EA030848B1 - Электролитическая ячейка, снабженная концентрическими электродными парами - Google Patents

Электролитическая ячейка, снабженная концентрическими электродными парами Download PDF

Info

Publication number
EA030848B1
EA030848B1 EA201691158A EA201691158A EA030848B1 EA 030848 B1 EA030848 B1 EA 030848B1 EA 201691158 A EA201691158 A EA 201691158A EA 201691158 A EA201691158 A EA 201691158A EA 030848 B1 EA030848 B1 EA 030848B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
electrode
cell
electrode pair
pair
electrodes
Prior art date
Application number
EA201691158A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201691158A1 (ru
Inventor
Мариякьяра Бенедетто
Original Assignee
Индустрие Де Нора С.П.А.
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 Индустрие Де Нора С.П.А. filed Critical Индустрие Де Нора С.П.А.
Publication of EA201691158A1 publication Critical patent/EA201691158A1/ru
Publication of EA030848B1 publication Critical patent/EA030848B1/ru

Links

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
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • C25B9/75—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having bipolar electrodes
    • 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
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • 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
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • 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
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/467—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction
    • C02F1/4672—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction by electrooxydation
    • C02F1/4674—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction by electrooxydation with halogen or compound of halogens, e.g. chlorine, bromine
    • 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
    • C25B1/24—Halogens or compounds thereof
    • C25B1/26—Chlorine; Compounds thereof
    • 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
    • C25B1/34—Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis
    • C25B1/46—Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis in diaphragm cells
    • 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
    • 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
    • C25B11/036—Bipolar 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
    • C25B11/042—Electrodes formed of a single material
    • C25B11/043—Carbon, e.g. diamond or graphene
    • 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
    • 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
    • C25B11/055—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the substrate or carrier material
    • C25B11/057—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the substrate or carrier material consisting of a single element or compound
    • 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
    • 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
    • C25B11/081—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of a single catalytic element or catalytic compound the element being a noble metal
    • 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
    • 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
    • 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
    • C25B9/60—Constructional parts of cells
    • C25B9/65—Means for supplying current; Electrode connections; Electric inter-cell connections
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C1/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
    • C25C7/02—Electrodes; Connections thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
    • C25C7/04—Diaphragms; Spacing elements
    • 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
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C02F2001/46128—Bipolar electrodes
    • 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
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C02F2001/46133—Electrodes characterised by the material
    • 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
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C02F2001/46133—Electrodes characterised by the material
    • C02F2001/46138—Electrodes comprising a substrate and a coating
    • C02F2001/46142—Catalytic coating
    • 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
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C02F2001/46133—Electrodes characterised by the material
    • C02F2001/46138—Electrodes comprising a substrate and a coating
    • C02F2001/46147—Diamond coating
    • 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
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C02F2001/46152—Electrodes characterised by the shape or form
    • 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
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C02F2001/46152—Electrodes characterised by the shape or form
    • C02F2001/46171—Cylindrical or tubular shaped
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • 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
    • C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
    • C02F2201/461—Electrolysis apparatus
    • C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
    • C02F2201/4612—Controlling or monitoring
    • C02F2201/46125—Electrical variables
    • C02F2201/4613—Inversing polarity
    • 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
    • C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
    • C02F2201/461—Electrolysis apparatus
    • C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
    • C02F2201/4612—Controlling or monitoring
    • C02F2201/4615—Time
    • 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
    • C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
    • C02F2201/461—Electrolysis apparatus
    • C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
    • C02F2201/4616—Power supply

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к биполярной электролитической ячейке, в частности, используемой для электрохимических процессов, осуществляемых с периодической сменой полярности на обратную. Ячейка снабжена серией концентрических электродных пар, причем самая внутренняя пара и самая внешняя пара соединены с полюсами генератора постоянного тока, а промежуточные пары работают как биполярные электроды. Разные пары электродов расположены и соединены таким образом, чтобы на каждой стадии процесса суммарная катодная площадь была равна анодной площади.

Description

Изобретение относится к биполярной электролитической ячейке, в частности, используемой для электрохимических процессов, осуществляемых с периодической сменой полярности на обратную. Ячейка снабжена серией концентрических электродных пар, причем самая внутренняя пара и самая внешняя пара соединены с полюсами генератора постоянного тока, а промежуточные пары работают как биполярные электроды. Разные пары электродов расположены и соединены таким образом, чтобы на каждой стадии процесса суммарная катодная площадь была равна анодной площади.
030848 Bl
Область изобретения
Изобретение относится к электрохимической ячейке биполярного типа и способу осуществления электролитических процессов в ней.
Предпосылки изобретения
Изобретение относится к биполярной электролитической ячейке, подходящей для электрохимических процессов, осуществляемых с периодической сменой полярности на обратную. Периодическая смена полярности электрохимических ячеек на обратную, при которой каждый из электродов поочередно работает анодом и катодом в течение заранее заданных интервалов времени, является известным в данной области техники приемом, в частности, для предотвращения образования отложений различного рода на поверхности одного из электродов, обычно - катода. Указанное выше, например, представляет собой типичный случай ячеек, используемых для электролиза разбавленных щелочных рассолов с целью получения активного хлора (то есть смеси гипохлорита и гипохлористой кислоты с возможными следовыми количествами растворенного свободного хлора и других веществ в равновесии) на аноде - особенно в случае, когда рассол получен из водопроводной воды, содержащей карбонаты и другие анионы с похожим поведением, при этом катод становится местом преимущественного осаждения карбонатов и других нерастворимых солей, которому способствует вызванное этим процессом подщелачивание вблизи него. Такие осадки негативно влияют на пропускание тока электродом, электрический кпд которого может необратимо ухудшаться со временем. Периодическая смена направления тока на обратное, а значит, и полярности электрода, приводит к тому, что поверхность работает как катод в течение половины цикла, а при смене начинает функционировать как анод, подвергаясь локальному подкислению, которое способствует растворению ранее образовавшегося осадка. Другими электролитическими процессами, иногда подвергаемыми периодической смене тока на обратный, являются, например, обработка сточных вод, содержащих органические вещества, которые разлагаются на аноде, в то время как на катоде склонны образовываться различного рода отложения, или катодное осаждение металлов из электролитических ванн с одновременным анодным разложением органики, используемое для обработки вод, в которых оба типа веществ присутствуют в качестве примесей. В таких случаях анод тоже часто подвергается осаждению загрязняющих пленок, в этом случае состоящих из органических остатков, которые склонны олигомеризоваться на поверхности электрода и которые иногда можно удалить механическим или химическим воздействием выделяющегося водорода в последующем катодном цикле. С целью сохранения регулярности работы и поддержания постоянными рабочих параметров желательного процесса установленные в ячейках электроды, предназначенные для поочередной работы в качестве анодов и катодов, кроме их расположения с постоянным зазором, должны предпочтительно быть одинакового размера, чтобы можно было поддерживать постоянными как подаваемый ток, так и рабочее напряжение (не считая изменения знака). Это подразумевает, что конструкция ячейки для процессов этого типа ограничивается, главным образом, геометриями планарного типа, другими словами, предполагая использование пар противостоящих плоских электродов. Однако во многих случаях это может налагать нежелательное ограничение, приводящее к некоторым негативным последствиям. Во многих случаях такого рода процессы фактически осуществляют в установках небольшого размера, как, например, в случае получения активного хлора для дезинфекции воды, используемой в больницах, гостиницах или в домашних условиях, либо при извлечении драгоценных металлов из отходов ювелирной промышленности. Для такого рода применений может оказаться важным ограничить объемы, насколько это возможно, выбирая конструкции ячейки соосного концентрического типа, например, цилиндрические ячейки с внешней катодной стенкой и центральным анодом. Это может иметь преимущество, помимо лучшей эксплуатации имеющегося объема, улучшения пропускания тока при минимизации краевых эффектов, которые, как известно, сильнее при плоскостной геометрии и очень значимы в случае суммарных площадей электродов небольшой величины. Однако ячейки соосного концентрического типа, цилиндрические или призматические, характеризуются наличием внешнего электрода большего размера, чем у внутреннего электрода, что затрудняет работу с периодической сменой тока на обратный. При поддержании фактически постоянной силы тока между одним циклом и следующим и, таким образом, производстве нужных веществ, изменение площади соответствующего электрода повлекло бы за собой соответствующее изменение плотности тока и, следовательно, напряжения процесса; с другой стороны, если решено работать на постоянном напряжении, сила тока и, следовательно, скорость производства будут колебаться между двумя значениями, соответствующими двум различным площадям электродов, что вряд ли согласуется с обычно предъявляемыми к промышленному процессу требованиями.
Таким образом, была выявлена потребность в создании электролитических ячеек с концентрической геометрией электродов, с постоянным межэлектродным зазором и с площадью катода, равной площади анода.
Сущность изобретения
Различные аспекты изобретения изложены в приложенной формуле изобретения.
Согласно одному аспекту изобретение относится к биполярной электролизной ячейке, ограниченной внешним корпусом, заключающим в своем внутреннем пространстве:
внешнюю электродную пару, подразделенную на два электрода, отделенные на краях посредством
- 1 030848 изолирующих элементов и предназначенные поочередно работать один катодом, а другой анодом и наоборот;
по меньшей мере одну промежуточную электродную пару, концентричную ей, чтобы ограничивать с ней первый зазор в целом постоянной ширины, также подразделенную на два электрода, отделенные на краях посредством изолирующих элементов, на которые электрический ток напрямую не подается и которые предназначены работать в качестве биполярных элементов;
внутреннюю электродную пару, концентричную первым двум, чтобы ограничивать второй зазор в целом постоянной ширины с промежуточной электродной парой, причем внутренняя электродная пара также подразделена на два электрода, отделенные на краях посредством изолирующих элементов и предназначенные поочередно работать один катодом, а другой анодом, и наоборот, при этом каждый из двух электродов этой пары обращен к одному из двух электродов промежуточной пары;
средства электрического соединения одного из электродов внешней пары и соответствующего электрода внутренней пары, не обращенного к электроду промежуточной пары, в свою очередь обращенному к нему, с одним из полюсов ячейки; и средства электрического соединения оставшихся электродов двух пар, внутренней и внешней, с другим полюсом ячейки.
В одном варианте реализации внешний корпус ячейки имеет удлиненную форму и электродные пары имеют призматическую или цилиндрическую форму.
В другом варианте реализации внешний корпус ячейки и электродные пары имеют сфероидальную форму.
В одном варианте реализации имеется больше промежуточных электродных пар, приспособленных работать в качестве биполярных элементов, чтобы увеличить производительность ячейки.
В сконструированной таким образом ячейке как анодная площадь, так и катодная площадь соответствуют сумме площадей половины внешней электродной пары и половины внутренней электродной пары - при смене полярности электродов на обратную величины анодной и катодной площадей остаются неизменными.
В одном варианте реализации как корпус ячейки, так и электродные пары имеют либо призматическую, либо цилиндрическую форму. Например, может оказаться выгодным сочетать цилиндрический корпус ячейки с также цилиндрическими электродными парами, чтобы минимизировать объем ячейки, не вовлеченный в реакцию электролиза. В одном варианте реализации две концентрических электродных пары соосны корпусу ячейки. Это также может иметь преимущество минимизации объема ячейки, не вовлеченного в реакцию электролиза. В одном варианте реализации все электроды ячейки выполнены из титана или другого вентильного металла, покрытого каталитическим составом, содержащим один или более компонентов, выбранных из платиновой группы, таких как металлическая платина или оксиды платины, рутения или иридия. В одном варианте реализации вышеуказанный каталитический состав также содержит оксиды, способные содействовать росту плотных и защитных пленок, например, оксиды титана, тантала, ниобия или олова. В контексте описания настоящего изобретения термин электрод, выполненный из титана или других вентильных металлов используется для обозначения электрода, полученного исходя из подложки из титана или другого вентильного металла (такого как, например, ниобий, тантал или цирконий), либо чистого, либо по-разному легированного.
В одном альтернативном варианте реализации все электроды ячейки выполнены из электропроводного алмаза, например, легированного бором алмаза, либо в массивном (объемном) виде, либо поддерживаемого на подходящей электропроводной подложке, например, из ниобия или другого вентильного металла.
Перечисленные материалы обладают преимуществом работы оптимальным образом в подавляющем большинстве известных анодных применений, включая выделение таких анодных продуктов, как хлор, кислород, озон или пероксиды, одновременно гарантируя правильное функционирование также и в качестве катодов.
В одном варианте реализации первый и второй зазоры имеют в целом постоянную ширину, независимо составляющую в диапазоне от 1 до 20 мм, в зависимости от потребностей каждого процесса, как будет очевидно специалисту в данной области.
Согласно другому аспекту изобретение относится к способу выполнения электролитического процесса, содержащему введение рабочего электролита внутрь зазоров описанной здесь выше электролизной ячейки и подачу постоянного электрического тока на полюса ячейки, с изменением направления подаваемого тока через заранее заданные интервалы времени, например, каждые 1-120 мин. В одном варианте реализации электролитический процесс по изобретению состоит в электролизе солевого раствора с получением активного хлора. В одном альтернативном варианте реализации электролитический процесс по изобретению состоит в обработке сточных вод с разложением органических веществ. В еще одном варианте реализации электролитический процесс по изобретению состоит в извлечении металла катодным электроосаждением, с необязательным одновременным разложением органических веществ.
Теперь некоторые варианты реализации, в качестве примера иллюстрирующие изобретение, будут описаны со ссылкой на приложенные чертежи, единственным назначением которых является иллюстра
- 2 030848 ция взаимного расположения различных элементов применительно к упомянутым конкретным вариантам реализации изобретения, в частности, чертежи не обязательно выполнены в масштабе.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 приведен вид сверху в разрезе ячейки по одному варианту реализации изобретения, содержащей цилиндрический корпус и электродные пары в форме призм.
На фиг. 2 приведен вид сверху в разрезе ячейки по одному варианту реализации изобретения, содержащей цилиндрический корпус и электродные пары в форме цилиндров.
Подробное описание фигур
На фиг. 1 приведен вид сверху в разрезе одного варианта реализации изобретения, состоящего из ячейки, ограниченной цилиндрическим корпусом 100, во внутреннем пространстве которого заключены три выполненных в форме параллелепипеда электродных пары, а именно: внутренняя пара, состоящая из электродов 301 и 401, отделенных на краях посредством изолирующих элементов 101, промежуточная пара, состоящая из электродов 501 и 502, и соосная внутренней паре внешняя пара, состоящая из электродов 302 и 402; электроды промежуточной пары и внешней пары также отделены на краях посредством аналогичных изолирующих элементов 101. Изолирующие элементы 101 удерживают электроды в фиксированном положении, предотвращая их короткое замыкание; кроме выполнения этих функций, элементы 101 позволяют избежать концентрации тока на обращенных друг к другу краях каждой пары электродов. По этой причине размеры элементов 101 должны быть выполнены с подходящими размерами: авторы изобретения обнаружили, что для большинства испытанных применений может оказаться выгодным придать элементам 101 такие размеры, чтобы расстояние между обращенными друг к другу краями каждой пары электродов было, по меньшей мере, равно ширине соответствующих зазоров 102 и 112. Электроды 402 и 501 обращены друг к другу, также как и электроды 302 и 502, таким образом задавая первый зазор 102, в целом постоянной ширины, не считая угловых областей.
Аналогичным образом, электроды 302 и 501 обращены друг к другу, также как и электроды 401 и 502, таким образом задавая второй зазор 112, в целом постоянной ширины, не считая угловых областей.
Электрод 301 внутренней пары и электрод 302 внешней пары, не обращенный к биполярному электроду 501, в свою очередь обращенному к этому же электроду 301, соединены с одним полюсом 300 источника 200 питания постоянного тока, снабженного средствами смены направления электрического тока на обратное через заранее заданные интервалы времени; аналогичным образом, другой электрод 401 внутренней пары и другой электрод 402 внешней пары соединены с другим полюсом 400 источника 200 питания постоянного тока. Области 103 и 104 корпуса ячейки снаружи двух смежных зазоров 102 и 112 заполнены изолирующим материалом, в результате чего рабочий электролит заключен внутри упомянутых зазоров, образующих зону реакции. Ячейка может запитываться (загружаться) из концевой части цилиндрического корпуса 100 с выпуском на противоположной стороне и, необязательно, может работать в непрерывном режиме, с единственным проходом электролита, либо в периодическом режиме.
На фиг. 2 приведен вид сверху в разрезе похожего варианта реализации изобретения, отличающегося от предыдущего цилиндрической формой электродных пар. Это имеет преимущества сохранения постоянной ширины зазоров 102 и 112, исключении угловых областей и, кроме того, максимизации отношения активной поверхности электродов к общему объему ячейки.
Некоторые из наиболее значимых результатов, полученных авторами изобретения, проиллюстрированы в приведенном далее примере, который не предназначен ограничивать объем изобретения.
Пример.
В ячейку, соответствующую варианту реализации по фиг. 2, не считая ее снабжения двумя промежуточными парами биполярных электродов, через соответствующие зазоры вводили солевой раствор (рассол), приготовленный из водопроводной воды и содержащий 19 г/л NaCl. Ячейка была снабжена внешней электродной парой диаметром 60 мм, внутренней электродной парой диаметром 30 мм и промежуточными биполярными электродными парами диаметром 50 и 40 мм соответственно, задававшими зазоры приблизительно 4 мм шириной. Все электродные пары имели высоту 50 мм. Все электроды различных пар состояли из титанового листа, активированного на обращенной к зазору стороне смесью оксидов рутения, палладия и титана согласно известному уровню техники. Общий реакционный объем, соответствующий объему двух зазоров, составлял 32,5 мл. При подаче суммарного тока 5 А, соответствующего плотности тока примерно 1 кА/м2 на внутренней электродной паре и 0,5 кА/м2 на внешней, и при смене направления протекания тока на обратное каждые 180 с, можно было получить 2700 млн-1 (миллионных долей) активного хлора с постоянным выходом 66% в ходе серии периодических циклов, каждый длительностью 60 мин.
Испытание повторили с подачей суммарного тока 10 А, всегда работая 60-минутными периодическими циклами со сменой тока на обратный каждые 180 секунд, что привело к получению 5530 млн-1 активного хлора с постоянным выходом 68%. Во время этого второго испытания наблюдали увеличение рН с первоначально нейтрального до значения 9,6.
Приведенное выше описание не должно восприниматься как ограничивающее изобретение, которое может быть реализовано в соответствии с различными его вариантами реализации без выхода за пределы его объема, который определен исключительно приложенной формулой изобретения.
- 3 030848
В описании и формуле изобретения настоящей заявки термин содержать и его вариации, например, содержащий и содержит, не предполагают исключения наличия других элементов, компонентов или дополнительных этапов способов.
Рассмотрение документов, норм, материалов, устройств, изделии и т.п. включено в это описание исключительно с целью обеспечения контекста для настоящего изобретения. Это не предполагает или не означает, что какие-либо или все из этих объектов составляли часть основ уровня техники или были общеизвестными сведениями в той области, к которой относится настоящее изобретение, до даты приоритета каждого пункта формулы изобретения этой заявки.

Claims (9)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Биполярная электролизная ячейка, ограниченная внешним корпусом удлиненной или сфероидальной формы, заключающим в своем внутреннем пространстве:
    внешнюю электродную пару;
    внутреннюю электродную пару;
    по меньшей мере одну промежуточную электродную пару, причем упомянутая внешняя электродная пара содержит первый внешний электрод и второй внешний электрод равных размеров, причем края упомянутой внешней электродной пары соединены посредством первых изолирующих элементов, упомянутая внутренняя электродная пара содержит первый внутренний электрод и второй внутренний электрод равных размеров, причем края упомянутой внутренней электродной пары соединены посредством вторых изолирующих элементов, упомянутая по меньшей мере одна промежуточная электродная пара содержит первый промежуточный электрод и второй промежуточный электрод равных размеров, причем края упомянутой промежуточной электродной пары соединены посредством третьих изолирующих элементов, упомянутые внутренняя, внешняя и промежуточная электродные пары расположены концентрично, поверхности упомянутой внешней электродной пары и упомянутой промежуточной электродной пары обращены друг к другу и между ними имеется первый зазор, поверхности упомянутой промежуточной электродной пары и упомянутой внутренней электродной пары обращены друг к другу и между ними имеется по меньшей мере один второй зазор, при этом упомянутый первый внешний электрод и упомянутый второй внутренний электрод соединены с одним полюсом ячейки, упомянутый второй внешний электрод и упомянутый первый внутренний электрод соединены с противоположным полюсом ячейки.
  2. 2. Ячейка по п.1, в которой упомянутые внешняя, промежуточная и внутренняя электродные пары являются электродными парами цилиндрической или призматической формы, заключенными во внутреннем пространстве корпуса удлиненной формы, либо электродными парами сфероидальной формы, заключенными во внутреннем пространстве сфероидального корпуса.
  3. 3. Ячейка по п.2, в которой упомянутая внешняя электродная пара, упомянутая по меньшей мере одна промежуточная электродная пара и упомянутая внутренняя электродная пара являются соосными корпусу ячейки.
  4. 4. Ячейка по любому из предшествующих пунктов, в которой упомянутые первый и второй внешние электроды, упомянутые первый и второй промежуточные электроды и упомянутые первый и второй внутренние электроды выполнены из электропроводящего легированного бором алмаза или имеют в качестве покрытия электропроводящий легированный бором алмаз, или выполнены из титана, покрытого каталитическим составом, содержащим один или более элементов из платиновой группы.
  5. 5. Ячейка по п.4, в которой упомянутый каталитический состав содержит по меньшей мере один компонент, выбранный из металлической платины, оксида платины, оксида рутения и оксида иридия, и по меньшей мере один оксид элемента, выбранного из титана, тантала, ниобия и олова.
  6. 6. Ячейка по любому из предшествующих пунктов, в которой упомянутый первый зазор и упомянутый второй зазор имеют постоянную ширину, составляющую в диапазоне от 1 до 20 мм.
  7. 7. Способ выполнения электролитического процесса в ячейке по любому из пп.1-6, включающий введение рабочего электролита внутрь упомянутого первого и упомянутого по меньшей мере одного второго зазора и подачу постоянного электрического тока на полюса ячейки, с изменением направления упомянутого постоянного тока через заранее заданные интервалы времени.
  8. 8. Способ по п.7, в котором упомянутый электролитический процесс выбран из группы, состоящей из электролиза солевых растворов с получением активного хлора, разложения органических веществ электролизом сточных вод и извлечения металлов катодным электроосаждением, с необязательным одновременным разложением органических веществ.
  9. 9. Способ по п.7 или 8, в котором упомянутые заранее заданные интервалы времени имеют длительность от 1 до 120 мин.
EA201691158A 2013-12-03 2014-12-03 Электролитическая ячейка, снабженная концентрическими электродными парами EA030848B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT002015A ITMI20132015A1 (it) 2013-12-03 2013-12-03 Cella elettrolitica dotata di coppie concentriche di elettrodi
PCT/EP2014/076369 WO2015082527A1 (en) 2013-12-03 2014-12-03 Electrolytic cell equipped with concentric electrode pairs

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201691158A1 EA201691158A1 (ru) 2016-09-30
EA030848B1 true EA030848B1 (ru) 2018-10-31

Family

ID=49920461

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201691158A EA030848B1 (ru) 2013-12-03 2014-12-03 Электролитическая ячейка, снабженная концентрическими электродными парами

Country Status (15)

Country Link
US (1) US10023966B2 (ru)
EP (1) EP3077577B1 (ru)
JP (1) JP6511053B2 (ru)
KR (1) KR102277620B1 (ru)
CN (1) CN105793474B (ru)
AU (1) AU2014359318B2 (ru)
BR (1) BR112016009720B1 (ru)
EA (1) EA030848B1 (ru)
ES (1) ES2663499T3 (ru)
HK (1) HK1221268A1 (ru)
IL (1) IL245083B (ru)
IT (1) ITMI20132015A1 (ru)
MX (1) MX357177B (ru)
TW (1) TWI652374B (ru)
WO (1) WO2015082527A1 (ru)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107534160B (zh) * 2015-02-17 2021-05-11 懿华水处理技术有限责任公司 减小体积的电氯化电池及其制造方法
IT201600123656A1 (it) * 2016-12-06 2018-06-06 Industrie De Nora Spa Struttura di supporto elettrodica per celle elettrolitiche coassiali
CN108298741B (zh) * 2018-02-06 2020-07-14 中国石油大学(华东) 一种含油污水电絮凝高效净化装置
US11668017B2 (en) 2018-07-30 2023-06-06 Water Star, Inc. Current reversal tolerant multilayer material, method of making the same, use as an electrode, and use in electrochemical processes
WO2020074742A1 (en) * 2018-10-12 2020-04-16 F. Hoffmann-La Roche Ag Detection methods for epitachophoresis workflow automation
US11624119B2 (en) * 2020-07-26 2023-04-11 Thomas E Loop Centrifugal molten electrolysis reactor for oxygen, volatiles, and metals extraction from extraterrestrial regolith
US20220195612A1 (en) * 2020-12-22 2022-06-23 De Nora Tech, Llc Electrolyser for electrochlorination processes and a self-cleaning electrochlorination system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1539521A (en) * 1975-10-08 1979-01-31 Magneto Chemie Bv Electrolytic cells
US20090211918A1 (en) * 2007-03-20 2009-08-27 Industrie De Nora S.P.A. Electrochemical cell and method for operating the same
WO2011163656A1 (en) * 2010-06-25 2011-12-29 Gold Holdings, Llc Method of treating organic material

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2349286C3 (de) * 1973-10-01 1982-11-18 Götz, Friedrich, Dipl.-Phys., 5628 Heiligenhaus Vielfachelektrolysezelle zur Erzeugung eines Gemisches von Wasserstoff und Sauerstoff
US3984303A (en) * 1975-07-02 1976-10-05 Diamond Shamrock Corporation Membrane electrolytic cell with concentric electrodes
JPS6263694A (ja) * 1985-09-12 1987-03-20 Permelec Electrode Ltd 内面活性筒状電極及びその製造方法
US5102515A (en) * 1990-07-20 1992-04-07 Ibbott Jack Kenneth Method and apparatus for treating fluid
US5234555A (en) * 1991-02-05 1993-08-10 Ibbott Jack Kenneth Method and apparatus for ionizing fluids utilizing a capacitive effect
JPH06254564A (ja) * 1992-05-25 1994-09-13 Tokyo Risui Kogyo Kk 電解水生成器の電極および電解槽
JP2000093973A (ja) * 1998-07-24 2000-04-04 Mitsubishi Electric Corp 多重円筒状電極を用いた殺菌装置
US6156168A (en) * 1999-03-16 2000-12-05 Paul Kayfetz Electrolytic device
WO2007080534A2 (en) * 2006-01-10 2007-07-19 Hydrox Holdings Limited Method and apparatus for producing combustible fluid
CN101029396A (zh) 2007-03-29 2007-09-05 上海大学 一种铜镍合金(白铜)的防腐蚀方法
US20090139856A1 (en) * 2008-05-06 2009-06-04 Chiarini Jr Edward Louis Multiple electrode stack and structure for the electrolysis of water
JP3154457U (ja) * 2008-08-29 2009-10-22 洋二 早川 水環境電池を利用した噴霧装置
KR101061227B1 (ko) * 2008-11-27 2011-08-31 최장수 수중 플라즈마 방전을 이용한 수산기 라디칼 수와 수소산소가스 발생장치 및 이를 이용한 시스템
US20110147204A1 (en) * 2009-12-17 2011-06-23 Green On Demand, LLP (G.O.D.) Apparatus for on demand production of hydrogen by electrolysis of water
DE102010041582A1 (de) * 2010-09-29 2012-03-29 Siemens Aktiengesellschaft Kombiniertes Verfahren zur Desinfektion, Verfahren zur Aufbereitung von Schlämmen
WO2013082294A1 (en) * 2011-12-02 2013-06-06 AquaMost, Inc. Apparatus and method for treating aqueous solutions and contaminants therein
ITMI20121048A1 (it) * 2012-06-18 2013-12-19 Industrie De Nora Spa Cella elettrolitica dotata di coppie concentriche di elettrodi
GB2513368B (en) * 2013-04-25 2016-01-27 Radical Filtration Ltd Process apparatus

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1539521A (en) * 1975-10-08 1979-01-31 Magneto Chemie Bv Electrolytic cells
US20090211918A1 (en) * 2007-03-20 2009-08-27 Industrie De Nora S.P.A. Electrochemical cell and method for operating the same
WO2011163656A1 (en) * 2010-06-25 2011-12-29 Gold Holdings, Llc Method of treating organic material

Also Published As

Publication number Publication date
AU2014359318A1 (en) 2016-05-05
CN105793474A (zh) 2016-07-20
KR20160093650A (ko) 2016-08-08
BR112016009720B1 (pt) 2021-10-13
EA201691158A1 (ru) 2016-09-30
AU2014359318B2 (en) 2018-08-02
EP3077577A1 (en) 2016-10-12
HK1221268A1 (zh) 2017-05-26
CN105793474B (zh) 2017-11-10
US10023966B2 (en) 2018-07-17
EP3077577B1 (en) 2018-02-07
ES2663499T3 (es) 2018-04-13
JP6511053B2 (ja) 2019-05-08
JP2017503916A (ja) 2017-02-02
WO2015082527A1 (en) 2015-06-11
BR112016009720A2 (ru) 2017-08-01
MX2016005653A (es) 2016-08-11
TW201522715A (zh) 2015-06-16
US20160251763A1 (en) 2016-09-01
IL245083B (en) 2019-01-31
KR102277620B1 (ko) 2021-07-19
ITMI20132015A1 (it) 2015-06-04
IL245083A0 (en) 2016-06-30
TWI652374B (zh) 2019-03-01
MX357177B (es) 2018-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA030848B1 (ru) Электролитическая ячейка, снабженная концентрическими электродными парами
US9222181B2 (en) Electrolytic cell equipped with concentric electrode pairs
JP2001286868A (ja) 電解水製造方法および電解水
Veerman Reverse electrodialysis design and optimization by modeling and experimentation: Design and optimization by modeling and experimentation
JP5105406B2 (ja) 逆電解用電極
JP2017056426A (ja) 微酸性次亜塩素酸水の生成方法
KR100801185B1 (ko) 정밀 스위칭 정류기를 이용한 해수, 담수 및 폐수의전해처리방법 및 장치
PL227874B1 (pl) Elektrokoagulator do oczyszczania ścieków

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM