EP2254840A1 - Elektrodiaphragmalyse - Google Patents

Elektrodiaphragmalyse

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EP2254840A1
EP2254840A1 EP09721442A EP09721442A EP2254840A1 EP 2254840 A1 EP2254840 A1 EP 2254840A1 EP 09721442 A EP09721442 A EP 09721442A EP 09721442 A EP09721442 A EP 09721442A EP 2254840 A1 EP2254840 A1 EP 2254840A1
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water according
electrochemically treated
oxidants
ppm
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André PHILIPPS
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Aquagroup AG
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    • C02F2209/05—Conductivity or salinity

Definitions

  • Electrolysis is the branch of electrochemistry that deals with the phenomena that occur when chemicals are treated with electricity (as opposed to electroplating, which extracts electricity from chemicals).
  • the field of electrolysis includes the electron excitation (illumination of gases) at low current intensities to destruction (lysis) at high current intensities.
  • the shape of the electro-diaphragm analysis has a porous membrane between the anodic and cathodic regions, which is intended to prevent overflow and mixing of the gases produced at the anode and at the cathode.
  • gases oxygen and chlorine gas at the anode and hydrogen at the cathode
  • the diaphragm is thus an explosion protection, which was already introduced in 1886.
  • the alternative method is the amalgam process, in which the cathode consists of mercury flowing through, which entrains the fission products formed on it. Because of the open mercury not a viable option.
  • anodic and cathodic space flows through the same electrolyte simultaneously and in the same flow direction; (see DVGW worksheet W229 and Fig. 1).
  • the product according to the invention has a greater activity against microorganisms than is to be expected on the basis of its content of chemical substances (sodium hypochlorite). This is due to its oxidative power to act as an electron acceptor, which in turn is due to a high electron deficiency in the water matrix (cluster). This is achieved by a special version of the electro-diaphragm analysis.
  • This water is exposed to a low current intensity.
  • the water is e.g. Salt is added to keep the conductivity of the water in an optimum range for the process.
  • the added amount is approx. 0.2 to 0.6% or 2 to 6 g / L.
  • Plate electrodes are used which generate a homogeneous field of parallel field lines between them so that the field strength is the same at all points in the intermediate space.
  • the electrolyte is stirred at a constant flow rate of e.g. 140 l / h (based on a 100 l / h production cell) first passed through the cathodic space formed by the cathode and the diaphragm.
  • the treatment is carried out with preferably 15-30 amps.
  • the result is an alkaline catholyte with strong gas formation, especially hydrogen gas.
  • the cathodic fraction is then sent to a larger room for degassing.
  • the sudden enlargement of the space leads to a reduction of the flow velocity and the gas bubbles can separate out. This process is assisted by structures acting as coalescers in the liquid stream, e.g. honeycomb; see enclosed Fig. 2.
  • the inventive method is based on a further development of the method of electrolysis.
  • a defined conductivity in water is achieved.
  • the water clusters contiguous water molecules by magnetic action of Wassermoleküldipols
  • the process is fundamentally different from traditional electrolysis, e.g. the production of chlorine dioxide is based.
  • a present electrolyte is lysed, so separated and decomposed into radicals.
  • the Elektrodiapliragmalyse which is used for example for the production of sodium hypochlorite and other oxidants, is such a decomposing process.
  • the effect is based on the produced chlorine chemistry, which reacts oxidizing in the application to the environment.
  • the effect of the invention is based on the excitation of the water molecule itself. This is in a cluster compound, so that by applying a certain current water molecules are electrically discharged (similar to a neon tube, which is made by excitation of the electrons of the noble gas to light).
  • the water molecule In contrast to classical electrolytic processes, which has been used as a proven method for more than 120 years in various forms, in the preparation according to the invention the water molecule is not decomposed into its building blocks OH " and H + and remains pH-neutral (pH 7 , 0) The water molecule is retained and constantly exchanges the charge carriers within the cluster. Although small amounts of sodium hypochlorite disfigure during production, this contamination of the water (depending on the concentration 0.6 to 600 ppm) is tolerable in most practice applications.
  • the method described above can also be used for the production of products which no longer contains chlorine-based residues, but consists exclusively of water and portions of excited water molecules.
  • X-ray represents a strong electron input. This has no effect on e.g. a hypochlorite solution that does not lose its microbiocidal activity. In contrast, the product according to the invention completely loses its biocidal effect by X-ray:
  • Solution A was subjected to an X-ray dose, which acts on a 1-hour flight from Frankfurt to Berlin. The killing of E. coli in the microbiological laboratory was tested. The inspection was not x-rayed, but has the rides of the solution A of Regensburg to Wiesbaden and from there to the investigation laboratory "participated".
  • Test germ Escherichia coli starting bacterial count: 2.3 x 10 4
  • the control has killed all germs in only 10% solution in just 1 min, there was no growth. The transport had no effect on the effectiveness.
  • Solution A also showed no effect in 50% concentration at 5 min exposure time, so it was completely deactivated by the electron entry in the X-ray.
  • NADES SC shown in the table below is a 10% NADES product with the hypochlorite completely removed to ⁇ 0.02 ppm.
  • a hypochlorite solution of this concentration has no microbiocidal activity. Nevertheless, the redox potentials of both solutions were almost the same, in any case significantly higher than the 600 ppm required for bathing water remediation.

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Abstract

Es wird elektrochemisch behandeltes Wasser mit Elektronenmangel beschrieben, das erhältlich ist durch ein Verfahren mit den folgenden Schritten: a) Elektrolysieren von Wasser, b) Abziehen eines Teils des Katholyten aus dem System, und c) Einleiten des restlichen Katholyten in die anodische Kammer.

Description

Elektrodiaphragmalyse
Die Elektrolyse bezeichnet das Teilgebiet der Elektrochemie, das sich mit den Erscheinungen befasst, die auftreten, wenn Chemikalien mit Strom behandelt werden (im Gegensatz zur Galvanik, die Strom aus Chemikalien gewinnt). Der Bereich der Elektrolyse umfasst die Elektronenanregung (Leuchten von Gasen) bei geringen Stromintensitäten bis zur Zerstörung (Lyse) bei hohen Stromintensi- täten.
Die Form der Elektrodiaphragmalyse hat zwischen anodischen und kathodischen Bereich eine poröse Membran gelagert, die ein Übertreten und Vermischen der an der Anode und an der Kathode entstehenden Gase verhindern soll. Diese Gase (Sauerstoff und Chlor gas an der Anode und Wasserstoff an der Kathode) bilden beim Zusammentreffen explosive Gemische: Sauerstoff und Wasserstoff, das sogenannte Knallgas, Chlorgas und Wasserstoff, das sogenannte Chlor-Knallgas. Das Diaphragma ist damit ein Explosionsschutz, der bereits 1886 eingeführt wurde. Die alternative Methode ist das Amalgam- Verfahren, bei dem die Kathode aus durchfließendem Quecksilber besteht, das die an ihm entstehenden Spaltprodukte mitreißt. Wegen des offenen Quecksilbers keine praktikable Möglichkeit.
Im Stand der Technik werden anodischer und kathodischer Raum gleichzeitig und in gleicher Strömungsrichtung mit dem gleichen Elektrolyt durchströmt; (siehe DVGW Arbeitsblatt W229 und Fig. 1). Das Diaphragma erlaubt zwei Teilströme getrennt zu gewinnen (Anodische Fraktion = Anolyt und kathodische Fraktion = Katholyt). Das erfindungsgemäße Produkt hat eine größere Wirksamkeit gegenüber Mikroorganismen als aufgrund seines Gehaltes an chemischen Substanzen (Natriumhypochlorit) zu erwarten ist. Dies liegt an seiner oxidativen Kraft, der Eigenschaft als Elektronenakzeptor zu agieren, was wiederum an einem hohen Elektronen- mangel in der Wassermatrix (Cluster) liegt. Diese wird erzielt durch eine besondere Version der Elektrodiaphragmalyse.
Dabei wird Wasser einer schwachen Stromintensität ausgesetzt. Dazu wird dem Wasser z.B. Kochsalz zugesetzt, um die Leitfähigkeit des Wassers in einem für den Vorgang optimalen Bereich zu halten. Die zugesetzte Menge sind ca. 0,2 bis 0,6 % bzw. 2 bis 6 g/L Es werden Platten-Elektroden verwendet, die zwischen sich ein homogenes Feld paralleler Feldlinien erzeugen, sodass die Feldstärke an allen Stellen im Zwischenraum gleich ist. So erfolgt eine homogene, eng begrenzte Elektrolyse im Sinne der Elektronenanregung. Das Elektrolyt wird mit konstan- ter Flussgeschwindigkeit von z.B. 140 l/h (bezogen auf eine 100 l/h Produktionszelle) zunächst durch den von der Kathode und dem Diaphragma gebildeten kathodischen Raum geleitet. Die Behandlung erfolgt mit vorzugsweise 15-30 Ampere. Es entsteht ein alkalisches Katholyt bei starker Gas-Bildung vor allem Wasserstoff-Gas. Die kathodische Fraktion wird dann in einen größeren Raum geleitet, der zum Entgasen dient. Durch die plötzliche Vergrößerung des Raumes kommt es zur Reduktion der Fließgeschwindigkeit und die Gasblasen können sich abscheiden. Unterstützt wird dieser Prozess durch als Koaleszer wirkende Strukturen im Flüssigkeitsstrom, wie z.B. Waben; siehe beiliegende Fig 2.
Zwischen 10% und 50%, in der Regel 30% des Katholyts, schwämmt die Gasblasen aus und verlässt das System über die Drainage. Die restlichen 50 bis 90% werden in die anodische Kammer geführt, sodass sie diese im Gegenstrom zur kathodischen Kammer durchfließen. So wird der pH Wert auf pH 7 eingestellt. Die angeregten Elektronen wandern durch das Diaphragma in den kathodischen Raum; die elektronenarme Anolyt-Fraktion kann gewonnen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf einer Weiterentwicklung des Verfahrens der Elektrolyse. Mittels Kochsalz wird eine definierte Leitfähigkeit in Wasser erreicht. Durch Anlegen einer bestimmten Spannung in der Elektrolysezelle, sowie durch Justierung anderer wichtiger Parameter bei der Herstellung, werden die Wassercluster (zusammenhängende Wassermoleküle durch Magnetwirkung des Wassermoleküldipols) elektrisch entladen.
Es entstehen positiv geladene Wassercluster, die als Elektronenakzeptoren fungieren, der so genannte Elektronenhunger. Dieser sättigt sich an einem Elektronen- donator, z.B. jede Form von Einzellern.
Das Verfahren unterscheidet sich grundlegend von einer klassischen Elektrolyse, die z.B. der Herstellung von Chlordioxid zugrunde liegt. Dabei wird ein vorliegendes Elektrolyt lysiert, also aufgetrennt und in Radikale zerlegt.
Auch die Elektrodiapliragmalyse, welche z.B. zur Herstellung von Natriumhypochlorit und anderer Oxidantien eingesetzt wird, ist ein solches zerlegendes Verfahren. Die Wirkung beruht auf der hergestellten Chlor chemie, welche im Anwendungsfall oxidierend auf die Umgebung reagiert. Die Wirkung der Erfindung beruht auf der Anregung des Wassermoleküls selbst. Dieses befindet sich in einem Clusterverbund, sodass durch Anlegen einer bestimmten Stromstärke Wassermoleküle elektrisch entladen werden (ähnlich wie bei einer Neonröhre, die durch Anregung der Elektronen des Edelgases zum Leuchten gebracht wird). Im Unterschied zu klassischen elektrolytischen Verfah- ren, welche als bewährte Methode bereits seit über 120 Jahren in unterschiedlichen Ausprägungen im Einsatz ist, wird bei der erfindungsgemäßen Herstellung das Wassermolekül nicht in seine Bausteine OH" und H+ zerlegt und bleibt pH- neutral (pH 7,0). Das Wassermolekül bleibt erhalten und tauscht die Ladungsträger innerhalb des Clusters ständig aus. Zwar entstellen bei der Herstellung geringe Mengen an Natriumhypochlorit, diese Verunreinigung des Wassers (je nach Konzentration 0,6 bis 600 ppm) ist jedoch in den meisten Praxisanwendungen tolerabel.
Für sehr empfindliche Applikationen kann das oben beschriebene Verfahren auch zur Herstellung von Produkten herangezogen werden, welches keine Chlor basierten Reststoffe mehr enthält, sondern ausschließlich aus Wasser und Anteilen angeregter Wassermoleküle besteht.
Nachweise des Elektronenmangels als oxidativer Biozidwirkstoff
Röntgen stellt einen starken Elektroneneintrag dar. Dieser hat keine Wirkung auf z.B. eine Hypochloritlösung, die dadurch ihre mikrobiozide Wirkung nicht verliert. Das erfindungsgemäße Produkt dagegen verliert seine biozide Wirkung durch Röntgen völlig:
Versuch 1
Es wurde beobachtet, dass Versuchslösungen, die mit dem Flugzeug verschickt wurden keine Wirkung hatten. Daraufhin wurde folgender Versuch durchgeführt. Lösung A wurde einer Röntgendosis unterworfen, die bei einem 1 -stündigen Flug von Frankfurt nach Berlin einwirkt. Geprüft wurde die Abtötung von E. coli im Mikrobiologischen Labor. Die Kontrolle wurde nicht geröngt, hat aber die Fahrten der Lösung A von Regensburg nach Wiesbaden und von dort zum Untersuchungslabor „mitgemacht".
+ = Wachstum des Testkeims (Nachweis durch Subkultur) - = kein Wachstum
Testkeim: Escherichia coli Ausgangskeimzahl: 2,3 x 104
Die Kontrolle hat auch bei nur 10%iger Lösung innerhalb von nur 1 min alle Keime abgetötet, es gab kein Wachstum. Der Transport hatte keinen Einfluss auf die Wirksamkeit.
Lösung A hat auch in 50%iger Konzentration bei 5 min Einwirkdauer keine Wirkung gezeigt, wurde also durch den Elektroneneintrag beim Röntgen völlig deaktiviert.
Versuch 2 Das erfindungsgemäße frische Produkt weist in einer 10%igen Lösung 25 ppm Hypochlorit auf (NADES).
Das in nachstehender Tabelle gezeigte NADES SC ist ein 10%iger NADES- Produkt dem das Hypochlorit völlig auf < 0,02 ppm entzogen wurde. Eine Hypochloritlösung dieser Konzentration hat keine mikrobiozide Wirkung. Die Re- doxpotentiale beider Lösungen waren dennoch nahezu gleich, jedenfalls deutlich über den für Badewasser-Sanierung geforderten 600 ppm.
Die mikrobiozide Wirkung beider Lösungen war gleich, es trat kein Wachstum auf, auch nach 4 Tagen nicht. Ein Beweis für die Wirksamkeit des Elektronenmangels.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrochemisch behandeltes Wasser mit Elektronenmangel, erhältlich durch ein Verfahren, das gekennzeichnet ist durch die folgenden Schritte:
a) Elektrolysieren von Wasser, b) Abziehen eines Teils des Kafholyten aus dem System, und c) Einleiten des restlichen Katholyten in die anodische Kammer.
2. Elektrochemisch behandeltes Wasser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine desinfizierende Wirkung gegenüber Bakterien, Bakteriensporen, Pilzen, Pilzsporen, Viren, Prionen, einzelligen Algen oder Mischungen davon.
3. Elektrochemisch behandeltes Wasser nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Gesamtkonzentration an in Schritt a) entstandenen Oxidantien von kleiner 600 ppm.
4. Elektrochemisch behandeltes Wasser nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Gesamtkonzentration an Oxidantien von kleiner 20 ppm.
5. Elektrochemisch behandeltes Wasser nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Gesamtkonzentration an Oxidantien von kleiner 2 ppm.
6. Elektrochemisch behandeltes Wasser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an chlorhaltigen Oxidantien, Peroxiden und Ozon jeweils kleiner als 0,02 ppm ist.
7. Elektrochemisch behandeltes Wasser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es im Wesentlichen frei von Oxidantien ist.
8. Elektrochemisch behandeltes Wasser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da- durch gekennzeichnet, das in Schritt b) die Oxidantien durch ein geeignetes Sorbens entfernt werden.
9. Elektrochemisch behandeltes Wasser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sorbens unter Aktivkohle, Aluminiumoxid, Siliciumoxid, Ionenaus- tauscher, Zeolith oder Mischungen davon gewählt ist.
10. Elektrochemisch behandeltes Wasser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem in Schritt a) zu elektrolysierenden Ausgangswas- ser zur Steigerung der Leitfähigkeit Salze, wie Salze aus Alkalimetallkationen und halogenhaltigen Anionen, schwefelhaltigen Anionen, phosphorhaltigen Anionen, Carboxylaten, Carbonaten, und Mischungen dieser Anionen, zugesetzt sind.
11. Elektrochemisch behandeltes Wasser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt a) zu elektrolysierende Ausgangswasser Natriumehlo- rid enthält.
12. Elektrochemisch behandeltes Wasser nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) die Elektrolyse mit einer Stromdichte von 0,5 bis 10 W/cm2 durchgeführt wird.
13. Elektrochemisch behandeltes Wasser nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren kontinuierlich durchgeführt wird.
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