ES2266900T3 - Estructura de un electrodo para su uso en una celula electrolitica. - Google Patents

Abstract

Estructura de un electrodo de material eléctricamente conductor para ser utilizado como ánodo y/o cátodo en una célula electrolítica, comprendiendo un elemento distanciador para impedir el contacto eléctrico entre los electrodos cuando estos se utilicen, y dispuesto para conducir a través un líquido de proceso, tal como agua, que se vaya a tratar, caracterizada por un bastidor conductor (10) con una serie de orificios (18) para el paso del líquido e incluyendo medios (20) para conectar a una fuente de alimentación de corriente, estando una o ambas caras planas del bastidor (10) cubiertas con una lámina perforada conductora o una malla de alambre (12, 14), y siendo el elemento distanciador (16) una lámina perforada o una malla de alambre, adecuada para cubrir una de las superficies planas de la lámina perforada o malla de alambre (12, 14), correspondiéndose la sección plana de dicho distanciador principalmente con la sección plana del bastidor (10).

Description

Estructura de un electrodo para su uso en una célula electrolítica.

La presente invención se refiere a una estructura de un electrodo para uso como ánodo/cátodo en una célula electrolítica, según figura en el preámbulo de la siguiente reivindicación 1.

La invención se refiere además a un método para la preparación de dicha estructura de electrodo.

La invención también se refiere al uso de la célula electrolítica que incluye ánodo/cátodo tal como está mencionado anteriormente.

La invención está referida a la tecnología relativa a la producción de oxidantes y radicales que se utilizan para la oxidación y eliminación de materia orgánica en líquidos, y materiales orgánicos en partículas en líquidos, y para la destrucción de bacterias, esporas, microorganismos, algas y virus.

Métodos conocidos que están en uso actualmente

En la actualidad los ánodos (electrodos) se producen aplicando un recubrimiento electrolítico sobre un sustrato con capas delgadas de metales preciosos (nobles). Ahora bien, estos electrodos tienen una vida útil especialmente corta y no toleran quedar expuestos a tensiones altas a lo largo del tiempo. Si se exponen a tensiones demasiado elevadas, se queman. Durante el proceso se produce una disolución/precipitación del ánodo, de manera que éste queda corroído.

También existe la producción de ánodos a base de metales puros o aleaciones de tales metales, y que no pertenecen al grupo de los metales preciosos, pero quedan rápidamente corroídos durante el uso, no producen el oxidante deseado ni se pueden exponer a la tensión deseada.

Otro método menos conocido que se utiliza en la actualidad supone la laminación de tántalo, iridio o una mezcla de éstos, hasta un espesor entre 0,015 y 0,035 mm, que se suelda sobre un núcleo para un ánodo hecho de titanio, aluminio o cobre. Con este método se emplea soldadura por fricción. La vida útil de estos electrodos es más larga que la de los electrodos fabricados mediante el empleo de electrólisis. Toleran unas tensiones e intensidades de corriente notablemente superiores. Con estas ventajas en cuanto a las variables para el proceso de electrolisis, es decir para tensiones entre 0-380 V e intensidades de corriente de 0-1000 amperios, se produce una mezcla de oxidantes, incluyendo una reactividad muy elevada, potencia y posibilidad de un equilibrado funcional de los oxidantes singulares (Cl_{2}, ClO_{3}, O_{3}, O_{2}, H_{2}, O_{2}, OH, ClOH, O) que rebasan el efecto de, y reducen el efecto no deseado de los oxidantes de los ánodos producidos por otros métodos.

Las limitaciones para la preparación mediante estos métodos son el campo de variación en la mezcla de aleaciones. Por ejemplo, es sabido que una aleación de platino/iridio (Pt/lr) que contenga más del 20% de iridio, es difícil de laminar para reducirla al espesor deseado. Hoy día se sabe que la aleación se puede laminar hasta 33 micras (0,033 mm). Unas concentraciones superiores de lr dan lugar a problemas aún mayores, y la lámina preparada a menudo se vuelve frágil. También es deseable que la lámina tenga un alto grado de dureza con el fin de incrementar la resistencia mecánica al desgaste. Además, el espesor de la lámina es decisivo para determinar qué cantidad de un determinado oxidante se produce en un determinado líquido con una tensión y una corriente dadas. Es bien sabido que, por ejemplo, el platino puro técnicamente sólo se puede laminar hasta 15 micras (0,015 mm). Por debajo de este espesor no es posible obtener una lámina coherente (sin poros).

Recientemente, los métodos de pulverizado al vacío/plasma de tántalo y de los metales preciosos conforme al método antes mencionado han ampliado el potencial de uso por cuanto se han desarrollado métodos para pulverizar capas más delgadas, y al mismo tiempo incrementar el campo de variación de la mezcla de una aleación con una densidad de poros 100%, y por lo tanto se ha ampliado el área de uso específica.

Los procesos electrolíticos conocidos, en su forma más sencilla, proporcionan Cl_{2} como agente oxidante. Ahora bien, otros oxidantes (ClO_{3}, O_{3}, O_{2}, H_{2}O_{2}, OH, ClOH, O) son mucho más reactivos químicamente, y se obtienen recubriendo un sustrato con metales preciosos, exponiéndose a una tensión dentro de una gama en la que se rebasa la ley de Faraday.

De estos componentes, los radicales son en particular los agentes oxidantes más potentes, tanto en lo que se refiere a la potencia y a los efectos secundarios no deseados (compuestos halogenados de materia orgánica). El problema del proceso electrolítico conocido es que los radicales no se pueden utilizar, ya que tienen una vida útil de una milésima de segundo, y por lo tanto solamente se encuentran presentes muy próximos a la superficie del ánodo. Puesto que solamente una parte muy pequeña del líquido que pasa a través de una célula electrolítica establece contacto con esta superficie anódica, no se pueden exponer eficazmente grandes cantidades de líquido a la exposición radical para su reacción con compuestos orgánicos, bacterias, virus, etc., que se deseen eliminar del líquido.

Los procesos electrolíticos conocidos forman hidrógeno en el cátodo. El hidrógeno reduce considerablemente la formación de oxidantes por el ánodo ya que el hidrógeno produce agua cuando se pone en contacto con el oxidante. Esto se refiere en particular a los radicales OH en contacto con hidrógeno. El gas hidrógeno también reduce la conductividad del líquido cuando está presente dentro del campo de tensión entre el ánodo y el cátodo, y en contacto con el
ánodo.

Por la patente US 6,328,875 se conoce que se han desarrollado con éxito diseños de células electrolíticas con ánodos/cátodos hechos de elementos porosos conductores consistentes en metal, incluidos metales nobles, o carbono de un tejido de alambre soldado o tejido, metal expandido o fieltro de carbono, género tejido de carbono o carbono vítreo reticulado y espuma metálica. La estructura incluye una solución abierta donde el efluente se hace pasar por entre medias de un distanciador/ánodo y cátodo hacia una zona abierta (solución abierta). Esta fila va amarrada entre sí y el ánodo/cátodo está separado de forma monopolar o bipolar mediante un distanciador para evitar un cortocircuito. El efluente pasa entonces durante el proceso en paralelo con el ánodo/cátodo/distanciador.

También se conoce que la patente US 6,342,151 comprende ánodos/cátodos hechos de material conductor permeable seleccionado del grupo consistente en placas perforadas, pantallas, lana, fieltro y tejido hecho de acero inoxidable, aluminio, cobre, titanio platinizado, óxidos metálicos mixtos, oro y acero chapado con oro. También el electrodo utiliza distanciadores para evitar el cortocircuito entre el ánodo y el cátodo cuando las distancias entre dichos componentes son pequeñas.

Es bien sabido que los distanciadores incrementan el consumo de corriente en un proceso electrolítico y reducen la capacidad de flujo a través del
electrodo.

También es bien conocido que el ensuciamiento debido a la formación de incrustaciones causadas por el contenido de Mg y Ca en el efluente tratado, constituye un problema importante con respecto a la electrólisis. El problema de la formación de incrustaciones aparece cuando la velocidad del efluente que contiene Mg y Ca (tal como agua de mar) pasa a través de una reacción de ánodo/cátodo. Si la velocidad del efluente es demasiado lenta, se formará rápidamente un puente de cristales entre el ánodo y el cátodo, dando lugar al ensuciamiento del proceso. Incrementando la velocidad de tal manera podría evitar esto también en la medida en que todo el Mg y Ca acumulado se transporte arrastrándolo antes de que se adhiera al cátodo. Otra forma, siempre y cuando el ánodo y el cátodo sean del material reactivo igual o equivalente, es el de alternar la polaridad del ánodo y del cátodo de forma periódica. Entonces la incrustación se desprende del cátodo cuando éste revierte a ser ánodo.

Uno de los objetos de la invención es el de proporcionar una estructura nueva y mejorada del electrodo que elimine las pérdidas de energía debido a la necesidad de un distanciador, pero siga permitiendo una distancia corta entre el ánodo y el cátodo, sin riesgo de cortocircuito.

Otro de los objetivos de la invención es el de permitir un gran flujo vertical a través del electrodo, manteniendo al mismo tiempo la plena eficacia de la electrólisis, con el fin de evitar el ensuciamiento debido a la formación de incrustaciones.

Otro de los objetivos de la invención es el de proporcionar una estructura nueva y mejorada de un electrodo que vaya a ser utilizado para preparar oxidantes tal como se ha mencionado anteriormente, por ejemplo Cl_{2}, ClO_{3}, O_{3}, O_{2}, H_{2} O_{2}, (OH), (ClOH), (O) y que pueda utilizar de forma óptima la producción de radicales en la superficie del ánodo.

También es uno de los objetivos de la invención el proporcionar una estructura nueva y mejorada de un electrodo donde se pueda eliminar un efecto de oxidación reducido debido a la interferencia del hidrógeno entre el ánodo y el cátodo y sobre el cátodo.

También es un objetivo de la invención el deponer sustancialmente todo el líquido en contacto con una zona próxima al ánodo, donde se producen los radicales, y donde los radicales tienen una vida útil de algunas milésimas de segundo (milisegundo). Dado que los radicales son el principal agente oxidante, también con respecto a los efectos secundarios no deseados de otros agentes oxidantes, es esencial para la inventiva, en comparación con el estado de la técnica, que los efectos del radical sobre los materiales que se trata de desinfectar/oxidar, se incrementan considerablemente.

También es uno de los objetivos de la invención el preparar un ánodo en el que el consumo de energía se reduzca considerablemente cuando se conecte a un circuito conforme a la invención, con relación al volumen de líquido que se trata de manejar.

También es un objetivo de la invención proporcionar un método nuevo y mejorado en el cual sea posible preparar de forma sencilla un electrodo con mayores prestaciones en el uso que los electrodos conocidos previamente.

También es un objetivo de la invención proporcionar un uso del electrodo.

El dispositivo, el método y el uso conforme a la invención están caracterizados por las propiedades que aparecen en las cláusulas características de las reivindicaciones independientes.

Las restantes características de la invención figuran en las reivindicaciones dependientes, respectivamente.

De acuerdo con la presente invención se proporciona un método que es adecuado para utilizar una red de malla metálica de alambre, tricotada, tejida o trenzado para uso en y para la producción de un ánodo y/o un cátodo que se pueda utilizar para producir una mezcla de oxidantes, y en particular radicales mediante el uso de electrolisis.

La invención se caracteriza porque se monta un ánodo con alambres o malla de alambre, tricotada o trenzada de tántalo, niobio, hafnio, circonio, platino, rodio, iridio, rutenio, paladio o una aleación de éstos, o una mezcla de diferentes hilos de los metales antes mencionados.

La invención está caracterizada porque el cátodo se monta con alambres o con una malla de alambre, tricotada o trenzada de hilos de acero 316L o un material conductor y resistente de aleación superior.

La invención se caracteriza además porque los alambres o mallas del ánodo y las mallas del cátodo se pueden acercar muy próximas entre sí sin contacto de cortocircuito, por cuanto se dispone una malla de separación, membrana o malla de tramas cruzadas gruesas de un material resistente oxidante no conductivo que está dispuesto entre el ánodo y el cátodo con el fin de separar éstos e impedir un contacto de cortocircuito.

De acuerdo con una realización preferida de la invención se puede disponer un material conductivo superior en el ánodo y el cátodo, individualmente o en un dibujo de cuadros grandes, y se puede aislar a continuación mediante un material aislante duradero oxidante de electrolito con el fin de proporcionar un flujo de corriente uniforme a través del área expuesta de la malla de alambre o red de alambre.

La invención está caracterizada porque el ánodo/cátodo está dispuesto en un flujo de líquido que ha de pasar a través del ánodo/cátodo, o porque el ánodo/cátodo está dispuesto en una vasija para la producción de un oxidante.

La invención está además caracterizada porque al electrolizar agua fresca se tiene la posibilidad de utilizar tanto la malla del cátodo como la malla del ánodo en una aleación de calidad SS316L o superior.

La invención se caracteriza además porque mediante la electrólisis del agua fresca se puede sustituir una malla tejida, tricotada o trenzada por una placa en SS316L que esté perforada por medios fotoquímicos con el fin de sustituir a una malla de alambre.

Ventajas del nuevo método propuesto

Al aplicar una corriente eléctrica de alta densidad de corrientes que rebase la ley de Faraday a un conjunto de alambre o a una malla tejida, tricotada o trenzada del metal o de un metal precioso tal como se ha descrito anteriormente, se consigue una alta producción de radicales y oxidantes reactivos. Esta producción implica un efecto especialmente alto por oxidación de material orgánico y de desinfección.

La presente invención difiere de los procesos/cé-
lulas electrolíticas existentes, donde el efecto de los radicales, ozono, peróxido de hidrógeno, dióxido de cloro e hipoclorito se prepara a partir de ánodos con una capa de metales preciosos que producen los oxidantes reactivos, y proporcionando una estructura de electrodo mediante la cual se pueda utilizar la producción de radicales de manera más óptima que anteriormente.

Esto se puede conseguir, teniendo el ánodo una forma que incluya una malla metálica tal como se ha descrito, que tenga una separación de hilos entre 100 micras y 25.000 micras, o una apertura cuadrada desde 18 micras a 25.000 micras, estando el metal expuesto a tensiones que rebasan la ley de Faraday, dando lugar a una alta producción de oxidante próximo al ánodo.

Al utilizar la estructura del electrodo conforme a la invención, el líquido que se trata de manejar se hace pasar a través de una malla de red de alambre, en la que la apertura en la malla de alambre tiene una dimensión de apertura mínima de 15 micras (15 \mum). Al pasar la reacción radical con una vida útil de unas milésimas de segundo, ésta actuará sustancialmente sobre todo el líquido que fluya a través de la malla de alambre. Otros procesos de oxidación electrolítica obtienen un efecto radical de 1-3% sobre la superficie del ánodo. Por la presente invención, se obtiene un rendimiento de un 95-98% de utilización del efecto radical. Esto es debido al hecho de que hasta un 95-98% del líquido pasa próximo al ánodo, donde los radicales tienen su vida útil, y porque el líquido de hecho fluye a través del ánodo de malla
fina.

La presente invención difiere de los procesos/cé-
lulas electrolíticos existentes por el hecho de que el ánodo y el cátodo se pueden situar muy próximos entre sí gracias a un elemento de separación (distanciador) o una malla de alambre de separación, preparada con un material no conductor de cuadros grandes.

De acuerdo con una realización preferida de la invención, se prefiere que cada bastidor esté cubierto por dos capas de malla de alambre, una capa en cada lado plano del bastidor. Sin embargo es suficiente que el bastidor incluya solamente una capa de malla de alambre, tal como está representado en las Figuras 1A, 1B y 1C.

De acuerdo con la realización más preferida, se fija una malla de alambre o unos hilos paralelos 12 y 14 respectivamente a cada lado del bastidor conductor 10, exponiéndolo a una fuerza de tensión/presión importante y posiblemente aplicando calor y utilizando un agente adherente, o mediante soldadura por inducción o soldadura por láser, al mismo tiempo que se mantiene el alambre o la lámina perforada a la tensión suficiente. De este modo, los hilos o la malla que cubren la zona expuesta de cada lado plano del conductor quedan estabilizados. La malla de alambre incluye posiblemente hilos paralelos, donde uno de cada 10 o de cada 20 hilos es de tántalo, mientras que los demás son hilos de platino.

Sobre una de las capas de alambre 14 del bastidor 10 o de dicha malla de alambre de separación, se coloca y ancla una lámina separadora 16 (de PVS o material de polipropileno), de un material no conductor que tenga la forma exacta (vista en planta) del bastidor 10. De este modo, los orificios 18 de la malla de alambre de separación 16 quedan alineadas con los orificios de paso del flujo 18 del bastidor 10. De este modo, los orificios de paso de flujo 18 del bastidor 10 que están "cubiertos" por la malla de alambre 12, 14, no quedan cubiertos por dicha lámina separadora 16. El espesor del bastidor 10 puede ser de 5 mm mientras que la lámina separadora 16 puede tener un espesor tan reducido como 0,3 mm (que representa la separación entre las superficies del ánodo y del cátodo). De esta manera no se obstruyen las características del flujo de agua/líquido a través del bastidor, durante el uso.

Por lo tanto una unidad de electrodo, para un ánodo o cátodo, incluye dicho bastidor conductor con una serie de orificios para el flujo a través 18, estando ambas caras planas del mismo recubiertas de la placa perforada, los hilos (hilos paralelos o una malla de alambre) y la lámina distanciadora 18 sobre uno de los lados únicamente. El bastidor conductor (para un cátodo o ánodo) 10 incluye además los medios 20 para conectarlo a una alimentación de corriente adecuada (tensión e intensidad).

Con el fin de construir una única célula electrolítica (la más sencilla), se montan dos unidades de electrodo tal como están representadas en la Figura 4 próximas entre sí y alineadas, de manera que dicha capa distanciadora 18 proporcione la separación necesaria (por ejemplo 0,3 mm) entre la superficie del ánodo 14 de una unidad de electrodo y la superficie del cátodo 12 de la unidad de electrodo adyacente.

Se prefiere recubrir el bastidor conductor (que es de acero inoxidable) 10 y las secciones de hilo conductor (malla de alambre) 12, 14 que cubren dicho bastidor, con un material no oxidable con el fin de protegerlo contra el contacto con el electrolito, de forma similar a la representada en la Figura 1C.

Una célula electrolítica consistente en una serie de parejas de unidades de electrodo antes mencionadas (hasta 50 parejas) puede tener una forma circular o rectangular. Una unidad de electrodo circular puede tener por ejemplo un diámetro de hasta 1 metro, que representa el flujo de agua a través de la unidad. La célula electrolítica se puede colocar en una tubería que conduzca el agua que vaya a ser tratada de acuerdo con la invención, por ejemplo tal como se puede ver en la Figura 5. Al aplicar una tensión suficiente al conjunto de ánodos/cátodos, el agua de proceso que fluye a través de la unidad (de los orificios 18) de la malla de alambre de la unidad, logra un contacto reactivo estrecho con los oxidantes y radicales formados sobre los hilos del ánodo de la malla de alambre.

Las Figuras 4A y 4B del dibujo son vistas explosionadas (versión rectangular y versión circular) de las cuatro capas 20, 12, 14, 16 de las que se compone la estructura de cada unidad.

La Figura 4B muestra la malla de alambre del ánodo o cátodo en el que el bastidor conductor de rigidez superior soporta la superficie expuesta del ánodo o cátodo para conseguir una distribución de corriente uniforme en un área grande, o en el caso de una intensidad de corriente alta. La malla va fijada al bastidor conductor por ambas caras. El material separador no conductor tiene la misma forma que el bastidor conductor rígido y va fijado sobre una de las mallas en una de las caras.

El conjunto de un único ánodo o cátodo se puede apilar en cantidades desde un ánodo y un cátodo hasta un conjunto de 50.

El ánodo y el cátodo podrían ser de material idéntico o diferente. En caso de que se trate de material similar, la corriente continua aplicada se puede ir alternando para evitar la formación de incrustaciones y un desgaste desigual. El tamaño del ánodo puede tener cada uno más de 1 m de diámetro. La capacidad de flujo podría ser desde unos pocos litros/hora, en las células más pequeñas hasta más de 1.000 m^{3}/h en cada una de las células mayores. La densidad de corriente típica en los ánodos de material 316L es de 38 mA/cm^{2}, suponiendo un contenido de Cl de 5 ppm. Para metales nobles, éstos han sido ensayados a 270 A y un área de ánodo de 0,5 cm^{2}.

La malla de alambre puede estar formada por hilos individuales montados paralelos entre sí en el bastidor, o por hilos individuales que estén tejidos, tricotados o trenzados o soldados por inducción para formar la malla antes mencionada.

Es preferible que cada hilo individual de la lámina perforada esté fijado al bastidor conductor de tal manera que se logre un contacto eléctrico para una distribución de corriente uniforme en toda el área expuesta del electrodo, y el área expuesta del electrodo tenga una tensión estabilizada para eliminar el uso de distanciadores convencionales, para lo cual el bastidor o conductor está aislado del electrolito líquido por medio de un recubrimiento/aislante resistente a la oxidación.

Se prefiere hacer pasar el agua que se vaya a procesar, a través de un separador mecánico de partículas con el fin de eliminar todas las partículas y organismos de tamaño superior a la apertura de la luz en el electrodo.

Además, una vez que se haya procesado el líquido de acuerdo con la invención, éste se dirige a través de un filtro de adsorción hidrófobo o un medio de adsorción hidrófobo con el fin de eliminar el potencial exceso de compuestos orgánicos.

Después del tratamiento, el líquido se hace pasar preferentemente a través de un dispositivo flotador con el fin de eliminar el material orgánico que haya sido electroflotado.

La separación vista entre el ánodo y el cátodo no requiere distanciadores convencionales u otros, ya que la separación se logra aplicando una lámina, membrana o red gruesa de material no conductor que tenga la misma forma que el bastidor. La separación puede ser tan reducida como sólo 0,3 mm. Esto implica que mediante la invención se tiene la posibilidad de obtener una alta densidad de corriente con una tensión muy baja, lo cual supone que se rebasa con facilidad la ley de Faraday, sin pérdida de flujo o corriente debida al distanciador, obteniéndose la producción deseada de oxidantes reactivos.

Otra ventaja que se obtiene al aplicar hilo/malla o lámina perforada por ambas caras del bastidor conductor es que permite aumentar de escala 1 mm^{2} para la corriente extrema que pasa a la zona expuesta para la electrólisis. Un bastidor de 5 mm de espesor recubierto por ambas caras permite colocar un bastidor distanciador delgado por ambos lados, pudiendo colocarse la malla del cátodo/lámina perforada próxima al ánodo, a una distancia de sólo 0,3 mm. Variando las distancias, pueden pasar más de 3.000 A a través de un electrodo.

La presente invención difiere de los procesos/cé-
lulas electrolíticas existentes por cuando se puede obtener mediante una densidad de corriente muy baja, la densidad de corriente elevada necesaria de zonas grandes sin reducir por ello el volumen de flujo de líquido que pasa y que se ha de manejar. Esto implica también que se pueden manejar grandes volúmenes de líquido tratándolos de forma muy barata. La capacidad de volumen de la célula electrolítica no cambia a diferencia de otras células electrolíticas, aunque la distancia entre el ánodo y el cátodo se reduzca por ejemplo desde 5 cm a 0,3 mm, por cuanto es el mismo flujo de volumen de líquido el que pasa a través del ánodo y del cátodo, con independencia de la separación mutua entre ellos.

La presente invención difiere de los ánodos existentes por cuanto el uso de hilos incrementa en un grado notable el área del ánodo, en comparación con el peso de metal y de la superficie real. Por lo tanto también se reducen considerablemente los costes de metales preciosos, al mismo tiempo que se incrementa el rendimiento por cm^{2}.

La presente invención difiere de las células/proce-
sos electrolíticos existentes por cuanto se tiene la posibilidad de obtener una densidad de corriente elevada, un bajo consumo de energía y un elevado volumen de flujo de líquido a través, ya que la distancia entre el ánodo y el cátodo se puede reducir hasta 0,3 mm sin que por ello se reduzca la capacidad de la célula electrolítica, de manera que se puede utilizar con la conductividad iónica en agua fresca (aguas superficiales y aguas subterráneas).

Con la presente invención se tiene la posibilidad de combinar el efecto de diferentes metales. Por ejemplo, una malla de ánodo de tántalo que incluya algunos hilos de otro metal precioso del grupo del platino, produce principalmente ozono, radicales y peróxido de hidrógeno, y muy poco hipoclorito y dióxido de cloro. Esto es debido al hecho de que todo el flujo de corriente tendrá lugar desde los hilos de metal preciosos, de manera que el tántalo inmediatamente obtendrá una capa aislante de óxido.

La presente invención difiere de las células/proce-
sos electrolíticos existentes por cuanto se puede utilizar a bajo coste para tratar grandes volúmenes de líquido, tales como aguas superficiales, agua fresca y aguas subterráneas, con la composición que existe en la actualidad en grandes partes del mundo. Incluso siendo tanto el ánodo como el cátodo en acero 316L o un metal de aleación superior, el ánodo no se llegará a oxidar o corroer. Esto se debe a que una gran superficie del electrodo producirá con un consumo de energía muy bajo el oxidante necesario (ozono y radicales), incluso con la conductividad media de las aguas subterráneas y de las aguas frescas superficiales.

La presente invención está caracterizada porque los líquidos se pueden conducir a través del ánodo y del cátodo, fijando para ello un bastidor de material conductor a la malla del ánodo y del cátodo con un contacto suficiente, estando conducida la malla preferentemente por ambas caras del bastidor, y estando recubierto el bastidor del conductor de un material no oxidable con el fin de protegerlo contra el contacto con el electrolito. El material distanciador, a base de un material no conductor resistente a la oxidación, se puede colocar, montándose a continuación la malla del ánodo o cátodo. El material separador tiene forma idéntica que el bastidor conductor y tiene un espesor variable.

El dispositivo conforme a la invención se explicará a continuación con mayor detalle haciendo referencia a la siguiente especificación y a los siguientes dibujos en los cuales:

La Figura 1A muestra una vista esquemática en planta de un ánodo 1 de un bastidor 1 de Cu (cobre) de alta conductividad recubierto de una única malla de alambre de metal noble;

La Figura 1B muestra un bastidor de cátodo 3 que incluye una malla de alambre 4 tejida, tricotada o trenzada (por ejemplo de acero inoxidable 316L). El bastidor conductor superior 1 al cual va fijada la malla de alambre, está aislado mediante un aislador moldeado resistente a la oxidación;

La Figura 1C muestra una sección lateral del aislador resistente oxidante que lleva el número de referencia 5, además de otros detalles del mismo;

La Figura 2 muestra una ánodo de alambres que van fijados a un conductor superior, que va aislado;

La Figura 3 muestra un ánodo de una lámina que va fijada a un conductor superior que está aislado;

La Figura 4A muestra una vista explosionada de una estructura de electrodo rectangular, tal como se ha descrito previamente en esta memoria;

La Figura 4B muestra una vista explosionada de una estructura de electrodo circular conforme a la invención;

La Figura 5 muestra una sección de una célula electrolítica (habiéndose representado para mayor sencillez únicamente un conjunto de ánodo y cátodo), hecha de una malla de alambre trenzada, tejida o tricotada, con una malla de separación entre el ánodo y el cátodo con el fin de evitar un contacto de cortocircuito. El líquido se procesa conduciéndolo a través del ánodo y del cátodo de manera que el hidrógeno sea conducido fuera del cátodo y alejado del ánodo.

La estructura representada en la Figura 5 se utilizó para experimentos de control y verificación para el tratamiento del agua de lastre de los buques, que incluye agua de mar que contiene bacterias, microorganismos, algas y esporas. Este agua que incluía un alto grado de polución se hizo pasar una vez a través de la célula, tal como está indicado por las flechas, con un amperaje de 100 A. El resultado muestra que se destruyó el 100% de los poluentes antes mencionados, incluidas las esporas. La extrapolación de los resultados basados en el experimento indica que el consumo de energía necesario será de 5 kWh para tratar 2500 m^{3}/h de agua de proceso, con una superficie de ánodo de 2,5 m^{2}.

De forma similar, la estructura representada en la Figura 5 se ha utilizado para probar la producción de oxidante en agua dulce. Con una separación ánodo/cátodo de 1 mm y un ánodo de malla de metal precioso se produjeron 0,5 ppm de ozono durante un paso a través. Escalando los modelos se ve que 2500 m^{3}/h requieren 87 kWh, para una superficie de ánodo de 2,5 m^{2}.

El experimento se repitió con una malla de ánodo y una malla de cátodo de acero 316L. Durante un flujo a través se produjo 0,91 ppm de ozono en agua potable, con 80 V y 3 A.

La Figura 6 muestra una sección de una célula electrolítica triple de lámina o malla de alambre a la que se añadió un líquido tanto sobre las superficies planas sobre las cuales se conduce el líquido a través del cátodo en cada lado del ánodo, de manera que el hidrógeno no llegue a ponerse en contacto con el ánodo o en el campo entre el ánodo y el cátodo.

Esta célula electrolítica fue utilizada para la destrucción de hidrocarburos poliaromáticos (PAH) y PCB en partículas, en un fango de agua de mar. Añadiendo cuidadosamente el electrolito y haciendo circular la mezcla durante 20 minutos se redujo en un 99,6% el contenido de PAH y se redujo en un 76% el contenido PCB, basado en concentraciones relativamente altas.

A continuación se presentan algunos ejemplos adicionales de la invención.

Ejemplo 1

Una fila de electrodos tal como la descrita en la Figura 4B, comprendiendo 5 ánodos y 6 cátodos, todos ellos en acero 316L, y con un área anódica total de 1013 cm^{2}, se montaron con un distanciador de 1 mm tal como está descrito en la Figura 4. El flujo de líquido a través de la célula fue con un caudal de 10 1/min. El efluente era agua potable sin tratar procedente de una fuente superficial, con una salinidad que variaba entre 1,5 y 5 ppm, y con elevado contenido húmico. Al agua se añadieron bacterias E- coli con una concentración de 560.000 bacterias/ml. Después de un solo paso a través de la célula, con una corriente de 20 A, se observó una eficacia de desinfección total en todas las muestras tomadas después del tratamiento. Se trata de una serie de muestras tomadas entre 2 y 20 minutos después del paso a través de la célula.

Las mismas muestras se analizaron en cuanto a trihalometanos (compuestos cloroorgánicos y bromoorgánicos). Estas muestras presentaron unos resultados del orden de 0,9-2,5 ppb. Se trata de unos valores sumamente bajos en comparación con el clorado del agua. El recuento total de bacterias fue superior a 10 log 3, aplicando una corriente de 18,5 A.

Ejemplo 2

Se utilizó la misma disposición de un agua semejante a la del Ejemplo 1, pero se multiplicó el número de electrodos para lograr un amperaje mayor. El objetivo era el de inactivar los virus IPN. La inactivación 10 log3 deseada se consiguió con 60 A. Además, con el mismo log se inactivaron areomonoas salmonicida, en las mismas condiciones. El oxidante residual total variaba entre 0,7 y 1,6 ppm.

Ejemplo 3

Agua producida de una producción de petróleo y gas conteniendo PAH, hidrocarburos, fenoles y BETEX en una concentración importante, se pasó a través de un ánodo de metal noble de alambre tricotado y dos cátodos tal como está representada en la Figura 4B. La intensidad de corriente fue de 300 A y la superficie anódica de 180 cm^{2}. El caudal fue de 180 1/min. Los fenoles se redujeron desde 1580 microgramos/l a 0,51 microgramos/1. El PAH 16 se redujo de 34,7 microgramos/l a 3,92 microgramos/l.

El NPD se redujo de 114 microgramos/l a 3,92 microgramos/l.

TEOM (C10-C40) se redujo desde 16 mg/1 a 2,41 mg/l.

Ejemplo 4

Se trató un fluido contaminado procedente de una refinería de petróleo, conteniendo 1600 ppm H2S, 2-3% de fenoles y 2900 ppm de amonio, pasándolo a través de dos ánodos de malla de alambre de metal noble apilados con tres cátodos de malla de acero 316L. El área anódica total fue de 225 cm^{2}. La corriente fue de 300 A, y el caudal de 140 l/min. El contenido de Cl fue de un 2% de NaCl. Después de tratar el lote con un volumen de 40 1 durante 15 minutos, el H2S se oxidó a 0 ppm, y con 15 minutos adicionales de tratamiento se obtuvo un contenido de amonio de 3 ppm y un contenido de fenol de 300 ppb. Durante el tratamiento se controló el pH mediante aditivos.

Ejemplo 5

250 g de viruta de taladrado procedente de la industria del petróleo y del gas se trataron a través de un electrodo en las condiciones descritas en el EJEMPLO 4. Las virutas se dispersaron en 221 de efluentes conteniendo un 6% de NaCl. El objetivo fue el de eliminar los hidrocarburos de las partículas. El contenido inicial total de hidrocarburos del 7,62% se redujo a un 1,32% a lo largo de una hora de tratamiento.

Ejemplo 6

Aguas residuales de teñido de color azul oscuro se hizo pasar a través de unos hilos anódicos de metal noble tensados a través de un bastidor conductor anódico circular de 5 pulgadas de diámetro, de tal manera que el área del ánodo fuera solamente en total de 0,5 cm^{2}. Los dos cátodos eran malla de alambre de acero 316L. El lote tratado fue de 20 l, con un caudal de 180 l/min a través del electrodo. Volumen 20 l. Contenido de NaCl 5%. La corriente fue de 270 A. En 25 a 35 segundos, las aguas residuales quedaron transparentes.

Claims (25)

1. Estructura de un electrodo de material eléctricamente conductor para ser utilizado como ánodo y/o cátodo en una célula electrolítica, comprendiendo un elemento distanciador para impedir el contacto eléctrico entre los electrodos cuando estos se utilicen, y dispuesto para conducir a través un líquido de proceso, tal como agua, que se vaya a tratar, caracterizada por un bastidor conductor (10) con una serie de orificios (18) para el paso del líquido e incluyendo medios (20) para conectar a una fuente de alimentación de corriente, estando una o ambas caras planas del bastidor (10) cubiertas con una lámina perforada conductora o una malla de alambre (12, 14), y siendo el elemento distanciador (16) una lámina perforada o una malla de alambre, adecuada para cubrir una de las superficies planas de la lámina perforada o malla de alambre (12, 14), correspondiéndose la sección plana de dicho distanciador principalmente con la sección plana del bastidor (10).

2. Estructura de un electrodo según la reivindicación 1, caracterizada porque la malla de alambre o red de malla de alambre (12, 14) incluye unos hilos paralelos, donde uno de cada 10 o de cada 20 hilos es de tántalo, mientras que los hilos intermedios son de platino.

3. Estructura según las reivindicaciones 1-3, caracterizada porque los hilos de la malla de alambre (12, 14) están separados individualmente entre 100 micras y 25.000 micras, y que cuando están tejidos, tricotados, soldados por inducción o trenzados para formar la malla, tienen una luz de orificio entre 15 micras y 25.000 micras.

4. Estructura según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque cada hilo tiene un diámetro en una gama entre 0,010 mm y 5 mm.

5. Estructura según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque, la lámina o malla de alambre (12, 14) está formada por tántalo, niobio, hafnio, circonio, platino, rodio, iridio, rutenio, paladio o cualquier aleación de éstos, o de una aleación o una composición de hilos de los diferentes metales antes mencionados.

6. Estructura según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el electrodo de lámina (12, 14) consiste en una placa de metal SS316L o de aleación superior, que tiene unas perforaciones muy próximas entre sí obtenidas por vía fotoquímica.

7. Estructura según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los orificios de paso (18) del medio distanciador (16) están alineados con los orificios de paso (18) del bastidor (10).

8. Estructura según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la lámina distanciadora (16) es una lámina de PVC o de polipropileno, y va soldada al bastidor (10).

9. Estructura según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el espesor del bastidor (10) es de aproximadamente 5 mm.

10. Estructura de un electrodo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el bastidor (20) va recubierto de un material no oxidable, con el fin de protegerlo contra el contacto con el líquido de proceso mencionado.

11. Estructura según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el espesor de la lámina está entre 25-1000 micras y el diámetro de cada perforación está entre 25-2000 micras.

12. Método para la preparación de un electrodo según la reivindicación 1, caracterizado porque, las láminas perforadas o láminas de malla de alambre (12, 14, 16) van ancladas al bastidor (10), sometiendo la lámina perforada o las láminas de malla de alambre a una fuerza de estirado o tensión, siendo a continuación forzadas contra y fijadas a la superficie del bastidor por medio de una operación de soldadura y/o de adherencia.

13. Método según la reivindicación 12, caracterizado porque la lámina perforada o las láminas de malla de alambre (12, 14, 16) van ancladas al bastidor (10) mediante soldadura por fricción, soldadura láser o preferentemente mediante el uso de un adhesivo a presión/térmico, y uniendo y exponiendo la lámina o malla de alambre a dicha fuerza de tensión suficiente.

14. Uso de la estructura de electrodo según las reivindicaciones 1-11 en una célula electrolítica, en la que unos electrodos individuales conformes a dichas reivindicaciones están apilados e interconectados para formar parejas de ánodos/cátodos en cantidades desde uno y hasta cincuenta en total, en el interior de una tubería, para procesar líquidos/agua que estén siendo conducidos a través de las parejas de electrodos de la célula en la tubería, aplicándose una corriente a cada pareja de ánodos y cátodos.

15. Utilización de la estructura de electrodos según la reivindicación 14 en una célula electrolítica procesando líquidos/agua, donde el ánodo y el cátodo son de materiales idénticos o diferentes, y en el caso de que se trate de materiales similares, una corriente eléctrica continua aplicada se puede ir alternando para evitar la formación de incrustaciones y un desgaste desigual.

16. Utilización de la estructura de electrodos según cualquiera de las reivindicaciones 14-15 en una célula electrolítica para el tratamiento de líquidos/agua, donde la capacidad de flujo puede ser desde unos pocos litros/hora hasta más de 1000 m^{3}/h.

17. Utilización de la estructura de electrodos según las reivindicaciones 14-16 en una célula electrolítica para el tratamiento de líquidos/agua, donde una densidad de corriente típica en los ánodos de 316L es de 38 mA/cm^{2}, suponiendo un contenido de Cl de 5 ppm, y en el caso de metales nobles la corriente es de 270 A en un área de ánodo de 0,5 cm^{2}, y la distancia entre la superficie anódica de una unidad de electrodo y la superficie catódica del electrodo contiguo puede ser de aproximadamente 0,3 mm.

18. Utilización de un ánodo y un cátodo según las anteriores reivindicaciones 14-17 en una célula electrolítica, para la producción de oxidantes por medio de electrólisis, para la oxidación de materias orgánicas en líquidos y materias orgánicas sobre partículas en líquidos.

19. Utilización de un ánodo y un cátodo según las anteriores reivindicaciones 14-18 en una célula electrolítica, para la producción de oxidantes por medio de electrólisis, para la oxidación y destrucción de bacterias, esporas, microorganismos, algas y virus en líquidos.

20. Utilización de un ánodo y un cátodo según las anteriores reivindicaciones 14-19 en una célula electrolítica, para la producción de oxidantes por medio de electrólisis, para tratamiento de agua dulce y agua potable.

21. Utilización de un ánodo y un cátodo según las anteriores reivindicaciones 14-20 en una célula electrolítica, en la que se hace pasar líquido/agua polucionados a través de los orificios de paso (18) de los ánodos y cátodos de la célula.

22. Utilización de ánodos y cátodos según las anteriores reivindicaciones 14- 21 en una célula electrolítica, para la producción de oxidantes mediante electrólisis, para destrucción de virus, esporas y bacterias y microorganismos, algas y algocitos de tamaño inferior a 100 micras en el agua de lastre procedente de buques.

23. Utilización de un ánodo y un cátodo según las anteriores reivindicaciones anteriores 14-22, donde el líquido que se va a tratar se hace pasar, antes de ser tratado según la invención, a través de un separador mecánico de partículas con el fin de eliminar todas las partículas y organismos de dimensiones mayores que la luz de malla en el electrodo.

24. Utilización del ánodo y cátodo según las anteriores reivindicaciones 14-23, donde el líquido que ha sido tratado, después de haber sido tratado conforme a la invención, se hace pasar a través de un filtro de adsorción hidrófobo y un medio de adsorción hidrófobo con el fin de eliminar el potencial exceso de compuestos orgánicos.

25. Utilización del ánodo y cátodo según las anteriores reivindicaciones anteriores 14-24, donde el líquido se hace pasar a través de un dispositivo de flotación mientras es tratado con el fin de eliminar materias orgánicas electroflotadas.