittels einer Schraube 50 besserter Potentialverteilungseigenschaften eine besse- mit einem weiteren elektrischen Anschlußelement 52 re Ionenabscheidung als beim Stand der Technik er- verbunden ist An diesem Anschlußelement ist eine anreicht, dere isolierte Leitung 54 angeschlossen, die, wie sche-

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen bei einem elektro- matisch angedeutet, Teil einer elektrischen Schaltung

chemischen Reaktor gemäß Oberbegriff des Patentan- 55 bildet, die eine Spannungsquelle 55 umfaßt und mit der

Spruchs 1 dessen kennzeichnende Merkmale. auch die Leitung 46 verbunden ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben Zur Zufuhr des Elektrolyten von einer Quelle außer-

sich aus den Unteransprüchen. halb des Reaktors 20 direkt in das Innere der Arbeits-

Es wird darauf hingewiesen, daß unter Fasern aus elektrode 26 ist ein Elektrolyteinlaß 56 vorgesehen. Im

Kunststoff alle Fasern verstanden werden, die sich 60 Inneren der Elektrode 26 kommt der Elektrolyt in Be-

durch verschiedene Wärmebehandlungsverfahren aus rührung mit den Kohlenstoffasern 27. bevor er durch die

geeigneten organischen Vorprodukten, etwa Reyon-Po- öffnung 35 im Hauptbereich 30 austritt und sich dann

lyacrylnitrilfasern herstellen lassen. entlang der Gegenelektrode 28 und durch den Auslaß

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Ausfüh- 24 herausbewegt,

rungsbeispiele zeigenden Figuren näher erläutert. 65 Die dargestellte Elektrode 26 wird so zusammenge-

F i g. 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein setzt, daß zunächst die Kohlenstoffasern 27 in den

erstes Ausführungsbeispiel. Hauptbereich 30 eingebracht und dann die Deckelan-

F i g. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein anderes Aus- Ordnung 34 in Eingriff mit dem oberen Ende des Haupt-