ES2702082T3 - An electrochemical process for preparing a reaction product of a metal or metalloid element - Google Patents

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ES2702082T3 ES16700274T ES16700274T ES2702082T3 ES 2702082 T3 ES2702082 T3 ES 2702082T3 ES 16700274 T ES16700274 T ES 16700274T ES 16700274 T ES16700274 T ES 16700274T ES 2702082 T3 ES2702082 T3 ES 2702082T3
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Abstract

Un proceso electroquímico para recuperar productos de reacción de un elemento metálico o un elemento metaloide o una mezcla de dos o más de estos de al menos un compuesto precursor soluble en agua que comprende el elemento metálico o un elemento metaloide o dos o más de estos, en la forma de nano partículas, particularmente nano cristales de al menos un producto de reacción, en donde el proceso comprende las etapas de - suministrar una solución del compuesto precursor soluble en agua a un catolito a base de agua de un compartimento catódico de una celda electroquímica, equipada con un cátodo que comprende un electrodo de difusión de gases, en donde el electrodo de difusión de gases comprende un material poroso electroquímicamente activo que tiene una superficie BET de al menos 50 m2/g, - ajustar el pH del catolito a un pH que sea menor que el pKa del compuesto precursor soluble en agua, - suministrar al menos un gas oxidante al electrodo de difusión de gases, - someter el cátodo a un potencial electroquímico de reducción de al menos un gas oxidante a uno o más de los peróxidos, especies reactivas iónicas y/o radicales correspondientes capaces de reaccionar con un catión que comprenda el elemento metálico, o el elemento metaloide o una mezcla de dos o más de estos, a nano partículas de al menos un producto de reacción con un tamaño de partícula promedio, particularmente nano cristales con un tamaño de cristalito promedio, igual o inferior a 30.0 nm.An electrochemical process for recovering reaction products of a metallic element or a metalloid element or a mixture of two or more of these from at least one water-soluble precursor compound comprising the metallic element or a metalloid element or two or more of these, in the form of nanoparticles, particularly nano crystals of at least one reaction product, wherein the process comprises the steps of - supplying a solution of the water-soluble precursor compound to a water-based catholyte from a cathodic compartment of a cell electrochemistry, equipped with a cathode comprising a gas diffusion electrode, wherein the gas diffusion electrode comprises an electrochemically active porous material having a BET surface of at least 50 m2 / g, - adjust the pH of the catholyte to a pH that is less than the pKa of the water-soluble precursor compound, - supplying at least one oxidizing gas to the gas diffusion electrode, - subjecting the cathode to a p Electrochemical potential for reduction of at least one oxidizing gas to one or more of the corresponding peroxides, ionic reactive species and / or radicals capable of reacting with a cation comprising the metallic element, or the metalloid element or a mixture of two or more of these, to nano particles of at least one reaction product with an average particle size, particularly nano crystals with an average crystallite size, equal to or less than 30.0 nm.

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Un proceso electroquímico para preparar un producto de reacción de un elemento metálico o metaloideAn electrochemical process for preparing a reaction product of a metal or metalloid element

La presente invención se relaciona con proceso electroquímico para recuperar productos de reacción de un elemento metálico o un elemento metaloide o una mezcla de dos o más de estos de al menos un compuesto precursor soluble en agua que comprende el elemento metálico o un elemento metaloide o dos o más de estos, en la forma de nanopartículas de al menos un producto de reacción, de acuerdo con el preámbulo de la primera reivindicación.The present invention relates to an electrochemical process for recovering reaction products of a metal element or a metalloid element or a mixture of two or more of these from at least one water-soluble precursor compound comprising the metal element or a metalloid element or two. or more of these, in the form of nanoparticles of at least one reaction product, according to the preamble of the first claim.

La presente invención se relaciona además con nanopartículas, particularmente nano cristales obtenidos con ese proceso y con un dispositivo para llevar a cabo el proceso de la invención.The present invention also relates to nanoparticles, particularly nano-crystals obtained with that process and with a device for carrying out the process of the invention.

Antecedentes de la invención.BACKGROUND OF THE INVENTION

Las nanopartículas y sus compuestos exhiben propiedades electrónicas, ópticas, magnéticas y químicas no convencionales con respecto a las partículas en fase masiva y los cristales macroscópicos. Por lo tanto, ofrecen propiedades nuevas o mejoradas para su aplicación en una amplia variedad de campos que van desde la catálisis, cosmética, textiles, nanoelectrónica, componentes de alta tecnología y aparatos de protección, hasta productos farmacéuticos, usos médicos, sensores y diagnosticadores. En los tamaños más pequeños (por ejemplo < 20-50 nm), las propiedades de las nanopartículas varían típicamente irregularmente y son específicas para cada tamaño (en Rao C.N.R., Thomas P.J., Kulkami G.U., Nano crystals: Synthesis, Properties and Applications). Independientemente del método usado para su preparación, muchos son los retos a superar, como el control del crecimiento de las partículas, la cristalinidad, la estabilidad y la reproducibilidad. Un procedimiento de síntesis de alta calidad debería producir convenientemente nanopartículas con una distribución de tamaño controlada, frecuentemente se aspira a una distribución de tamaño estrecha. Cuanto más estrecha sea la distribución de tamaños, más atractivo será el procedimiento de síntesis. Los mejores procedimientos de síntesis disponibles actualmente producen nanocristales con una distribución de tamaño de aproximadamente 5 %. El control de la forma es además una característica importante. Se prefieren los métodos de síntesis que proporcionan nanopartículas cristalinas, así como también los métodos que proporcionan estabilización de la forma. Particularmente, se prefieren los métodos de síntesis que no empleen disolventes peligrosos, con la idea de la sostenibilidad medioambiental. Los métodos modernos para sintetizar nanopartículas amorfas o cristalinas pueden incluir etapas de reacciones químicas, así como también etapas biológicas y de tratamientos físicos. Los métodos químicos para producir nanopartículas cristalinas ofrecen la ventaja sobre los métodos físicos de que pueden usarse condiciones de reacción más leves. Puede lograrse un mejor control, en comparación con los métodos puramente biológicos. Los métodos químicos típicamente emplean las etapas de sembrar cristales, permitir que tenga lugar el crecimiento de partículas y finalizar el crecimiento de partículas una vez que se ha obtenido el tamaño de partícula deseado. Dado que estas etapas frecuentemente son inseparables, la síntesis se inicia a menudo al proporcionar un precursor de nanocristales, un disolvente y agentes de terminación (de remate). La síntesis electroquímica se emplea frecuentemente para la producción de nanocristales metálicos de valencia cero, mediante las etapas de disolución oxidativa de un ánodo, migración de iones metálicos al cátodo y reducción al estado de valencia cero, nucleación seguida de crecimiento de partículas, adición de agentes de remate (típicamente sales de amonio cuaternario que contienen alcanos de cadena larga) para inhibir el crecimiento, y precipitación de los nanocristales. El tamaño de los nanocristales puede ajustarse, entre otras cosas, mediante alteración de la densidad de corriente, de la variación de la distancia entre los electrodos, del control del tiempo de reacción, la temperatura y la polaridad del disolvente. Los métodos químicos y electroquímicos clásicos típicamente resultan en la formación de nanocristales que tienen un tamaño de partícula promedio de alrededor de 100 nm. En algunos casos, se ha observado la formación de nanocristales con un tamaño de partícula promedio inferior a 100 nm, sin embargo, estos presentan distribuciones de tamaño y forma altamente polidispersas (no uniformes).The nanoparticles and their compounds exhibit electronic, optical, magnetic and non-conventional chemical properties with respect to the massive phase particles and the macroscopic crystals. Therefore, they offer new or improved properties for their application in a wide variety of fields ranging from catalysis, cosmetics, textiles, nanoelectronics, high-tech components and protective devices, to pharmaceuticals, medical uses, sensors and diagnostics. In the smaller sizes (for example <20-50 nm), the properties of the nanoparticles vary typically irregularly and are specific for each size (in Rao C.N.R., Thomas P.J., Kulkami G.U., Nano crystals: Synthesis, Properties and Applications). Regardless of the method used for its preparation, there are many challenges to overcome, such as the control of particle growth, crystallinity, stability and reproducibility. A high quality synthesis process should conveniently produce nanoparticles with a controlled size distribution, often aspiring to a narrow size distribution. The narrower the size distribution, the more attractive the synthesis procedure will be. The best synthesis procedures currently available produce nanocrystals with a size distribution of approximately 5%. The control of the form is also an important feature. Synthesis methods that provide crystalline nanoparticles are preferred, as well as methods that provide shape stabilization. Particularly, synthesis methods that do not use hazardous solvents are preferred, with the idea of environmental sustainability. Modern methods for synthesizing amorphous or crystalline nanoparticles can include chemical reaction stages, as well as biological and physical treatment stages. Chemical methods for producing crystalline nanoparticles offer the advantage over physical methods that milder reaction conditions can be used. Better control can be achieved, compared to purely biological methods. Chemical methods typically employ the steps of planting crystals, allowing particle growth to take place and finalizing particle growth once the desired particle size has been obtained. Since these steps are often inseparable, synthesis is often initiated by providing a precursor of nanocrystals, a solvent and terminating agents. Electrochemical synthesis is frequently used for the production of zero-valent metal nanocrystals, through the stages of oxidative dissolution of an anode, migration of metal ions to the cathode and reduction to the zero-valence state, nucleation followed by particle growth, addition of agents of finishing (typically quaternary ammonium salts containing long chain alkanes) to inhibit the growth, and precipitation of the nanocrystals. The size of the nanocrystals can be adjusted, inter alia, by altering the current density, the variation of the distance between the electrodes, the control of the reaction time, the temperature and the polarity of the solvent. Classical chemical and electrochemical methods typically result in the formation of nanocrystals having an average particle size of about 100 nm. In some cases, the formation of nanocrystals with an average particle size of less than 100 nm has been observed, however, they present highly polydispersed (non-uniform) size and shape distributions.

El documento US20060068026 describe un método electroquímico térmico para preparar una suspensión coloidal estable de nanocristales metálicos desnudos o de aleación con metales de valencia cero. El método comprende las etapas de, al menos parcialmente, sumergir en agua esencialmente libre de contaminantes, un ánodo metálico de sacrificio que incluye un material reaccionante metálico esencialmente libre de contaminantes para los nanocristales y un cátodo; y aplicar un potencial de voltaje a través del ánodo y el cátodo para formar una suspensión coloidalmente estable de nanocristales metálicos desnudos compuestos esencialmente de metal del ánodo metálico de sacrificio.US20060068026 discloses a thermal electrochemical method for preparing a stable colloidal suspension of bare metal nanocrystals or alloys with zero valent metals. The method comprises the steps of, at least partially, submerging in water essentially free of contaminants, a sacrificial metal anode that includes a metal reactant essentially free of contaminants for the nanocrystals and a cathode; and applying a voltage potential across the anode and the cathode to form a colloidally stable suspension of bare metal nanocrystals composed essentially of metallic sacrificial metal anode.

Al analizar los métodos existentes para sintetizar nanopartículas, los inventores se dieron cuenta de que las técnicas existentes pueden considerarse desde una perspectiva diferente. Los precursores químicos de las nano partículas se presentan usualmente en estado disuelto en la solución a tratar, por ejemplo, los precursores químicos se disuelven en una matriz acuosa. La formación de las nano partículas y su conversión en un precipitado sólido estable tiene la consecuencia de que los iones solubles en agua se eliminan de la matriz acuosa. Por lo tanto, el método de síntesis de nano partículas puede considerarse además como un método para eliminar compuestos solubles en agua de una solución y recuperarlos, por ejemplo, como un precipitado sólido. In analyzing the existing methods for synthesizing nanoparticles, the inventors realized that existing techniques can be considered from a different perspective. The chemical precursors of the nanoparticles are usually present in the dissolved state in the solution to be treated, for example, the chemical precursors are dissolved in an aqueous matrix. The formation of the nanoparticles and their conversion into a stable solid precipitate has the consequence that the water-soluble ions are removed from the aqueous matrix. Therefore, the nanoparticle synthesis method can also be considered as a method for removing water-soluble compounds from a solution and recovering them, for example, as a solid precipitate.

Esto es de especial interés en el campo de la recuperación de materias primas minerales críticas, especialmente aquellas con un alto interés tecnológico, como los elementos de tierras raras (REE) que se usan en la fabricación de dispositivos electrónicos y de telecomunicaciones y aplicaciones de alta tecnología, tecnologías de energía limpia y estratégica e instrumentos de defensa, por nombrar algunos ejemplos. Los REE se clasifican como materias primas críticas no sólo por su amplia aplicabilidad, sino principalmente debido al riesgo de interrupción del suministro y probablemente además por su alto valor económico. Una medida clave para anticipar las vulnerabilidades del suministro de REE es el reciclaje de los productos al final de su vida útil; sin embargo, las posibilidades de reciclaje están lejos de ser suficientes para satisfacer la demanda de REE. A medida que aumenta el riesgo de interrupción del suministro y el valor de REE, otras matrices aún no exploradas empiezan a tener sentido económico para la recuperación.This is of special interest in the field of recovery of critical mineral raw materials, especially those with a high technological interest, such as rare earth elements (REE) that are used in the manufacture of electronic and telecommunications devices and high-performance applications. technology, clean and strategic energy technologies and defense instruments, to name a few examples. REEs are classified as critical raw materials not only because of their broad applicability, but mainly because of the risk of interruption of supply and probably also because of their high economic value. A key measure to anticipate the vulnerabilities of the REE supply is the recycling of products at the end of their useful life; however, recycling possibilities are far from sufficient to meet the demand of REE. As the risk of supply disruption and the value of REE increases, other matrices not yet explored begin to make economic sense for recovery.

El documento WO 2012115273 A1 describe un método para la extracción y separación de elementos lantanoides y actinoides mediante el contacto de una solución de estos elementos con una nanoestructura que porta un compuesto adsorbente con metales, capaz de funcionar como adsorbente para el metal objetivo. Para recuperar el metal objetivo, el compuesto adsorbente con el metal adsorbido a este se pone en contacto con una solución de retroextracción.WO 2012115273 A1 discloses a method for the extraction and separation of lanthanoid and actinoid elements by contacting a solution of these elements with a nanostructure carrying an adsorbent compound with metals, capable of functioning as an adsorbent for the target metal. To recover the target metal, the adsorbent compound with the metal adsorbed thereto is contacted with a back-extraction solution.

Otro método para eliminar especies iónicas de fluidos, por ejemplo de suministros descompuestos de agua, que hace uso de la desionización capacitiva se describe en el documento US2011042219. El método descriro en el documento US2011042219 emplea un sistema de electrodiálisis y/o un sistema de inversión de electrodiálisis que utiliza electrodos de alta superficie, porosos, no Faraday, que no realizan reacciones de transferencia de electrones. El sistema contiene una pila de membranas que incluye membranas de transferencia con el cátodo y membranas de transferencia con el ánodo alternantes, así como también un cátodo poroso y un ánodo poroso. A medida que la energía de corriente directa pasa a través de los electrodos, los cationes y los aniones migran a electrodos opuestos, lo que causa así una separación del agua salina en líneas de corriente concentradas y diluidas. Un condensador de doble capa con una alta capacitancia aparente puede formarse así en cada electrodo. El método es típicamente aplicable en industrias en las que los líquidos pueden requerir la eliminación de especies iónicas, lo que incluye las industrias de agua, productos farmacéuticos y de alimentos y bebidas.Another method for removing ionic species from fluids, for example from decomposed supplies of water, which makes use of capacitive deionization is described in US2011042219. The method described in US2011042219 employs an electrodialysis system and / or an electrodialysis reversal system using high surface, porous, non-Faraday electrodes, which do not perform electron transfer reactions. The system contains a membrane stack that includes transfer membranes with the cathode and alternating transfer membranes with the anode, as well as a porous cathode and a porous anode. As the direct current energy passes through the electrodes, the cations and anions migrate to opposite electrodes, thus causing a separation of the salt water in concentrated and diluted streamlines. A double-layer capacitor with a high apparent capacitance can thus be formed at each electrode. The method is typically applicable in industries where liquids may require the removal of ionic species, which includes the water, pharmaceutical, and food and beverage industries.

Sin embargo, los métodos descritos anteriormente no proporcionan tasas de recuperación verdaderas y económicamente viables, cuando es posible en una forma que permita la reutilización del metal. Los métodos de extracción existentes para la extracción de REE u otros metales críticos de matrices acuosas, por ejemplo, para cumplir los requisitos regulatorios, son insuficientes y necesitan adaptarse para proporcionar un producto comercialmente interesante.However, the methods described above do not provide true and economically viable recovery rates, when possible in a way that allows the metal to be reused. The existing extraction methods for the extraction of REE or other critical metals from aqueous matrices, for example, to meet the regulatory requirements, are insufficient and need to be adapted to provide a commercially interesting product.

El documento US2015/0200082 A1 describe un método de fabricación de partículas de hidróxidos metálicos, tales como indio, estaño, cobre, galio, zinc, aluminio, hierro, níquel, manganeso y litio, o una aleación que contiene al menos un tipo seleccionado de estos metales, en donde las partículas metálicas tienen un diámetro de partícula uniforme de 100 nm. Un electrodo de difusión de gases se sumerge en un electrolito, por ejemplo nitrato de amonio, el ánodo se define por el metal o el óxido metálico conductor. El oxígeno suministrado al cátodo se reduce en la interfase gas-líquido, lo que genera así iones de hidróxido (O2+2H2O+4e- ^ 4OH-), que causa que el pH aumente a medida que el proceso continúa. El potencial estándar del electrodo (+0.40 V) de la reacción de reducción del oxígeno es superior al potencial estándar del electrodo (+0.01 V) de la reacción de reducción del ión nitrato, la reducción de los iones de nitrato ocurre raramente. Los iones metálicos que eluyen del ánodo durante la electrólisis reaccionan con los iones de hidróxido en la solución electrolítica para formar partículas de hidróxido metálico. Las condiciones alcalinas en las que se lleva a cabo la reacción causan que aumenten los diámetros de las partículas, y obtener hidróxidos metálicos como partículas con un diámetro de partícula deseado uniforme es difícil de lograr. Si se desea, puede estabilizarse el pH y la temperatura del electrolito. Al analizar la morfología de las partículas, pareció que cada partícula consistía en una pluralidad de partículas más pequeñas agregadas para formar una partícula más grande.US2015 / 0200082 A1 discloses a method of manufacturing metal hydroxide particles, such as indium, tin, copper, gallium, zinc, aluminum, iron, nickel, manganese and lithium, or an alloy containing at least one type selected from These metals, where the metal particles have a uniform particle diameter of 100 nm. A gas diffusion electrode is immersed in an electrolyte, for example ammonium nitrate, the anode is defined by the metal or the conductive metal oxide. The oxygen supplied to the cathode is reduced at the gas-liquid interface, thus generating hydroxide ions (O2 + 2H2O + 4e- ^ 4OH-), which causes the pH to increase as the process continues. The standard potential of the electrode (+0.40 V) of the oxygen reduction reaction is higher than the standard potential of the electrode (+0.01 V) of the nitrate ion reduction reaction, the reduction of nitrate ions occurs rarely. The metal ions that elute from the anode during electrolysis react with the hydroxide ions in the electrolytic solution to form metal hydroxide particles. The alkaline conditions in which the reaction is carried out cause the diameters of the particles to increase, and obtaining metal hydroxides as particles with a uniform desired particle diameter is difficult to achieve. If desired, the pH and the temperature of the electrolyte can be stabilized. When analyzing the morphology of the particles, it appeared that each particle consisted of a plurality of smaller particles added together to form a larger particle.

El documento US-A-3.073.763 describe un método para la producción electrolítica de óxidos de hierro o mezclas de óxidos metálicos que contienen predominantemente óxido de hierro, mediante el uso de un ánodo de hierro y uno o más ánodos metálicos y un cátodo que consiste en un material conductor, por ejemplo, metal o carbono. Como electrolito se usa una solución salina alcalina, cuyos aniones no forman sales insolubles con los metales de los ánodos y tienen una mayor afinidad con hidrógeno que con hierro. En el curso del proceso, los metales en el ánodo se disolverán y entrarán en contacto con el medio alcalino que se ha formado adyacente al cátodo. Si se suministra oxígeno, los iones metálicos se convierten en los óxidos correspondientes en la solución electrolítica, que precipitan en solución como partículas que tienen un gran tamaño de partícula promedio del orden de 100 nm o más. En el proceso del documento US-A-3.073.763 no tiene lugar ninguna reducción del oxígeno.US-A-3,073,763 discloses a method for the electrolytic production of iron oxides or mixtures of metal oxides containing predominantly iron oxide, by the use of an iron anode and one or more metallic anodes and a cathode which consists of a conductive material, for example, metal or carbon. As an electrolyte, an alkaline saline solution is used, whose anions do not form insoluble salts with the metals of the anodes and have a greater affinity with hydrogen than with iron. In the course of the process, the metals at the anode will dissolve and come into contact with the alkaline medium that has formed adjacent to the cathode. If oxygen is supplied, the metal ions are converted into the corresponding oxides in the electrolyte solution, which precipitate in solution as particles having a large average particle size of the order of 100 nm or more. In the process of US-A-3,073,763, no oxygen reduction takes place.

El documento US-A-4.067.788 describe un método para producir polvos metálicos finamente divididos, particularmente polvos de níquel, plata, oro y los metales del grupo del platino, que tienen partículas que varían en tamaño de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 10 micras. El ánodo se hace del metal que se va a dividir finamente como el óxido, el hidróxido o el metal mismo. El ánodo se sumerge en una solución alcalina de una sal, que tiene un pH típico de entre 8 y 12, el anión de la sal que es soluble cuando se combina con dicho metal. El cátodo es un electrodo de aire catalizado. Dado que los iones metálicos producidos en la superficie del ánodo no reaccionan inmediatamente con los iones hidroxilo de la solución, y dado que los óxidos o hidróxidos insolubles se forman en la solución a una distancia perceptible de la superficie del ánodo, el tamaño de partícula puede controlarse por recirculación del electrolito. Para aumentar aún más el tamaño de partícula del óxido o hidróxido, una porción del material sólido se devuelve a la celda en la que se lleva a cabo el proceso para que sirva como núcleo sobre el que se deposita óxido o hidróxido adicional. La etapa final en el proceso es la reducción química del óxido metálico o hidróxido metálico en el metal finamente dividido, por ejemplo mediante el uso de formaldehído o azúcar invertido.US-A-4,067,788 discloses a method for producing finely divided metal powders, particularly powders of nickel, silver, gold and metals of the platinum group, having particles ranging in size from about 0.5 to about 10 microns. The anode is made of metal that is to be finely divided as oxide, hydroxide or metal itself. The anode is immersed in an alkaline solution of a salt, which has a typical pH between 8 and 12, the anion of the salt which is soluble when combined with said metal. The cathode is a catalyzed air electrode. Since the metal ions produced at the anode surface do not react immediately with the hydroxyl ions in the solution, and since the insoluble oxides or hydroxides are formed in the solution at a perceptible distance from the anode surface, the particle size can controlled by recirculation of the electrolyte. To further increase the particle size of the oxide or hydroxide, a portion of the solid material is returned to the cell in which the process is carried out to serve as a core on which additional oxide or hydroxide is deposited. The final step in the process is the chemical reduction of the metal oxide or metal hydroxide in the finely divided metal, for example by the use of formaldehyde or invert sugar.

El documento UA-S-6.235.185 describe un método y un aparato para producir partículas de un compuesto metálico, tal como un óxido metálico o un hidróxido metálico, con diámetros de partículas de no más de 1 micra, particularmente de 1 a 1000 nm, preferentemente de 5 a 100 nm. El término "diámetro de partícula" en la presente descripción significa el diámetro de partícula promedio en volumen de 200 o más partículas observadas mediante un microscopio electrónico de transmisión y una distribución de tamaño de partícula nítida, a partir de una materia prima menos cara y con el uso de una instalación de producción simplificada. Para ello se proporciona una solución electrolítica que contiene iones metálicos como materia prima para las partículas de compuestos metálicos ultrafinos en la cámara del ánodo, una solución electrolítica alcalina se proporciona en la cámara del cátodo. Se aplica un voltaje entre el ánodo y el cátodo para inducir la transferencia de los iones metálicos desde la cámara lateral anódica a la cámara lateral catódica a través de una capa de intercambio iónico. Las partículas de compuestos metálicos ultrafinas se precipitan en la solución electrolítica alcalina de la cámara catódica. Ejemplos de metales adecuados para el método del documento US-A-6.235.185 incluyen litio, magnesio, aluminio, calcio, escandio, titanio, vanadio, cromo, manganeso, hierro, cobalto, níquel, cobre, zinc, galio, germanio, rubidio, estroncio, itrio, circonio, niobio, molibdeno, rutenio, rodio, paladio, cadmio, indio, estaño, antimonio, telurio, cesio, bario, tántalo, tungsteno, osmio, platino, oro, mercurio, plomo, bismuto, cerio, neodimio, samario y europio, o sus combinaciones.UA-S-6,235,185 discloses a method and apparatus for producing particles of a metal compound, such as a metal oxide or a metal hydroxide, with particle diameters of not more than 1 micron, particularly from 1 to 1000 nm , preferably from 5 to 100 nm. The term "particle diameter" in the present description means the volume average particle diameter of 200 or more particles observed by a transmission electron microscope and a clear particle size distribution, from a less expensive raw material and with the use of a simplified production facility. For this purpose, an electrolytic solution containing metal ions is provided as raw material for the particles of ultrathin metal compounds in the anode chamber, an alkaline electrolytic solution is provided in the cathode chamber. A voltage is applied between the anode and the cathode to induce the transfer of the metal ions from the anodic side chamber to the cathode side chamber through an ion exchange layer. The particles of ultrafine metal compounds are precipitated in the alkaline electrolytic solution of the cathodic chamber. Examples of suitable metals for the method of US-A-6,235,185 include lithium, magnesium, aluminum, calcium, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, germanium, rubidium , strontium, yttrium, zirconium, niobium, molybdenum, ruthenium, rhodium, palladium, cadmium, indium, tin, antimony, tellurium, cesium, barium, tantalum, tungsten, osmium, platinum, gold, mercury, lead, bismuth, cerium, neodymium , samarium and europium, or their combinations.

El documento US2004/0108220 A1 describe un proceso para la producción de óxidos amorfos y/o cristalinos mezclados de metales con diámetros de partículas medios que varían de 1 a 500 nm, más particularmente metales del tercer al quinto grupo principal o de los grupos secundarios del sistema periódico. Los iones disueltos en un electrolito orgánico de aquellos metales cuyo óxido (mezclado) debe producirse en el electrolito del compartimento del cátodo, se reducen electroquímicamente en el cátodo en presencia de aire como agente oxidante. El compartimento del cátodo se separa del compartimento del ánodo por un diafragma de partición poroso que es permeable a cationes y aniones, pero impide el paso de halógeno elemental del ánodo al compartimento de cátodo. Los electrolitos orgánicos preferidos incluyen alcoholes, polialcoholes o sus mezclas y derivados, cetonas, éteres, nitritos, carbonatos orgánicos y compuestos aromáticos, tetrahidrofurano, acetona, acetonitrilo, tolueno. El electrolito orgánico puede contener pequeñas cantidades de agua, por ejemplo, de aproximadamente 0.01 a aproximadamente 2 % en peso. El aire que se introduce en forma de pequeñas burbujas, por una parte, proporciona una fina distribución del agente oxidante en el compartimento del cátodo y, por otra parte, contrarresta la formación de óxido metálico sólido en el cátodo al proporcionar una mezcla constante del electrolito y, en su lugar, asegura que las partículas de óxido metálico se descarguen del cátodo y se dispersen en el electrolito.Document US2004 / 0108220 A1 describes a process for the production of mixed amorphous and / or crystalline oxides of metals with diameters of average particles ranging from 1 to 500 nm, more particularly metals from the third to the fifth main group or from the secondary groups of the periodic system. The ions dissolved in an organic electrolyte of those metals whose oxide (mixed) must be produced in the electrolyte of the cathode compartment are electrochemically reduced at the cathode in the presence of air as an oxidizing agent. The cathode compartment is separated from the anode compartment by a porous partition diaphragm which is permeable to cations and anions, but prevents the passage of elemental halogen from the anode to the cathode compartment. Preferred organic electrolytes include alcohols, polyalcohols or their mixtures and derivatives, ketones, ethers, nitrites, organic carbonates and aromatics, tetrahydrofuran, acetone, acetonitrile, toluene. The organic electrolyte may contain small amounts of water, for example, from about 0.01 to about 2% by weight. The air that is introduced in the form of small bubbles, on the one hand, provides a fine distribution of the oxidizing agent in the cathode compartment and, on the other hand, counteracts the formation of solid metal oxide at the cathode by providing a constant mixture of the electrolyte and, instead, it ensures that the metal oxide particles are discharged from the cathode and dispersed in the electrolyte.

Aunque en el documento US2004/0108220 A1 se dice que produce partículas de óxidos amorfos y/o cristalinos mezclados de metales con diámetros de partículas medios que varían de 1 a 500 nm, los ejemplos no revelan el tamaño de partícula real obtenido. Además, el proceso implica el uso de un electrolito orgánico y, por lo tanto, no es adecuado, por ejemplo, para recuperar iones metálicos de soluciones acuosas.Although in US2004 / 0108220 A1 it is said to produce mixed amorphous and / or crystalline oxide particles of metals with average particle diameters ranging from 1 to 500 nm, the examples do not reveal the actual particle size obtained. In addition, the process involves the use of an organic electrolyte and, therefore, is not suitable, for example, for recovering metal ions from aqueous solutions.

El documento WO2013/179553 describe un método de fabricación de un objetivo ITO y un hidróxido metálico. Mientras el uso del cátodo se hace de electrodo de difusión de gases. Un ánodo se hace del material metálico a convertir en hidróxido (pág. 2, par. 0019 última oración) o un hidróxido metálico electroconductor, se sumerge en una solución electrolítica. Ejemplos de soluciones electrolíticas usadas incluyen nitrato de amonio, cloruro de amonio, etc.WO2013 / 179553 describes a method of manufacturing an ITO target and a metal hydroxide. While the use of the cathode is made of gas diffusion electrode. An anode is made of the metallic material to be converted into hydroxide (page 2, par. 0019 last sentence) or an electrically conductive metal hydroxide, immersed in an electrolytic solution. Examples of electrolyte solutions used include ammonium nitrate, ammonium chloride, etc.

El documento US-A-3.073.763 describe un proceso electrolítico para preparar óxidos de hierro o mezclas de óxidos metálicos que contienen más de 80 por ciento molar de óxido de hierro. El ánodo usado se hace de los metales cuyos óxidos deben precipitar y/o de ánodos de un material conductor que, durante la electrólisis, no se disuelven, sino que se rodean por uno o más óxidos de los metales que deben precipitar. Se tiene cuidado de que los metales se disolverán en la proporción deseada y precipitarán en forma de sus óxidos por el álcali formado durante la electrólisis, antes de que los iones metálicos lleguen al cátodo. El cátodo se dispone de manera que un medio alcalino fuerte se forme alrededor del cátodo para lograr la precipitación de los iones metálicos en la forma de sus óxidos antes de que ellos puedan alcanzar el cátodo. El cátodo se construye en forma de un tubo que se perfora por debajo del nivel del electrolito. Los ánodos se separan por tabiques aislantes que no se extienden completamente hasta el cátodo. Como electrolito se usa una solución salina alcalina con una mayor afinidad con hidrógeno que con hierro, mediante disolución del material del que se hace el ánodo y adición de un gas oxidante en el baño. El documento US-A-4.067.788 describe un método para producir polvos metálicos finamente divididos, hidróxidos metálicos y óxidos metálicos, particularmente polvos de níquel, plata, oro y el grupo de los metales de platino, que tienen partículas de un tamaño que varía de aproximadamente 0.5 micras a aproximadamente 10 micras. El ánodo, que se hace del metal que se debe convertir en un polvo finamente dividido, se consume en el curso del proceso. El ánodo se sumerge en una solución alcalina de una sal, con un pH típico de entre 8 y 12. El cátodo es un electrodo de aire catalizado. El aire se circula a través de la cámara catódica, el oxígeno se convierte en iones de hidroxilo y también se produce hidrógeno.US-A-3,073,763 describes an electrolytic process for preparing iron oxides or mixtures of metal oxides containing more than 80 mole percent iron oxide. The anode used is made of metals whose oxides must precipitate and / or anodes of a conductive material that, during electrolysis, do not dissolve, but are surrounded by one or more oxides of the metals that must precipitate. Care is taken that the metals will dissolve in the desired proportion and will precipitate in the form of their oxides by the alkali formed during electrolysis, before the metal ions reach the cathode. The cathode is arranged so that a strong alkaline medium is formed around the cathode to achieve precipitation of the metal ions in the form of their oxides before they can reach the cathode. The cathode is constructed in the form of a tube that is drilled below the level of the electrolyte. The anodes are separated by insulating partitions that do not extend completely to the cathode. As an electrolyte, an alkaline saline solution with a higher affinity with hydrogen than with iron is used, by dissolving the material from which the anode is made and adding an oxidizing gas in the bath. US-A-4,067,788 discloses a method for producing finely divided metal powders, metal hydroxides and metal oxides, particularly powders of nickel, silver, gold and the group of platinum metals, which have particles of a varying size. from about 0.5 microns to about 10 microns. The anode, which is made of the metal that must be converted into a finely divided powder, is consumed in the course of the process. The anode is immersed in an alkaline solution of a salt, with a typical pH between 8 and 12. The cathode is a catalyzed air electrode. Air is circulated through the cathode chamber, oxygen is converted to hydroxyl ions and hydrogen is also produced.

Permanece la necesidad de un proceso electroquímico económicamente viable que permita recuperar de un compuesto precursor soluble en agua que contenga un elemento metálico o metaloide o dos o más de estos, un producto de reacción que contenga el elemento metálico o metaloide o dos o más de estos. Permanece una necesidad particular de un proceso económicamente viable que permita recuperar tales elementos metálicos o metaloides en forma de nano partículas cristalinas de un compuesto o de una mezcla de dos o más compuestos que contengan al menos un elemento metálico o metaloide, en donde las nano partículas cristalinas tengan un diámetro de partícula promedio de 50 nm o menor, preferentemente de 30 nm o menor, con mayor preferencia de 20 nm o menor, con la máxima preferencia de 10 nm o menor o incluso de 5 nm o menor. Más particularmente, permanece una necesidad de un proceso electroquímico que permita producir tales partículas cristalinas con una distribución de tamaño de partícula controlada, preferentemente una distribución de tamaño de partícula estrecha o una distribución de tamaño de partícula denominada monodispersa. Este proceso debe ser adecuado para la recuperación de los elementos metálicos o metaloides comúnmente usados, así como también de aquellos que comúnmente se usan menos.The need remains for an economically viable electrochemical process that allows recovering from a water-soluble precursor compound containing a metal or metalloid element or two or more of these, a reaction product containing the metal or metalloid element or two or more of these . There remains a particular need for an economically viable process that allows recovering such metal or metalloid elements in the form of crystalline nanoparticles of a compound or of a mixture of two or more compounds containing at least one metal or metalloid element, wherein the nanoparticles crystallites have an average particle diameter of 50 nm or less, preferably 30 nm or less, more preferably 20 nm or less, most preferably 10 nm or less, or even 5 nm or less. More particularly, there remains a need for an electrochemical process that allows to produce such crystalline particles with a controlled particle size distribution, preferably a narrow particle size distribution or a particle size distribution called monodisperse. This process must be suitable for the recovery of the metal or metalloid elements commonly used, as well as those that are commonly used less.

La presente invención por tanto apunta a proporcionar un método económicamente viable para aislar de al menos un compuesto precursor soluble en agua que comprende un metal o un elemento metaloide o dos o más de estos, nano partículas, particularmente nano partículas cristalinas, de al menos un producto de reacción que comprende un metal o un elemento metaloide o dos o más de estos.The present invention therefore aims to provide an economically viable method for isolating at least one water soluble precursor compound comprising a metal or a metalloid element or two or more of these, nanoparticles, particularly crystalline nanoparticles, of at least one reaction product comprising a metal or a metalloid element or two or more thereof.

Esto se logra por la presente invención con un método que muestra las características técnicas de la porción caracterizante de la primera reivindicación.This is achieved by the present invention with a method that shows the technical characteristics of the characterizing portion of the first claim.

Para ello el proceso electroquímico de esta invención comprende las etapas deFor this the electrochemical process of this invention comprises the steps of

- suministrar una solución del compuesto precursor soluble en agua a un catolito a base de agua de un compartimento catódico de una celda electroquímica, equipada con un cátodo que comprende un electrodo de difusión de gases, en donde el electrodo de difusión de gases comprende un material poroso electroquímicamente activo que tiene una superficie BET de al menos 50 m2/g,- supplying a solution of the water-soluble precursor compound to a water-based catholyte of a cathodic compartment of an electrochemical cell, equipped with a cathode comprising a gas diffusion electrode, wherein the gas diffusion electrode comprises a material electrochemically active porous having a BET surface area of at least 50 m2 / g,

- ajustar el pH del catolito a un pH que sea menor que la pKa del compuesto precursor soluble en agua,- adjust the pH of the catholyte to a pH that is lower than the pKa of the water soluble precursor compound,

- suministrar al menos un gas oxidante al electrodo de difusión de gases,- supplying at least one oxidizing gas to the gas diffusion electrode,

- someter el cátodo a un potencial electroquímico para causar reducción de al menos un gas oxidante en uno o más de los peróxidos, especies reactivas iónicas y/o radicales correspondientes capaces de reaccionar con un catión que comprenda el elemento metálico, o el elemento metaloide o una mezcla de dos o más de estos, para formar nano partículas, particularmente nano cristales, de al menos un producto de reacción con un tamaño de partícula promedio, particularmente, con un tamaño promedio de cristalito igual o inferior 30.0 nm.- subjecting the cathode to an electrochemical potential to cause reduction of at least one oxidizing gas in one or more of the peroxides, ionic reactive species and / or corresponding radicals capable of reacting with a cation comprising the metal element, or the metalloid element or a mixture of two or more of these, to form nanoparticles, particularly nano crystals, of at least one reaction product with an average particle size, particularly, with an average crystallite size of 30.0 nm or less.

Los inventores han observado que someter el cátodo a un potencial electroquímico que se elige de manera que sea capaz de causar la reducción de un gas oxidante suministrado a él, permite inducir una transformación redox, en la superficie electroquímicamente activa del electrodo de difusión de gases del cátodo, en otras palabras, en la superficie electroquímicamente activa del cátodo. Esta transformación redox implica, por una parte, una reducción del gas oxidante y, por otra parte, una oxidación in situ del elemento metálico y/o metaloide contenido en el compuesto precursor soluble en agua, a un estado de oxidación superior. Esto es sorprendente, ya que la persona experta esperaría típicamente que ocurra una reacción de reducción del elemento metálico y/o metaloide en el cátodo. La suposición de que tiene lugar una oxidación in situ de al menos un elemento metálico y/o metaloide se apoya en la observación de que la conductividad del catolito disminuye con un grado creciente de recuperación de iones metálicos o metaloides de la solución acuosa, es decir, una formación creciente de nano partículas, particularmente de nano cristales del producto de reacción. Los inventores además han observado que el al menos un elemento metálico y/o metaloide oxidado que tiene una valencia positiva se adsorbe al menos temporalmente a la superficie electroquímicamente activa del cátodo, y forman de ese modo una interfase con el catolito.The inventors have observed that subjecting the cathode to an electrochemical potential which is chosen to be capable of causing the reduction of an oxidizing gas supplied to it, allows to induce a redox transformation, on the electrochemically active surface of the gas diffusion electrode of the cathode, in other words, on the electrochemically active surface of the cathode. This redox transformation involves, on the one hand, a reduction of the oxidizing gas and, on the other hand, an in situ oxidation of the metal and / or metalloid element contained in the water-soluble precursor compound, to a higher oxidation state. This is surprising, since the skilled person would typically expect a reduction reaction of the metal and / or metalloid element to occur at the cathode. The assumption that in situ oxidation of at least one metallic and / or metalloid element takes place is supported by the observation that the conductivity of the catholyte decreases with an increasing degree of recovery of metal or metalloid ions from the aqueous solution, i.e. , a growing formation of nanoparticles, particularly of nano crystals of the reaction product. The inventors have further observed that the at least one metal and / or oxidized metalloid element having a positive valence is adsorbed at least temporarily to the electrochemically active surface of the cathode, and thereby form an interface with the catholyte.

El potencial electroquímico o intervalo de potenciales electroquímicos en los que puede ocurrir la reducción del gas oxidante, es bien conocido por la persona con experiencia y se representa por la ecuación de Nernst. La ecuación de Nernst es una ecuación que relaciona el potencial de reducción de una semicelda o el voltaje total en cualquier momento con el potencial del electrodo estándar, la temperatura, la actividad y el cociente de reacción de las reacciones subyacentes y las especies usadas. La ecuación de Nernst puede escribirse como sigue:The electrochemical potential or range of electrochemical potentials in which oxidative gas reduction can occur is well known to the experienced person and is represented by the Nernst equation. The Nernst equation is an equation that relates the reduction potential of a half cell or the total voltage at any time with the potential of the standard electrode, the temperature, the activity and the reaction ratio of the underlying reactions and the species used. The Nernst equation can be written as follows:

E = E°+ — zF In^ (¿Rze-d or E = E° — biQ E = E ° + - zF In ^ ( R z ed or E = E ° - z ¥ biQ

dondewhere

- E es el potencial de reducción de la semicelda a la temperatura de interés- E is the reduction potential of the half cell at the temperature of interest

- E0 es el potencial estándar de reducción de la semicelda- E0 is the standard potential for reducing the half cell

- R es la constante universal de los gases, R = 8.314472(15) J K-1 mol-1- R is the universal gas constant, R = 8.314472 (15) J K-1 mol-1

- T es la temperatura absoluta- T is the absolute temperature

- a es la actividad química para la especie en cuestión, donde aRed es el agente reductor y aox es el agente oxidante. ax = yxcx, donde yx es el coeficiente de actividad de la especie X. (Dado que los coeficientes de actividad tienden a la unidad a bajas concentraciones, las actividades en la ecuación de Nernst se sustituyen frecuentemente por concentraciones simples.)- a is the chemical activity for the species in question, where aRed is the reducing agent and aox is the oxidizing agent. ax = yxcx, where yx is the activity coefficient of species X. (Since the activity coefficients tend to unity at low concentrations, the activities in the Nernst equation are often replaced by simple concentrations.)

- F es la constante de Faraday, el número de culombos por mol de electrones: F = 9.64853399(24)*104 C mol-1 - z es el número de moles de electrones transferidos en la reacción de la celda o la mitad de reacción- F is the Faraday constant, the number of coulombs per mole of electrons: F = 9.64853399 (24) * 104 C mol-1 - z is the number of moles of electrons transferred in the cell reaction or half reaction

- Qr es el cociente de reacción.- Qr is the reaction quotient.

A temperatura ambiente (25 °C), RT/F puede tratarse como una constante y sustituirse por 25.693 mV para las celdas.At room temperature (25 ° C), RT / F can be treated as a constant and replaced by 25,693 mV for the cells.

La ecuación de Nernst se expresa frecuentemente en términos de logaritmos de base 10 (es decir logaritmos comunes) en lugar de logaritmos naturales, en cuyo caso se escribe como sigue para una celda a 25 °C:The Nernst equation is often expressed in terms of base 10 logarithms ( ie common logarithms) instead of natural logarithms, in which case it is written as follows for a cell at 25 ° C:

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Esta ecuación puede escribirse además en función del pH, como sigue:This equation can also be written according to the pH, as follows:

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Donde m representa el coeficiente estequiométrico según la reacción de abajo:Where m represents the stoichiometric coefficient according to the reaction below:

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(ver Pourbaix M (1976) Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqueous Solutions. NACE Cebelcor. Houston, Tx. (See Pourbaix M (1976) Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqueous Solutions, NACE Cebelcor, Houston, Tx.

Los inventores creen que la transformación redox tiene lugar en la superficie activa de la capa electroquímicamente activa del electrodo de difusión de gases, es decir, la superficie externa del material poroso que forma la capa electroquímicamente activa, así como también en la superficie interna del material electroquímicamente activo o, en otras palabras, en la superficie activa dentro del interior de los poros del material poroso electroquímicamente activo. El hecho de que el proceso ocurre además dentro de los poros del material electroquímicamente activo se ha observado cuando la polarización eléctrica se detiene, por la liberación de la mayoría de las nano partículas, particularmente los nano cristales en el electrolito cuando se detiene la polarización eléctrica.The inventors believe that the redox transformation takes place on the active surface of the electrochemically active layer of the gas diffusion electrode, ie the outer surface of the porous material forming the electrochemically active layer, as well as on the inner surface of the material electrochemically active or, in other words, on the active surface inside the pores of the electrochemically active porous material. The fact that the process also occurs within the pores of the electrochemically active material has been observed when the electrical polarization is stopped, by the release of most of the nanoparticles, particularly the nano crystals in the electrolyte when the electric polarization is stopped .

Sin querer circunscribirse a esta teoría, los inventores asumen que la reducción del gas oxidante en el cátodo puede dar lugar a la formación de uno o más especies de peróxidos, iónicas y/o radicales, usualmente especies poliatómicas, que se adsorben a la superficie electroquímicamente activa del cátodo y crean allí un ambiente local confinado dentro de los poros del material electroquímicamente activo. Dentro de los poros del material electroquímicamente activo, puede desarrollarse un pH característico y un potencial redox, que son diferentes de los de la solución y de la superficie externa del electrodo. Puede producirse sobresaturación del ambiente local con estas especies.Without wishing to be circumscribed to this theory, the inventors assume that the reduction of oxidizing gas at the cathode can result in the formation of one or more peroxide, ionic and / or radical species, usually polyatomic species, which adsorb to the surface electrochemically active cathode and create there a local environment confined within the pores of electrochemically active material. Within the pores of the electrochemically active material, a characteristic pH and a redox potential can develop, which are different from those of the solution and the outer surface of the electrode. Supersaturation of the local environment with these species may occur.

Los inventores además creen que al menos un compuesto precursor soluble en agua se disuelve en el electrolito, particularmente en el catolito, en un estado al menos parcialmente disociado:The inventors further believe that at least one water soluble precursor compound is dissolved in the electrolyte, particularly in the catholyte, in an at least partially dissociated state:

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con M+ que representa un catión del elemento metálico o elemento metaloide o un compuesto que tenga una valencia positiva que comprenda al menos un elemento metálico o elemento metaloide, o una mezcla de dos o más de las especies mencionadas anteriormente. Es de destacar que al menos un ión o compuesto metálico o metaloide que comprenda al menos un elemento metálico o elemento metaloide puede tener una valencia positiva de 1, 2, 3 o cualquier otra valencia que pueda formarse para esa especie. Los cationes del compuesto precursor soluble en agua disuelto contenido en el electrolito acuoso pueden migrar o difundirse desde la solución electrolítica hacia el cátodo, adherirse o adsorberse a la superficie externa del material electroquímicamente activo y adsorberse dentro de los poros del material electroquímicamente activo, particularmente a los sitios activos de este. La adhesión de los cationes cargados positivamente a la superficie electroquímicamente activa del electrodo de difusión de gases puede tener lugar a través de varios mecanismos, y puede implicar fuerzas de adsorción, principalmente fuerzas de Van der Waals. Además que, puede formarse una doble capa eléctrica en la superficie activa que involucra a los cationes, lo que permite así la adsorción electrostática o adsorción capacitiva en la doble capa, pero también puede tener lugar la adsorción reversible por intercambio iónico, complejación o quelación y cualquier otra forma de adhesión o adsorción.with M + representing a cation of the metal element or metalloid element or a compound having a positive valence comprising at least one metal element or metalloid element, or a mixture of two or more of the species mentioned above. It is noteworthy that at least one metal or metalloid ion or compound comprising at least one metal element or metalloid element can have a positive valence of 1, 2, 3 or any other valence that can be formed for that species. The cations of the soluble water-soluble precursor compound contained in the aqueous electrolyte can migrate or diffuse from the electrolyte solution to the cathode, adhere or adsorb to the external surface of the electrochemically active material and adsorb within the pores of the electrochemically active material, particularly at the active sites of this. Adhesion of cations positively charged to the electrochemically active surface of the gas diffusion electrode It can take place through several mechanisms, and can involve adsorption forces, mainly Van der Waals forces. In addition, a double electric layer can be formed on the active surface that involves the cations, thus allowing electrostatic adsorption or capacitive adsorption in the double layer, but reversible adsorption by ion exchange, complexation or chelation can also take place. any other form of adhesion or adsorption.

Los inventores creen además que al menos parte de los grupos funcionales presentes en la superficie del material electroquímicamente activo estarán presentes en un estado al menos parcialmente disociado (C*-R), especialmente cuando se aplica un potencial electroquímico al electrodo. Estos sitios disociados C*-R que portan una carga eléctrica, pueden formar sitios de intercambio iónico por el ión metálico o metaloide cargado positivamente. La superficie de la capa electroquímicamente activa puede, por ejemplo, comprender sitios de ácido protónico débil en forma (C*-RH), que puede disociarse en C*-R y H+, donde C* representa un sitio activo en la capa electroquímicamente activa del cátodo.The inventors further believe that at least part of the functional groups present on the surface of the electrochemically active material will be present in an at least partially dissociated state (C * -R), especially when an electrochemical potential is applied to the electrode. These dissociated C * -R sites carrying an electrical charge can form ion exchange sites by the positively charged metal or metalloid ion. The surface of the electrochemically active layer can, for example, comprise sites of weak protonic acid in the form (C * -RH), which can be dissociated into C * -R and H +, where C * represents an active site in the electrochemically active layer of the cathode.

En presencia de un gas oxidante tal como el oxígeno o cualquier otro gas oxidante, la disponibilidad de los sitios activos en estado disociado en la superficie electroquímicamente activa puede acelerarse y puede crearse un ambiente local con condiciones extremas redox y de pH, que son diferentes de las que se encuentran en la mayor parte de la solución electrolítica y en la superficie desnuda del electrodo:In the presence of an oxidizing gas such as oxygen or any other oxidizing gas, the availability of the active sites in the dissociated state at the electrochemically active surface can be accelerated and a local environment can be created with extreme redox and pH conditions, which are different from those found in most of the electrolyte solution and on the bare surface of the electrode:

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Uno o más iones cargados positivamente, es decir, iones metálicos o metaloides o un compuesto que comprenda uno o más de los elementos metálicos o metaloides, pueden adsorberse después directamente a un sitio C* - R o a una especie reducida del gas oxidante, por ejemplo, a un radical de peróxido, a una especie iónica o a otra especie radical, el radical de peróxido es la especie más activa. Por ello puede formarse un (polioxi radical de ión polimetálico) o un (polioxi radical de ión polimetaloide), el cual una vez que se adsorbe a un sitio electroquímicamente activo y su supersaturación de tal sitio puede en la superficie del material electroquímicamente activo del cátodo, actuar como un sitio de nucleación para la formación de un compuesto oxidado que comprende al menos un ión metálico y/o al menos un ión metaloide.One or more positively charged ions, i.e., metal or metalloid ions or a compound comprising one or more of the metal or metalloid elements, can then be adsorbed directly to a C * -R site or a reduced species of the oxidizing gas, e.g. , to a peroxide radical, to an ionic species or to another radical species, the peroxide radical is the most active species. Thus, a polymetallic ion (polyoxy radical of polymetallic ion) or a polyoxy radical of polymetaloid ion can be formed, which once adsorbed to an electrochemically active site and its supersaturation of such a site can on the surface of the electrochemically active material of the cathode , act as a nucleation site for the formation of an oxidized compound comprising at least one metal ion and / or at least one metalloid ion.

Por ejemplo, en el caso del ión cerio (Ce3+), esto puede conducir a las siguientes reacciones:For example, in the case of the cerium ion (Ce3 +), this can lead to the following reactions:

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La superficie electroquímicamente activa del electrodo de difusión de gases y el cátodo incluyen la superficie externa así como también la superficie activa presente en los poros del material electroquímicamente activo. En los electrodos de difusión de gases convencionales que usan un material poroso electroquímicamente activo, particularmente un material poroso electroquímicamente activo a base de carbono, la superficie activa presente en los poros proporciona con mucho la mayor parte de la superficie activa, ya que el material poroso usualmente tendrá una superficie BET elevada de al menos 50 m2/g. Así, el proceso electroquímico de esta invención, es decir la formación de nano partículas, particularmente nano cristales del producto de reacción, tendrá lugar principalmente en los poros del material electroquímicamente activo, en el cual pueden existir condiciones de supersaturación de los iones poliatómicos o radicales que se forman durante la reducción del gas oxidante. Como resultado, la formación y crecimiento de partículas del producto de reacción en los poros del material poroso electroquímicamente activo estará limitado por las dimensiones de esos poros. En dependencia de la naturaleza del material poroso, el diámetro promedio de las nano partículas, particularmente de los nano cristales, estará limitado en un máximo de 5 nm. Una elección específica del material electroquímicamente activo, particularmente la distribución del tamaño de poro del material electroquímicamente activo que se representa por la superficie BET del material poroso, permite así controlar el tamaño de las nano partículas, particularmente los nano cristales del producto de reacción, y así el tamaño de partícula del producto de reacción.The electrochemically active surface of the gas diffusion electrode and the cathode include the external surface as well as the active surface present in the pores of the electrochemically active material. In conventional gas diffusion electrodes using an electrochemically active porous material, particularly an electrochemically active porous material based on carbon, the active surface present in the pores provides by far the largest part of the active surface, since the porous material usually it will have a high BET surface area of at least 50 m2 / g. Thus, the electrochemical process of this invention, ie the formation of nanoparticles, particularly nano crystals of the reaction product, will take place mainly in the pores of the electrochemically active material, in which conditions of supersaturation of the polyatomic or radical ions may exist which are formed during the reduction of the oxidizing gas. As a result, the formation and growth of particles of the reaction product in the pores of the electrochemically active porous material will be limited by the dimensions of those pores. Depending on the nature of the porous material, the average diameter of the nanoparticles, particularly of the nano crystals, will be limited to a maximum of 5 nm. A specific choice of the electrochemically active material, particularly the pore size distribution of the electrochemically active material represented by the BET surface of the porous material, thus makes it possible to control the size of the nanoparticles, particularly the nano crystals of the reaction product, and thus the particle size of the reaction product.

El potencial electroquímico al que se somete el cátodo de difusión de gases es un potencial reductor en relación con un electrodo de referencia, preferentemente por debajo de la región de equilibrio termodinámico pH-potencial de la estabilidad del gas oxidante en el agua, con mayor preferencia por debajo de la región de estabilidad termodinámica del agua, pero preferentemente no dentro de la región de estabilidad termodinámica del hidrógeno. De esta manera se minimiza el riesgo de que se produzca la electrólisis del agua para formar hidrógeno. Sin embargo, en ciertas modalidades puede preferirse la formación de hidrógeno, por ejemplo, si la aplicación específica de las nano partículas formadas, particularmente los nano cristales, se relaciona con la captura o el almacenamiento in-situ de hidrógeno.The electrochemical potential to which the gas diffusion cathode is subjected is a reducing potential in relation to a reference electrode, preferably below the pH-potential thermodynamic equilibrium region of the stability of the oxidant gas in water, more preferably below the region of thermodynamic stability of water, but preferably not within the region of thermodynamic stability of hydrogen. In this way, the risk of electrolysis of water to form hydrogen is minimized. However, in certain embodiments, hydrogen formation may be preferred, for example, if the specific application of the nano formed particles, particularly nano crystals, is related to the capture or in-situ storage of hydrogen.

Los inventores han observado que el metal oxidado y/o los cationes metaloides formados en el proceso de esta invención y esquematizado en los esquemas de reacción anteriormente, se acumulan en la interfase en los poros del material electroquímicamente activo, en un estado físico que es diferente del estado físico del electrolito líquido circundante, de modo que ellos pueden separarse de este. El producto de reacción puede, por ejemplo, acumularse como partículas de un producto que forma una fase sólida o coloidal. En dependencia de la naturaleza del catión metálico o metaloide, el producto de reacción puede, por ejemplo, acumularse en la interfase en forma de nano partículas cristalinas o amorfas, que pueden crecer con el tiempo para tomar un tamaño mayor a medida que avanza el proceso y formar un estado físico diferente del estado físico del electrolito, de modo que las nano partículas del producto de reacción puedan aislarse del cátodo y del electrolito. El producto de reacción puede liberarse en una variedad de formas físicas, por ejemplo en forma de precipitado, o en forma de nano partículas coloidales, por ejemplo en forma de dispersión coloidal. Después de haber sido liberadas en el electrolito, las partículas pueden agregarse aún más para formar una fase sólida estable, un precipitado separable, una fase gelatinosa, espumosa o una similar a una emulsión Pickering.The inventors have observed that the oxidized metal and / or the metalloid cations formed in the process of this invention and schematized in the reaction schemes above, accumulate at the interface in the pores of the electrochemically active material, in a physical state that is different of the physical state of the surrounding liquid electrolyte, so that they can be separated from it. The reaction product can, for example, accumulate as particles of a product that forms a solid or colloidal phase. Depending on the nature of the metal or metalloid cation, the reaction product can, for example, accumulate at the interface in the form of crystalline or amorphous nanoparticles, which can grow over time to take up a larger size as the process progresses and forming a physical state different from the physical state of the electrolyte, so that the nanoparticles of the reaction product can be isolated from the cathode and the electrolyte. The reaction product can be released in a variety of physical forms, for example in the form of a precipitate, or in the form of colloidal nanoparticles, for example in the form of a colloidal dispersion. After being released into the electrolyte, the particles can be added further to form a stable solid phase, a separable precipitate, a gelatinous, frothy phase or a similar one to a Pickering emulsion.

Dado que la naturaleza de las fuerzas con las cuales el producto de reacción que comprende al menos un elemento metálico y/o elemento metaloide en estado oxidado se adhiere o se adsorbe a la superficie electroquímicamente activa del electrodo de difusión de gases puede variar con la naturaleza de ese material electroquímicamente activo y la naturaleza del compuesto oxidado, la liberación del producto de reacción en forma de nano partículas, particularmente nano cristales, en el electrolito puede ocurrir como tal, o puede ser necesario forzarla.Since the nature of the forces with which the reaction product comprising at least one metal element and / or metalloid element in the oxidized state adhere or adsorb to the electrochemically active surface of the gas diffusion electrode may vary with nature of that electrochemically active material and the nature of the oxidized compound, the release of the reaction product in the form of nanoparticles, particularly nano crystals, in the electrolyte can occur as such, or it may be necessary to force it.

Los elementos metálicos y metaloides pueden tomar varios estados de oxidación y pueden formar, con las especies resultantes de la reducción del gas oxidante, productos de reacción o compuestos que contengan uno o más iones monoatómicos o poliatómicos, en un estado de oxidación que dé lugar a una fase que pueda separarse del catolito y del cátodo. La persona con experiencia será capaz de identificar aquellos compuestos oxidados que forman una fase separable en un electrolito a base de agua, y seleccionar el potencial eléctrico (o redox) y el pH apropiados para el catolito que permita la formación de una fase separable. Pourbaix "Atlas of electrochemical equilibria in aqueous solutions", segunda edición 1974describe la solubilidad y estabilidad como iones o compuestos sólidos de varios metales y sus óxidos en función del potencial de voltaje y del pH, en condiciones estándar. Los diagramas teóricos para una amplia variedad de especies pueden construirse sin dificultad excesiva basado en las premisas proporcionadas en ellos, lo que incluye las relativas a los gases oxidantes distintos del oxígeno. La persona con experiencia es capaz de identificar el potencial electroquímico en el que puede producirse la reducción electroquímica del gas oxidante, y la correspondiente oxidación del catión metálico o catión metaloide. Esto se ilustra en la Figura 18, que muestra la serie electroquímica de algunos gases oxidantes.Metal and metalloid elements can take various oxidation states and can form, with the resulting species of oxidizing gas reduction, reaction products or compounds containing one or more monoatomic or polyatomic ions, in an oxidation state that results in a phase that can be separated from the catholyte and the cathode. The person skilled in the art will be able to identify those oxidized compounds that form a separable phase in a water-based electrolyte, and select the appropriate electrical potential (or redox) and pH for the catholyte to allow the formation of a separable phase. Pourbaix "Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqueous Solutions", second edition 1974 describes the solubility and stability as ions or solid compounds of various metals and their oxides as a function of voltage potential and pH, under standard conditions. Theoretical diagrams for a wide variety of species can be constructed without undue difficulty based on the premises provided in them, including those relating to oxidizing gases other than oxygen. The person with experience is able to identify the electrochemical potential in which the electrochemical reduction of the oxidizing gas can occur, and the corresponding oxidation of the metal cation or metalloid cation. This is illustrated in Figure 18, which shows the electrochemical series of some oxidizing gases.

Se ha observado que la variación del potencial eléctrico o electroquímico en el cátodo, puede controlarse la composición química del producto de reacción. Sin querer limitarse a esta teoría, los inventores asumen que las especies iónicas o radicales del gas oxidante pueden difundirse sobre la superficie electroquímicamente activa cargada y agruparse con otras especies similares, por ejemplo, radicales de peróxido, mediante adhesión a la superficie activa del cátodo.It has been observed that the variation of the electrical or electrochemical potential at the cathode, the chemical composition of the reaction product can be controlled. Without wishing to be limited to this theory, the inventors assume that the ionic or radical species of the oxidizing gas can diffuse onto the charged electrochemically active surface and be grouped with other similar species, for example, peroxide radicals, by adhesion to the active surface of the cathode.

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Este agrupamiento puede conducir a la supersaturación local en la superficie activa del material electroquímicamente activo, lo que incluye la superficie activa dentro de los poros del material electroquímicamente activo, y al crecimiento de las especies iónicas o radicales presentes en esa superficie electroquímicamente activa (por ejemplo, peróxido en superficie) en núcleos críticos, a diferencia de la formación de cristales en la solución electrolítica conocida de la técnica anterior.This grouping can lead to local supersaturation at the active surface of the electrochemically active material, which includes the active surface within the pores of the electrochemically active material, and the growth of the ionic or radical species present on that electrochemically active surface (e.g. , peroxide on the surface) in critical cores, unlike the formation of crystals in the electrolytic solution known from the prior art.

Una selección dedicada de la distribución del tamaño de los poros del material electroquímicamente activo permite obtener los nano cristales del producto de reacción en una forma cristalina seleccionada, y afectar sus parámetros de entramado. Particularmente, cuando se usa un material electroquímicamente activo con una distribución de tamaño de poro bastante uniforme, pueden obtenerse nano cristales del producto de reacción que sean monodispersos, o que al menos presenten una curva pequeña de distribución del tamaño de partícula. Dentro del alcance de la presente invención con monodispersas se denotan, partículas donde 75 % de las partículas tienen un tamaño de partícula que difiere con 5 % máximo, preferentemente 3 % máximo, con mayor preferencia 1 % máximo. A dedicated selection of the pore size distribution of the electrochemically active material makes it possible to obtain the nano crystals of the reaction product in a selected crystalline form, and to affect its framework parameters. Particularly, when an electrochemically active material with a fairly uniform pore size distribution is used, nano crystals of the reaction product can be obtained which are monodisperse, or which at least have a small particle size distribution curve. Inside of the Scope of the present invention with monodisperses are denoted, particles where 75 % of the particles have a particle size that differs by 5% maximum, preferably 3% maximum, most preferably 1% maximum.

Aunque la superficie electroquímicamente activa del cátodo puede contener radicales reactivos adsorbidos y/o gas oxidante adsorbido, y aunque el electrolito a base de agua puede contener algo de gas oxidante disuelto, esto usualmente no será suficiente para asegurar la recuperación completa de todos los iones metálicos o metaloides presentes en el electrolito. El suministro de un gas oxidante al cátodo, particularmente al electrodo de difusión de gases, puede por tanto ser preferible para asegurar la máxima recuperación del producto de reacción que comprende al menos un elemento metálico o metaloide en estado oxidado, a partir del compuesto precursor soluble en agua disuelto en el electrolito a base de agua y optimizar la velocidad de reacción. En la práctica, un gas oxidante suministrado al electrodo de difusión de gases migrará desde el lado hidrófobo del electrodo de difusión de gases, a través de la cámara de gases del electrodo de difusión de gases, hacia, dentro y a través del material electroquímicamente activo del electrodo de difusión de gases y del cátodo.Although the electrochemically active surface of the cathode may contain adsorbed reactive radicals and / or adsorbed oxidant gas, and although the water-based electrolyte may contain some dissolved oxidant gas, this usually will not be sufficient to ensure complete recovery of all metal ions. or metalloids present in the electrolyte. The supply of an oxidizing gas to the cathode, particularly to the gas diffusion electrode, may therefore be preferable to ensure maximum recovery of the reaction product comprising at least one metal or metalloid element in the oxidized state, from the soluble precursor compound in water dissolved in the water-based electrolyte and optimize the reaction rate. In practice, an oxidizing gas supplied to the gas diffusion electrode will migrate from the hydrophobic side of the gas diffusion electrode, through the gas chamber of the gas diffusion electrode, into, into and through the electrochemically active material of the gas diffusion electrode. gas and cathode diffusion electrode.

Ejemplos de gases oxidantes adecuados para su uso con esta invención incluyen gases oxidantes inorgánicos. Ejemplo de gases inorgánicos adecuados para su uso con esta invención incluyen ozono, oxígeno, gases de óxido de carbono por ejemplo CO2, óxidos de nitrógeno por ejemplo NO, N2O3, gases halógenos, gases de óxidos de halógenos, gases de óxido de azufre, aire, biogás, gas de combustión, gas ácido y gases de escape de combustión y mezclas o dos o más de los gases mencionados anteriormente.Examples of oxidizing gases suitable for use with this invention include inorganic oxidizing gases. Example of inorganic gases suitable for use with this invention include ozone, oxygen, carbon dioxide gases for example CO2, nitrogen oxides for example NO, N2O3, halogen gases, halogen oxide gases, sulfur oxide gases, air , biogas, combustion gas, acid gas and combustion exhaust gases and mixtures or two or more of the gases mentioned above.

Preferentemente, sin embargo, se hace uso del aire debido a razones económicas. Otros gases oxidantes particularmente adecuados para su uso con esta invención incluyen aquellos capaces de formar radicales monoatómicos oxidantes y/o radicales poliatómicos oxidantes, por ejemplo oxígeno, ozono, dióxido de carbono etc. Preferably, however, air is used due to economic reasons. Other oxidizing gases particularly suitable for use with this invention include those capable of forming oxidizing monoatomic radicals and / or polyatomic oxidizing radicals, for example oxygen, ozone, carbon dioxide etc.

Los gases oxidantes particularmente preferidos son los que pueden reducirse para generar iones poliatómicos, radicales poliatómicos o peróxidos poliatómicos, por ejemplo los que se resumen en la tabla más abajo:Particularly preferred oxidizing gases are those that can be reduced to generate polyatomic ions, polyatomic radicals or polyatomic peroxides, for example those summarized in the table below:

perclorato ClO4-1 hidrosulfato HSO4-1 hidrofosfato HPO4-2 clorato ClO3-1 Dihidrofosfato H2PO4-1 peróxido O2-2 cloruro ClO2-1 permanganato MnO4-1 tetraborato B4O7-2 hipoclorito ClO-1 peryodato IO4-1 borato BO3-3 Nitrato NO3-1 hidrocarbonato HCO3-1perchlorate ClO4-1 Hydrosulfate HSO4-1 Hydrophosphate HPO4-2 Chlorate ClO3-1 Dihydrofosphate H2PO4-1 Peroxide O2-2 Chloride ClO2-1 Permanganate MnO4-1 Tetraborate B4O7-2 Hypochlorite ClO-1 Periodate IO4-1 Borate BO3-3 Nitrate NO3 -1 HCO3-1 hydrocarbonate

Nitrito NO2-1 sulfato SO4-2Nitrite NO2-1 sulfate SO4-2

bromato BrO3-1 sulfito SO3-2bromate BrO3-1 sulphite SO3-2

Yodato IO3-1 carbonato CO3-2Iodine IO3-1 carbonate CO3-2

El al menos un gas oxidante se selecciona preferentemente de manera que se genere uno o más de los iones poliatómicos preferidos, particularmente uno o más de los iones poliatómicos seleccionados del grupo de acetato (CH3COO-), acetiluro (C22-), carbonato (CO32-), peróxido (O22-), fosfato (PO43-), sulfato (SO42-), nitrato (NO3-).The at least one oxidizing gas is preferably selected so as to generate one or more of the preferred polyatomic ions, particularly one or more of the polyatomic ions selected from the group of acetate (CH3COO-), acetylide (C22-), carbonate (CO32) -), peroxide (O22-), phosphate (PO43-), sulfate (SO42-), nitrate (NO3-).

El al menos un gas oxidante puede usarse como tal o en una mezcla con uno o más gases inertes, por ejemplo N2, Ar o He o una mezcla de dos o más de estos gases.The at least one oxidizing gas can be used as such or in a mixture with one or more inert gases, for example N2, Ar or He or a mixture of two or more of these gases.

La presión parcial de al menos un gas oxidante dentro de la mezcla de gases no es crítica para la invención y puede variar dentro de amplios intervalos. Aun así, la variación de la presión parcial del gas oxidante o la tasa de suministro de gas oxidante permitirá controlar el tamaño de los cristales del producto de reacción que contiene al menos un elemento metálico y/o metaloide. La variación de la presión parcial del gas oxidante, particularmente el aumento o la disminución de la presión parcial de al menos un gas oxidante, además permitirá controlar, particularmente, el aumento o la reducción del parámetro promedio del entramado de los cristales del producto de reacción, según se mide por difracción de rayos X medida en un plano cristalográfico determinado o mediante el uso de la obtención de imágenes de microscopía electrónica de transmisión. La variación de la presión parcial del gas oxidante o de la tasa de suministro del gas oxidante afectará especialmente la cantidad de gas oxidante que puede acumularse en la superficie electroquímicamente activa, particularmente por la cantidad de gas oxidante presente en la superficie activa dentro de los poros del material poroso electroquímicamente activo. Esta cantidad de gas puede a su vez controlarse mediante el control de la tasa de suministro de gas a la cámara de gases del electrodo de difusión de gases, y el control de la concentración del gas oxidante en el gas que se suministra a la cámara de gases del electrodo de difusión de gases. Cuando se usa aire como gas oxidante, la tasa de flujo usualmente variará entre 100 y 400 ml/min, preferentemente entre 200 y 400 ml/min.The partial pressure of at least one oxidizing gas within the gas mixture is not critical to the invention and can vary within wide ranges. Even so, the variation of the partial pressure of the oxidizing gas or the rate of supply of oxidizing gas will make it possible to control the size of the crystals of the reaction product containing at least one metallic and / or metalloid element. In addition, the variation of the partial pressure of the oxidizing gas, in particular the increase or decrease in the partial pressure of at least one oxidizing gas, will also make it possible to control, in particular, the increase or reduction of the average parameter of the lattice of the crystals of the reaction product. , as measured by X-ray diffraction measured in a given crystallographic plane or by the use of transmission electron microscopy imaging. The variation of the partial pressure of the oxidizing gas or the rate of supply of the oxidizing gas will especially affect the amount of oxidizing gas that can accumulate on the electrochemically active surface, particularly by the amount of oxidizing gas present on the active surface within the pores. of the electrochemically active porous material. This quantity of gas can in turn be controlled by controlling the rate of gas supply to the gas chamber of the gas diffusion electrode, and controlling the concentration of the oxidizing gas in the gas supplied to the gas chamber. gases of the gas diffusion electrode. When air is used as the oxidizing gas, the flow rate will usually vary between 100 and 400 ml / min, preferably between 200 and 400 ml / min.

La concentración del compuesto precursor soluble en agua en el electrolito no es crítica para la invención. Sin embargo, la concentración del compuesto soluble en agua es preferentemente de al menos 100 ppm. Generalmente, la concentración del compuesto soluble en agua no será superior a 10 g/litro, ya que la eficiencia del proceso difícilmente puede mejorarse a concentraciones más altas. Por lo tanto, la concentración del compuesto soluble en agua en el catolito está preferentemente entre 100 y 500 ppm. La concentración del precursor soluble en agua en el catolito puede, por ejemplo, variarse mediante variación de la tasa con la que el precursor soluble en agua se suministra al catolito. Esta variación se efectuará particularmente cuando se prevea la variación del tamaño de partícula, particularmente del tamaño de los cristales del producto de reacción, ya que la variación de la concentración del precursor soluble en agua permite variar el tamaño de partícula, particularmente el tamaño de los cristales del producto de reacción. Los inventores han observado que el tamaño de partícula, particularmente el tamaño de los cristales, puede aumentar al aumentar la concentración del precursor o que el tamaño de partícula, particularmente el tamaño de los cristales, puede disminuir al disminuir la concentración del precursor.The concentration of the water-soluble precursor compound in the electrolyte is not critical to the invention. However, the concentration of the water-soluble compound is preferably at least 100 ppm. Usually, the concentration of the water soluble compound will not be higher than 10 g / liter, since the efficiency of the process can hardly be improved at higher concentrations. Therefore, the concentration of the water-soluble compound in the catholyte is preferably between 100 and 500 ppm. The concentration of the water-soluble precursor in the catholyte can, for example, be varied by varying the rate at which the water-soluble precursor is supplied to the catholyte. This variation will be carried out particularly when the variation of the particle size, particularly the size of the crystals of the reaction product, is foreseen, since the variation of the concentration of the water-soluble precursor makes it possible to vary the particle size, particularly the size of the particles. crystals of the reaction product. The inventors have observed that the particle size, particularly the size of the crystals, may increase as the concentration of the precursor increases or that the particle size, particularly the size of the crystals, may decrease as the concentration of the precursor decreases.

La naturaleza del compuesto que puede recuperarse de al menos un compuesto precursor soluble en agua puede variarse mediante selección del gas oxidante apropiado. Cuando se suministra O2 o un gas que contiene O2 como gas oxidante, el compuesto tomará usualmente la forma de un óxido o de un óxido mixto del ión metálico o metaloide. Cuando se suministra CO2 o un gas de óxido de nitrógeno como gas oxidante, el compuesto puede adoptar la forma de un carbonato, un nitrito o un nitrato. En otras palabras, la naturaleza del anión del producto de reacción puede variar mediante una selección adecuada del gas oxidante.The nature of the compound that can be recovered from at least one water soluble precursor compound can be varied by selection of the appropriate oxidant gas. When O2 or a gas containing O2 is supplied as the oxidizing gas, the compound will usually take the form of an oxide or a mixed oxide of the metal or metalloid ion. When CO2 or a nitrogen oxide gas is supplied as the oxidizing gas, the compound can take the form of a carbonate, a nitrite or a nitrate. In other words, the nature of the anion of the reaction product can be varied by a suitable selection of the oxidizing gas.

La persona con experiencia será capaz de adaptar la cantidad de gas oxidante suministrado y la tasa de flujo de gases, a la concentración del compuesto precursor soluble en agua que necesita aislarse del electrolito. Particularmente, puede ser conveniente variar la tasa de suministro de gases, particularmente en caso de que el proceso se desarrolle de modo continuo y tenga lugar un suministro continuo de compuesto precursor soluble en agua que deba eliminarse. Además, el suministro de gases puede crear una transferencia de masa convectiva en el catolito y no sólo promover la difusión de los iones metálicos y/o metaloides del compuesto precursor soluble en agua a la superficie electroquímicamente activa, sino que además puede facilitar la difusión en la superficie de los productos de reducción del gas oxidante, es decir, las especies iónicas y/o radicales de peróxido, así como también la difusión en la superficie de los iones metálicos y/o metaloides adheridos, o de cualesquiera productos de reacción intermedios, y por lo tanto, aumentar la velocidad de reacción. Otras formas adecuadas de crear una transferencia de masa convectiva comprenden las que conoce la persona con experiencia, por ejemplo, el uso de un agitador, el suministro de gases o la presencia de un material espaciador capaz de crear condiciones de flujo turbulentas.The person skilled in the art will be able to adapt the amount of oxidizing gas supplied and the gas flow rate to the concentration of the water soluble precursor compound that needs to be isolated from the electrolyte. In particular, it may be convenient to vary the rate of gas supply, particularly in case the process develops continuously and a continuous supply of water soluble precursor compound to be removed takes place. In addition, the gas supply can create a convective mass transfer in the catholyte and not only promote the diffusion of the metal and / or metalloid ions of the water-soluble precursor compound to the electrochemically active surface, but can also facilitate diffusion in the surface of the oxidizing gas reduction products, ie the ionic and / or peroxide radicals, as well as the surface diffusion of the metal ions and / or metalloids adhered, or of any intermediate reaction products, and therefore, increase the reaction speed. Other suitable ways to create a convective mass transfer include those known to the experienced person, for example, the use of an agitator, the supply of gases or the presence of a spacer material capable of creating turbulent flow conditions.

En una modalidad preferida, el material poroso electroquímicamente activo para el electrodo de difusión de gases y el cátodo se eligen de manera que tenga una superficie activa que comprende una pluralidad de sitios activos proporcionados por grupos funcionales de superficie, en donde los grupos funcionales preferentemente contienen uno o más porciones seleccionadas del grupo de una porción que contiene nitrógeno, una porción que contiene oxígeno, una porción que contiene cloro o una porción que contiene azufre.In a preferred embodiment, the electrochemically active porous material for the gas diffusion electrode and the cathode are chosen so as to have an active surface comprising a plurality of active sites provided by surface functional groups, wherein the functional groups preferably contain one or more portions selected from the group of a nitrogen-containing portion, an oxygen-containing portion, a chlorine-containing portion or a sulfur-containing portion.

Para asegurar la recuperación máxima, en una modalidad preferida, antes de suministrar el compuesto catiónico soluble en agua, el pH del electrolito en el compartimiento del cátodo se ajusta a un pH < 7.0, preferentemente un pH en condiciones ácidas, en que la persona con experiencia no podría esperar la formación de un producto de reacción sólido. Con mayor preferencia, antes de suministrar el compuesto precursor soluble en agua, el pH del electrolito se ajusta a un pH que esté por debajo de la constante de disociación del ácido o sal del compuesto precursor soluble en agua, con mayor preferencia por debajo de 5.0. Usualmente, el pH será de al menos 1.5, ya que por debajo de este valor el proceso se ralentiza demasiado. Los inventores han observado que el pH del catolito progresa gradualmente hacia la alcalinidad en el curso de la reacción, que frecuentemente está por encima de la constante de disociación del ácido o sal del metal iónico o del compuesto metaloide. Particularmente, el pH final del catolito puede aumentar a un valor superior a 4, frecuentemente superior a 6 ó 7, con mayor preferencia por encima de 9, con la máxima preferencia por encima de 11.To ensure maximum recovery, in a preferred embodiment, before supplying the water-soluble cationic compound, the pH of the electrolyte in the cathode compartment is adjusted to a pH <7.0, preferably a pH under acidic conditions, in which the person with experience could not wait for the formation of a solid reaction product. More preferably, before supplying the water soluble precursor compound, the pH of the electrolyte is adjusted to a pH which is below the dissociation constant of the acid or water soluble precursor compound salt, more preferably below 5.0 . Usually, the pH will be at least 1.5, since below this value the process slows down too much. The inventors have observed that the pH of the catholyte progresses gradually towards alkalinity in the course of the reaction, which is often above the dissociation constant of the acid or salt of the ionic metal or the metalloid compound. Particularly, the final pH of the catholyte can be increased to a value greater than 4, often higher than 6 or 7, more preferably above 9, most preferably above 11.

En una modalidad preferida del método de esta invención, una cantidad de un electrolito protónico débil se suministra al catolito. Los inventores han descubierto que la velocidad de oxidación de los metales puede acelerarse. Sin querer limitarse a esta teoría, los inventores creen que el electrolito protónico débil actúa como un catalizador o cocatalizador en la formación de especies reactivas de radicales, iónicas y/o de peróxidos del gas oxidante en el cátodo y en las reacciones electroquímicas en las que el compuesto soluble en agua se convierte en un producto de reacción que puede separarse del cátodo y del catolito. El cocatalizador se ha encontrado capaz de acelerar la oxidación del catión metálico o ión metaloide hacia el compuesto separable, mediante aceleración de la disponibilidad de especies reactivas. Los inventores han encontrado además que la adición del electrolito protónico débil puede no sólo aumentar la conductividad del catolito, sino que además puede aumentar la densidad de corriente sobre el cátodo.In a preferred embodiment of the method of this invention, an amount of a weak protonic electrolyte is supplied to the catholyte. The inventors have discovered that the oxidation rate of metals can be accelerated. Without wishing to be limited to this theory, the inventors believe that the weak protonic electrolyte acts as a catalyst or cocatalyst in the formation of reactive species of radicals, ionic and / or peroxides of the oxidizing gas at the cathode and in the electrochemical reactions in which the water-soluble compound becomes a reaction product that can be separated from the cathode and catholyte. The cocatalyst has been found capable of accelerating the oxidation of the metal cation or metalloid ion to the separable compound, by accelerating the availability of reactive species. The inventors have further found that the addition of the weak protonic electrolyte can not only increase the conductivity of the catholyte, but can also increase the current density on the cathode.

Además, la presencia del electrolito protónico débil tiene el efecto de que las variaciones en el pH del catolito en el curso de la reacción de oxidación, pueden reducirse al mínimo. Esto contribuye a minimizar el riesgo de que se produzcan reacciones secundarias no deseadas que podrían conducir a la formación de compuestos que no podrían separarse fácilmente del cátodo y/o del catolito y que, por ejemplo, serían solubles en agua. Esta separabilidad proporciona una ventaja importante, ya que tal proceso puede ser adecuado para su uso en o para el acoplamiento directo para aislar productos de reacción de procesos que emplean material biológico. In addition, the presence of the weak protonic electrolyte has the effect that variations in the pH of the catholyte in the course of the oxidation reaction can be minimized. This helps to minimize the risk of undesirable side reactions that could lead to the formation of compounds that could not be easily separated from the cathode and / or the catholyte and which, for example, would be soluble in water. This separability provides an important advantage, since such a process may be suitable for use in or for direct coupling to isolate reaction products from processes employing biological material.

La cantidad de electrolito protónico débil puede variar dentro de intervalos amplios pero preferentemente es no menos de una solución de 10 mM y preferentemente no más de una solución de 1.5 M, con mayor preferencia la concentración del electrolito débil varía entre 10 y 500 mM, con la máxima preferencia alrededor de 100 mM.The amount of weak protonic electrolyte can vary within wide ranges but is preferably not less than a solution of 10 mM and preferably not more than a 1.5 M solution, more preferably the weak electrolyte concentration varies between 10 and 500 mM, with the highest preference around 100 mM.

El electrolito protónico débil puede ser lo mismo un ácido protónico débil como una base protónica débil, en dependencia del intervalo de pH en el que pueda formarse el compuesto separable. Particularmente, el electrolito protónico débil puede ser un ácido poliprotónico débil o una base poliprotónica débil.The weak protonic electrolyte can be the same as a weak protonic acid as a weak protonic base, depending on the pH range at which the separable compound can be formed. Particularly, the weak protonic electrolyte may be a weak polyprotonic acid or a weak polypropionic base.

Un ácido protónico débil es un ácido protónico que sólo se disocia parcialmente en el agua:A weak protonic acid is a protonic acid that only partially dissociates in water:

HA{aq) h H+ jatj) A (a(¡)HA {aq) h H + jatj) A (a (¡)

Un ácido poliprotónico débil es un ácido débil que tiene más de un protón ionizable por molécula. La constante de disociación de un ácido monoprotónico débil puede representarse mediante la siguiente fórmula:A weak polyprotonic acid is a weak acid that has more than one ionizable proton per molecule. The dissociation constant of a weak monoprotic acid can be represented by the following formula:

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Los ácidos protónicos débiles preferidos tienen una pKa entre 2.0 y 8.0, preferentemente entre 3.0 y 7.0, con mayor preferencia aproximadamente 7.0. Ejemplos de ácidos protónicos débiles adecuados para uso con la presente invención incluyen aquellos seleccionados del grupo de ácidos orgánicos débiles y ácidos inorgánicos débiles, particularmente ácido acético, ácido cítrico, ácido oxálico, ácido láctico, ácido glucónico, ácido ascórbico, ácido fórmico, ácido glicólico, fosfato monohidrógeno de potasio, fosfato dihidrógeno de potasio, cloruro de amonio, ácido bórico, sulfato de sodio, hidrógeno carbonato de sodio, cloruro de amonio, y mezclas de dos o más de estos. Los ácidos protónicos débiles preferidos son los que tienen una pKa que es al menos una unidad superior al pH del catolito.Preferred weak protonic acids have a pKa between 2.0 and 8.0, preferably between 3.0 and 7.0, more preferably about 7.0. Examples of weak protonic acids suitable for use with the present invention include those selected from the group of weak organic acids and weak inorganic acids, particularly acetic acid, citric acid, oxalic acid, lactic acid, gluconic acid, ascorbic acid, formic acid, glycolic acid , potassium monohydrogen phosphate, potassium dihydrogen phosphate, ammonium chloride, boric acid, sodium sulfate, sodium hydrogen carbonate, ammonium chloride, and mixtures of two or more of these. Preferred weak protonic acids are those having a pKa that is at least one unit higher than the pH of the catholyte.

Las bases protónicas débiles preferidas tienen una pKa de entre 6.0 y 12.0, preferentemente entre 7.0 y 11.0. Ejemplos de bases protónicas débiles adecuadas para su uso con esta invención incluyen aquellas seleccionadas del grupo de amoníaco, trimetilamonio, hidróxido de amonio, piridina, las bases conjugadas de ácido acético, ácido cítrico, ácido oxálico, ácido láctico, ácido glucónico, ácido ascórbico, ácido fórmico, ácido glicólico, fosfato monohidrógeno de potasio, fosfato dihidrógeno de potasio, cloruro de amonio, ácido bórico, hidrosulfato de sodio, hidrocarbonato de sodio, o una mezcla de dos o más de los compuestos mencionados anteriormente.Preferred weak proton bases have a pKa of between 6.0 and 12.0, preferably between 7.0 and 11.0. Examples of weak protonic bases suitable for use with this invention include those selected from the group of ammonia, trimethylammonium, ammonium hydroxide, pyridine, the conjugated bases of acetic acid, citric acid, oxalic acid, lactic acid, gluconic acid, ascorbic acid, formic acid, glycolic acid, potassium monohydrogen phosphate, potassium dihydrogen phosphate, ammonium chloride, boric acid, sodium hydrosulfate, sodium hydrocarbonate, or a mixture of two or more of the compounds mentioned above.

Para asegurar la máxima recuperación como material sólido, en una modalidad preferida, el pH del electrolito en el compartimento del cátodo se ajusta a condiciones ácidas, en las que inicialmente no se prevé la formación de una fase sólida. Posteriormente, el pH se vuelve progresivamente más básico a medida que avanza la reacción, en donde pueden hacerse evidentes partículas coloidales en suspensión.To ensure maximum recovery as a solid material, in a preferred embodiment, the pH of the electrolyte in the cathode compartment is adjusted to acidic conditions, in which initially the formation of a solid phase is not anticipated. Subsequently, the pH becomes progressively more basic as the reaction progresses, where colloidal particles in suspension can become evident.

En otra modalidad preferida, una sal iónica soluble en agua se suministra al catolito, con el fin de controlar, particularmente de aumentar la fuerza iónica del catolito. Se prefieren las sales de cloruro con un ión de metal alcalino, el NaCl es particularmente preferido. Sin embargo, también pueden usarse otros electrolitos. Se prefiere una cantidad de NaCl superior a 1 g.L-1, preferentemente la cantidad añadida será superior a 10 g.L-1, con mayor preferencia al menos 30 g.L-1.In another preferred embodiment, a water-soluble ionic salt is supplied to the catholyte, in order to control, particularly to increase the ionic strength of the catholyte. Chloride salts with an alkali metal ion are preferred, NaCl is particularly preferred. However, other electrolytes can also be used. An amount of NaCl greater than 1 g.L-1 is preferred, preferably the amount added will be greater than 10 g.L-1, more preferably at least 30 g.L-1.

El proceso de la presente invención muestra la ventaja que la conductividad global del electrolito en el compartimiento de cátodo, variará a un grado mínimo sólo en el curso del proceso. Particularmente, se ha observado prácticamente ninguna o sólo una disminución menor de la conductividad global. Esto se debe probablemente a la adhesión o adsorción de cationes que contienen al menos un elemento metálico y/o un elemento metaloide del compuesto precursor soluble en agua, a la superficie electroquímicamente activa del cátodo, que generalmente se espera que alcance un nivel casi estable cuando todos los iones de valencia positiva que se van a aislar se han oxidado y transformado en una fase separable, especialmente en un proceso por lotes.The process of the present invention shows the advantage that the overall conductivity of the electrolyte in the cathode compartment will vary to a minimal degree only in the course of the process. Particularly, virtually no or only a minor decrease in overall conductivity has been observed. This is probably due to the adhesion or adsorption of cations containing at least one metallic element and / or a metalloid element of the water soluble precursor compound, to the electrochemically active surface of the cathode, which is generally expected to reach an almost stable level when all the positive valence ions to be isolated have been oxidized and transformed into a separable phase, especially in a batch process.

No obstante, cualquier variación no deseada en la conductividad puede compensarse mediante suministro de electrolito adicional o por incorporación en el catolito de un electrolito binario. Esto puede ser de importancia particular cuando el proceso de esta invención se ejecuta en una manera continua, y tiene lugar el suministro continuo de iones metálicos y/o metaloides que deben recuperarse. Por la presencia del electrolito binario, la conductividad electrolítica puede aumentarse hasta al menos 5 mS.cirr1, con mayor preferencia entre 20 y 80 mS.cm-1 y aún con mayor preferencia entre 20 y 50 mS.cirr1’ y puede minimizarse así el riesgo de una conductividad variable como resultado de la eliminación de iones metálicos y/o metaloides.However, any undesired variation in the conductivity can be compensated by supplying additional electrolyte or by incorporating a binary electrolyte into the catholyte. This may be of particular importance when the process of this invention is executed in a continuous manner, and the continuous supply of metal and / or metalloid ions to be recovered takes place. Due to the presence of the binary electrolyte, the electrolytic conductivity can be increased to at least 5 mS.cirr1, more preferably between 20 and 80 mS.cm-1 and even more preferably between 20 and 50 mS.cirr1 'and thus the risk of a variable conductivity as a result of the elimination of metal ions and / or metalloids.

Para facilitar la liberación de las nano partículas, particularmente de los nano cristales, del material electroquímicamente activo y facilitar la recuperación del precipitado, el cátodo puede someterse a la inversión de la polarización. La inversión de polarización puede usarse además para limpiar el cátodo de cualquier residuo no deseado que se adhiera a este. Esto permitirá recuperar de la solución al menos 10 % de la cantidad de ión metálico o metaloide que se había suministrado al cátodo, con mayor preferencia para recuperar al menos 40 % de este e incluso con mayor preferencia para recuperar al menos 80 % de este.To facilitate the release of the nanoparticles, particularly the nano crystals, from the electrochemically active material and facilitate the recovery of the precipitate, the cathode can be subjected to the inversion of the Polarization. The polarization inversion can also be used to clean the cathode of any unwanted residue adhering to it. This will allow to recover from the solution at least 10% of the amount of metal or metalloid ion that had been supplied to the cathode, with a greater preference to recover at least 40% of this and even more preferably to recover at least 80% of it.

El proceso electroquímico de la invención presente según lo descrito en la presente solicitud hace posible recuperar iones de metal o de metaloide o un catión que contiene tal metal o elemento metaloide contenido en el compuesto precursor soluble en agua. Por lo tanto, las tasas de recuperación pueden ser sustancialmente completas, y ascienden a más de 99.0 % en peso de este. Las tasas de recuperación suelen ser de al menos 20 % en peso de la concentración inicial de al menos un elemento metálico o metaloide presente en el compuesto precursor, preferiblemente al menos 50 % en peso , con mayor preferencia al menos 80 % y con la máxima preferencia más de 90 % en peso o incluso más de 99 % de este.The electrochemical process of the present invention as described in the present application makes it possible to recover metal or metalloid ions or a cation containing such metal or metalloid element contained in the water soluble precursor compound. Therefore, recovery rates can be substantially complete, and amount to more than 99.0% by weight of this. The recovery rates are usually at least 20% by weight of the initial concentration of at least one metallic or metalloid element present in the parent compound, preferably at least 50% by weight, more preferably at least 80% and with the maximum preference more than 90% by weight or even more than 99% of this.

El proceso electroquímico de la invención presente es adecuado para recuperar componentes de una amplia variedad de compuestos precursores solubles en agua, en una amplia variedad de concentraciones.The electrochemical process of the present invention is suitable for recovering components of a wide variety of water soluble precursor compounds, in a wide variety of concentrations.

La invención presente es conveniente para aislar una variedad ancha de compuestos de una solución acuosa del agua correspondiente soluble precursor compuesto. El compuesto precursor puede ser, por ejemplo, un compuesto de un ión de un elemento seleccionado del grupo de elementos de los grupos II, III y IV de la tabla periódica de elementos, excluidos C y Si, la mayoría de los elementos metálicos de transición, los actínidos y los lantánidos. El compuesto soluble en agua puede ser además un compuesto de un ión de un elemento seleccionado del grupo de elementos del grupo I cuando está en un compuesto que también contiene P o S. El compuesto soluble en agua puede ser además un compuesto orgánico metálico o complejo, o un compuesto orgánico.The present invention is suitable for isolating a wide variety of compounds from an aqueous solution of the corresponding water soluble precursor compound. The precursor compound can be, for example, a compound of an ion of an element selected from the group of elements of groups II, III and IV of the periodic table of elements, excluding C and Si, most of the transition metal elements , actinides and lanthanides. The water-soluble compound may also be a compound of an ion of an element selected from the group I group of elements when it is in a compound that also contains P or S. The water soluble compound may also be a metal organic compound or complex , or an organic compound.

En una modalidad preferida, el al menos un compuesto precursor metálico soluble en agua se selecciona del grupo de compuestos precursores que contienen uno o más iones de metal alcalinos, preferentemente uno o más de iones Li, Na, K, Cs, con mayor preferencia Li y/o Na. En una segunda modalidad preferida, el al menos un compuesto precursor soluble en agua de metal iónico contiene al menos un ión de metal seleccionado del grupo de metales alcalinotérreos, en particular preferentemente Ca y/o Mg. En una tercera modalidad preferida, el ión metálico contenía al menos un compuesto precursor soluble en agua de metal iónico del grupo de metales de transición, preferentemente uno o más de iones de Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Pd, Ag, Cd, Hf, Ta, Tu, Re, Ir, Pt, o Au iones, más preferentemente uno o más de V, Mn, Co, Nb, Ag, Pt o Au. En una cuarta modalidad preferida, el al menos un ión metálico se selecciona del grupo de metales de postransición, particularmente uno o más iones de Al, Ga, In, Sn, Tl, Bi. En una quinta modalidad preferida, el al menos un compuesto precursor metaloide iónico soluble en agua se selecciona del grupo de iones de B, Si, Ge, As, Sb, Te, Se o C o mezclas de dos o más de estos. En uns sexta modalidad preferida, el al menos un compuesto precursor metaloide iónico soluble en agua se selecciona del grupo de iones de Li, Na, Ca, Fe, Mg, Al o Zr. En una modalidad particularmente preferida, el ión metálico y/o metaloide se selecciona del grupo de en donde el catión monoatómico se selecciona del grupo de H+, Li+, Na+, K+, Cs+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, Al3+, Ag+, Zn2+, Fe2+, Fe3+, Cu2+, Cu+ y mezclas de dos o más de estos. Aunque la mayoría de lo iones metálicos y/o metaloides antes mencionados pueden usarse como tal dentro del proceso de esta invención, para algunos de ellos, particularmente Na y K pueden necesitar usarse en una mezcla con un ión metálico y/o metaloide más lejano.In a preferred embodiment, the at least one water-soluble metal precursor compound is selected from the group of precursor compounds containing one or more alkali metal ions, preferably one or more of Li, Na, K, Cs ions, more preferably Li and / or Na. In a second preferred embodiment, the at least one ion-soluble water-soluble precursor compound contains at least one metal ion selected from the group of alkaline earth metals, in particular preferably Ca and / or Mg. In a third preferred embodiment, the metal ion contained at least one water-soluble precursor metal ion compound of the transition metal group, preferably one or more of Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni ions. , Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Pd, Ag, Cd, Hf, Ta, Tu, Re, Ir, Pt, or Au ions, more preferably one or more of V, Mn, Co, Nb, Ag , Pt or Au. In a fourth preferred embodiment, the at least one metal ion is selected from the group of post-transition metals, particularly one or more ions of Al, Ga, In, Sn, Tl, Bi. In a fifth preferred embodiment, the at least one water-soluble ionic metalloid precursor compound is selected from the group of ions of B, Si, Ge, As, Sb, Te, Se or C or mixtures of two or more of these. In a sixth preferred embodiment, the at least one water-soluble ionic metalloid precursor compound is selected from the group of Li, Na, Ca, Fe, Mg, Al or Zr ions. In a particularly preferred embodiment, the metal and / or metalloid ion is selected from the group where the monatomic cation is selected from the group of H +, Li +, Na +, K +, Cs +, Mg2 +, Ca2 +, Sr2 +, Ba2 +, Al3 +, Ag +, Zn2 +, Fe2 +, Fe3 +, Cu2 +, Cu + and mixtures of two or more of these. Although most of the aforementioned metal and / or metalloid ions can be used as such within the process of this invention, for some of them, particularly Na and K may need to be used in a mixture with a metal and / or more distant metalloid ion.

El compuesto precursor soluble en agua puede suministrarse como un compuesto precursor que comprende un solo tipo de ión o elemento metálico y/o metaloide con una valencia positiva, pero está dentro del alcance de esta invención también que puedan suministrarse una composición que comprenda una mezcla de dos o más iones o elementos metálicos o metaloides con una valencia positiva. En caso de que se suministre un solo ión metálico o metaloide, el producto de reacción que puede separarse de la solución acuosa del precursor es preferentemente un compuesto que comprende un solo metal o metaloide en un estado oxidado. En caso de que el electrolito comprenda una mezcla de dos o más iones o elementos metálicos o metaloides con una valencia positiva, el producto de reacción puede comprender una mezcla de compuestos en un estado oxidado, todos los productos de reacción, por ejemplo, que respondan a la fórmula MxOy, pero además pueden comprender compuestos mixtos metálicos o metaloides, por ejemplo MxNzOy. Sin embargo está dentro del alcance de esta invención además que se suministre una matriz que comprenda uno de compuestos precursores o una matriz que contenga una mezcla de dos o más compuestos precursores.The water soluble precursor compound can be supplied as a precursor compound comprising a single type of ion or metal and / or metalloid element with a positive valence, but it is also within the scope of this invention that a composition comprising a mixture of two or more ions or metallic or metalloid elements with a positive valence. In case a single metal or metalloid ion is supplied, the reaction product that can be separated from the aqueous solution of the precursor is preferably a compound comprising a single metal or metalloid in an oxidized state. In case the electrolyte comprises a mixture of two or more ions or metallic or metalloid elements with a positive valence, the reaction product may comprise a mixture of compounds in an oxidized state, all the reaction products, for example, which respond to the formula MxOy, but may also comprise mixed metal or metalloid compounds, for example MxNzOy. However, it is within the scope of this invention in addition to supplying a matrix comprising one of precursor compounds or a matrix containing a mixture of two or more precursor compounds.

En una primera modalidad de esta invención, el producto de reacción que se forma del compuesto precursor puede contener nano partículas de óxidos cristalinos, por ejemplo, pero sin limitarse a CeO2, La2O3, Co2O3, A^O3, Cs2O, Li2O, CoFe2O4, FeAsO4, o formas no estequiométricas de estos o formas hidratadas de estos (por ejemplo CeO-i.75). En una segunda modalidad, el producto de reacción puede contener nano partículas de carbonatos cristalinos, preferentemente pero sin limitarse a Na3La3(CO3)5, NaHCO3, o formas no estequiométricas de estos o formas hidratadas de estos. En una tercera modalidad de esta invención, el compuesto separable puede contener una mezcla de nano partículas amorfas o cristalinas de óxidos metálicos u óxidos mezclados. En una cuarta modalidad de esta invención los compuestos iónicos adicionales pueden suministrarse al catolito como líquidos iónicos. Como resultado de la presencia de tal líquido iónico, la estructura del producto de reacción puede comprender los productos líquidos iónicos de su descomposición, por ejemplo, pero sin limitarse a cloruro de terbutilamonio o cloruro de terbutilamonio. Sorprendentemente se ha encontrado, y esto se ha confirmado por los espectros IR del producto de reacción formado - aunque la estructura no se entiende completamente, que al suministrar un líquido iónico se obtiene un producto de reacción espumoso.In a first embodiment of this invention, the reaction product that is formed from the parent compound may contain nano crystalline oxide particles, for example, but not limited to CeO2, La2O3, Co2O3, A ^ O3, Cs2O, Li2O, CoFe2O4, FeAsO4 , or non-stoichiometric forms of these or hydrated forms thereof (for example CeO-i.75). In a second embodiment, the reaction product may contain crystalline carbonate nanoparticles, preferably but not limited to Na3La3 (CO3) 5, NaHCO3, or non-stoichiometric forms thereof or hydrated forms thereof. In a third embodiment of this invention, the separable compound may contain a mixture of amorphous or crystalline nanoparticles of mixed metal oxides or oxides. In a fourth embodiment of this invention the additional ionic compounds can be supplied to the catholyte as ionic liquids. As a result of the presence of such an ionic liquid, the structure of the reaction product may comprise the ionic liquid products of its decomposition, for example, but not limited to terbutylammonium chloride or chloride of terbutylammonium. Surprisingly it has been found, and this has been confirmed by the IR spectra of the reaction product formed - although the structure is not completely understood, that by supplying an ionic liquid a foaming reaction product is obtained.

Las partículas del producto de reacción pueden liberarse en una variedad de formas físicas, por ejemplo en forma de nano partículas coloidales, por ejemplo en forma de dispersión coloidal, un precipitado separable de partículas o una fase gelatinosa, espumosa o similar a una emulsión Pickering. Usualmente se obtendrá una dispersión o gel estables. Para mejorar la estabilidad, la dispersión o suspensión de las partículas pueden someterse a sonicación o ultrasonicación. De acuerdo con otra variante, pueden adicionarse uno o más aditivos al compuesto precursor soluble en agua, el electrolito en el cátodo, la suspensión o dispersión en cualquier momento conveniente. Los aditivos pueden seleccionarse del grupo de los dispersantes, estabilizantes, surfactantes, polímeros, copolímeros, emulsionantes, agentes de reticulación, agentes de remate y agentes de flujo libre o mezclas de estos. Tal adición puede hacerse para detener el crecimiento de las nano partículas, particularmente de los nano cristales, para reducir el riesgo de aglomeración de las nano partículas y para proporcionar una dispersión estable.The particles of the reaction product can be released in a variety of physical forms, for example in the form of colloidal nanoparticles, for example in the form of a colloidal dispersion, a separable precipitate of particles or a gelatinous, foaming or similar phase to a Pickering emulsion. Usually a stable dispersion or gel will be obtained. To improve the stability, the dispersion or suspension of the particles can be subjected to sonication or ultrasonication. According to another variant, one or more additives can be added to the water-soluble precursor compound, the electrolyte at the cathode, the suspension or dispersion at any convenient time. The additives can be selected from the group of dispersants, stabilizers, surfactants, polymers, copolymers, emulsifiers, crosslinking agents, finishing agents and free flowing agents or mixtures thereof. Such addition can be made to stop the growth of the nanoparticles, particularly of the nano crystals, to reduce the risk of agglomeration of the nanoparticles and to provide a stable dispersion.

En una modalidad preferida de esta invención, el material electroquímicamente activo del electrodo de difusión de gases que forma parte del cátodo preferentemente comprende una superficie activa que tiene una pluralidad de sitios activos con una funcionalidad de ácido protónico débil, es decir sitios activos que solamente se disocian parcialmente en agua. Pueden usarse varios materiales electroquímicamente activos para lograr esto. Se prefieren aquellos materiales que tienen una superficie que comprende grupos funcionales de ácido protónico. Se prefieren particularmente aquellos materiales que comprenden partículas eléctricamente conductoras de origen carbónico, con mayor preferencia aquellos que comprenden partículas eléctricamente conductoras de origen carbónico con una superficie catalíticamente activa que comprende una pluralidad de grupos de ácido protónico. Se cree que los grupos funcionales de ácido protónico presentes en la superficie catalíticamente activa, particularmente los grupos funcionales ácidos del tipo R-H, pueden disociarse parcialmente a un pH correspondiente. Los inventores creen además que los grupos de superficie así disociados C-R*-tienen una alta afinidad por oxígeno y así intervienen en la oxidación del ión metálico o del ión metaloide.In a preferred embodiment of this invention, the electrochemically active material of the gas diffusion electrode forming part of the cathode preferably comprises an active surface having a plurality of active sites with a weak protonic acid functionality, ie active sites which are only partially dissociate in water. Various electrochemically active materials can be used to achieve this. Those materials having a surface comprising protonic acid functional groups are preferred. Particularly preferred are those materials comprising electrically conductive particles of carbonic origin, more preferably those comprising electrically conductive particles of carbonic origin with a catalytically active surface comprising a plurality of protonic acid groups. It is believed that the protonic acid functional groups present on the catalytically active surface, particularly the acid functional groups of the R-H type, can be partially dissociated at a corresponding pH. The inventors further believe that the surface groups thus dissociated C-R * -have a high affinity for oxygen and thus intervene in the oxidation of the metal ion or the metalloid ion.

Como material electroquímicamente activo, puede usarse una amplia variedad de materiales conductores, pero se prefieren los materiales porosos, particularmente los que contienen grupos funcionales de ácido protónico débil. Ejemplos de tales materiales se conocen bien por la persona con experiencia e incluyen metales y metaloides porosos, por ejemplo níquel o cobre porosos, materiales a base de carbono poroso, resinas de intercambio iónico poroso, aerogeles de carbono, silicio, polímeros conductores, espumas conductoras o geles conductores, entre otros. Se prefiere el uso de un material a base de carbono poroso como o en la superficie electroquímicamente activa, debido a su actividad catalítica en combinación con un costo razonable y abundante disponibilidad en comparación con otros materiales. Ejemplos de materiales adecuados incluyen el grafito, nanotubos de carbono, grafeno, negro de humo, negro de acetileno, carbón activado o los carbones sintéticos como el vulcano. Otros materiales electroquímicamente activos adecuados para su uso con esta invención incluyen materiales carbónicos cuya superficie ha sido químicamente modificada para adaptar su actividad catalítica y compatibilidad con el medio de reacción. Sin querer limitarse a esta teoría, se cree que la presencia de grupos funcionales que contienen oxígeno apoyan la reacción de oxidación. Los materiales de carbono especialmente preferidos tienen una superficie con grupos funcionales tipo de quinona.As the electrochemically active material, a wide variety of conductive materials can be used, but porous materials are preferred, particularly those containing functional groups of weak protonic acid. Examples of such materials are well known to the skilled person and include porous metals and metalloids, for example porous nickel or copper, porous carbon based materials, porous ion exchange resins, carbon aerogels, silicon, conductive polymers, conductive foams. or conductive gels, among others. The use of a porous carbon-based material as or on the electrochemically active surface is preferred, due to its catalytic activity in combination with a reasonable cost and abundant availability compared to other materials. Examples of suitable materials include graphite, carbon nanotubes, graphene, carbon black, acetylene black, activated carbon or synthetic coals such as vulcan. Other electrochemically active materials suitable for use with this invention include carbon materials whose surface has been chemically modified to adapt its catalytic activity and compatibility with the reaction medium. Without wishing to be limited to this theory, it is believed that the presence of oxygen-containing functional groups supports the oxidation reaction. Especially preferred carbon materials have a surface with quinone type functional groups.

El material poroso adecuado para su uso como capa electroquímicamente activa tiene una elevada área de superficie específica, medida por el método BET descrito en ASTM D5665, de al menos 50 m2/g, preferentemente al menos 100 m2/g, con mayor preferencia al menos 200 o 250 m2/g, con la máxima preferencia al menos 400 o 500 m2/g, pero pueden preferirse particularmente los que tienen una superficie superior a 750 o 1000 m2/g o incluso más. Los materiales porosos particularmente adecuados para su uso como capa electroquímicamente activa incluyen partículas de origen carbónico, particularmente partículas carbónicas seleccionadas del grupo de grafito, nanotubos de carbono, grafeno, negro de humo, carbón activado o carbonos sintéticos. Las partículas carbónicas conductoras tienen una superficie BET de al menos 50 m2/g, preferentemente al menos 100 m2/g, con mayor preferencia al menos 200 o 250 m2/g, con la máxima preferencia al menos 400 o 500 m2/g, pero se prefieren particularmente las que tienen una superficie superior a 750 o 1000 m2/g o incluso más.The porous material suitable for use as an electrochemically active layer has a high specific surface area, measured by the BET method described in ASTM D5665, of at least 50 m2 / g, preferably at least 100 m2 / g, more preferably at least 200 or 250 m2 / g, most preferably at least 400 or 500 m2 / g, but those having a surface greater than 750 or 1000 m2 / g or even more can be particularly preferred. Porous materials particularly suitable for use as an electrochemically active layer include particles of carbon origin, particularly carbon particles selected from the group of graphite, carbon nanotubes, graphene, carbon black, activated carbon or synthetic carbons. The conductive carbon particles have a BET surface area of at least 50 m2 / g, preferably at least 100 m2 / g, more preferably at least 200 or 250 m2 / g, most preferably at least 400 or 500 m2 / g, but those having a surface greater than 750 or 1000 m2 / g or even more are particularly preferred.

El carbón activado tiene preferentemente un tamaño de partícula en el intervalo de 75 a 300 pm, preferentemente de 100 a 250 pm.The activated carbon preferably has a particle size in the range of 75 to 300 μm, preferably 100 to 250 μm.

El material poroso adecuado para su uso como capa electroquímicamente activa forma preferentemente una capa continua en el cátodo. Para ello, puede usarse un material polimérico que funcione como un soporte para el material electroquímicamente activo.The porous material suitable for use as an electrochemically active layer preferably forms a continuous layer at the cathode. For this, a polymeric material that functions as a support for the electrochemically active material can be used.

D acuerdo con otra modalidad preferida, el material poroso electroquímicamente activo es un sólido que es dispersable o fluido en el electrolito a base de agua. Por la presente, el sólido puede hacerse de uno o más de los materiales descritos anteriormente. In accordance with another preferred embodiment, the electrochemically active porous material is a solid which is dispersible or fluid in the water-based electrolyte. Hereby, the solid can be made from one or more of the materials described above.

En el método de la presente invención, preferentemente se usa un cátodo que comprende un electrodo de difusión de gases poroso, en donde un lado del electrodo de difusión de gases comprende una capa de al menos un material electroquímicamente activo para o capaz de catalizar la reducción de oxígeno a peróxido de hidrógeno. Los materiales activos preferidos se han descrito anteriormente. Para aumentar la velocidad de reacción, puede crearse además transferencia de masa convectiva al menos en el compartimento de gas catódico.In the method of the present invention, preferably a cathode comprising a porous gas diffusion electrode is used, wherein one side of the gas diffusion electrode comprises a layer of at least one electrochemically active material for or capable of catalyzing the reduction from oxygen to hydrogen peroxide. The preferred active materials have been described above. To increase the reaction rate, convective mass transfer can also be created at least in the cathode gas compartment.

El proceso de la presente invención es adecuado para su uso en una amplia variedad de aplicaciones. El proceso de la presente invención puede por ejemplo usarse para producir nano cristales de materiales seleccionados en una distribución de tamaño de partícula seleccionada, con una forma de cristales seleccionada, con parámetros de entramado seleccionados. El proceso de la presente invención puede usarse además para recuperar iones metálicos o iones metaloides de una solución acuosa, y proporciona un método adecuado para recuperar por ejemplo metales preciosos de soluciones acuosas, particularmente que resultan de la destrucción de materiales electrónicos.The process of the present invention is suitable for use in a wide variety of applications. The process of the present invention can for example be used to produce nano crystals of selected materials in a selected particle size distribution, with a selected crystal shape, with selected framework parameters. The process of the present invention can be further used to recover metal ions or metalloid ions from an aqueous solution, and provides a suitable method for recovering for example precious metals from aqueous solutions, particularly resulting from the destruction of electronic materials.

El producto de reacción obtenido por el proceso de acuerdo con la presente invención, en la forma de nano cristales, puede tener una variedad amplia de usos. Por ejemplo, para productos de reacción que contienen cerio puede formarse, el CeO2o subóxidos tal como CeOus que son particularmente adecuados para la depuración de agentes oxidantes tales como el oxígeno o el peróxido de hidrógeno. Su uso como agentes depuradores de oxígeno puede ser de particular interés para la industria electrónica como aditivos para los agentes de sellado de pantallas. Su uso como agentes depuradores de peróxido de hidrógeno puede ser de particular interés para la industria cosmética, por ejemplo, pero sin limitarse a la depuración de peróxidos que se producen naturalmente en los folículos pilosos para prevenir o revertir el cabello blanco. Otras composiciones, por ejemplo, las que surgen con la reacción con líquidos iónicos, pueden usarse como depuradores de hidrógeno o CO2 entre muchas otras numerosas aplicaciones.The reaction product obtained by the process according to the present invention, in the form of nano crystals, can have a wide variety of uses. For example, for reaction products containing cerium can be formed, CeO2o sub-oxides such as CeOus which are particularly suitable for the purification of oxidizing agents such as oxygen or hydrogen peroxide. Their use as oxygen scavengers may be of particular interest to the electronics industry as additives for screen sealing agents. Their use as hydrogen peroxide scavengers may be of particular interest to the cosmetic industry, for example, but not limited to the depuration of peroxides that occur naturally in the hair follicles to prevent or reverse white hair. Other compositions, for example, those that arise with the reaction with ionic liquids, can be used as hydrogen or CO2 scavengers among many other applications.

La presente solicitud se refiere además a una composición que comprende al menos una partícula agregada de nano cristales obtenida por el proceso descrito anteriormente, en donde las nano partículas, particularmente los nano cristales, tienen un tamaño de partícula, particularmente un tamaño de cristal de entre 0.2 y 30.0 nm. Donde se obtiene un producto cristalino, los nano cristales tendrán usualmente un parámetro de red de entre 1.0 y 18.0 nm, y cualesquiera partículas agregadas formadas tendrán un tamaño de partícula promedio de < 30 nm. El producto de reacción puede tomar la forma de una dispersión del producto de reacción en un medio acuoso, con un contenido de sólidos de entre 1.0 y 30.0 % en peso, preferentemente entre 5.0 y 10.0 % en peso. El medio acuoso puede comprender el electrolito, agua o una solución acuosa.The present application further relates to a composition comprising at least one aggregate particle of nano crystals obtained by the process described above, wherein the nanoparticles, particularly the nanoparticles, have a particle size, particularly a crystal size of between 0.2 and 30.0 nm. Where a crystalline product is obtained, the nano crystals will usually have a network parameter of between 1.0 and 18.0 nm, and any aggregated particles formed will have an average particle size of <30 nm. The reaction product can take the form of a dispersion of the reaction product in an aqueous medium, with a solids content of between 1.0 and 30.0% by weight, preferably between 5.0 and 10.0% by weight. The aqueous medium may comprise the electrolyte, water or an aqueous solution.

La presente invención se relaciona además con un método para aislar selectivamente al menos un elemento metálico o un elemento metaloide o dos o más de estos de una solución acuosa que comprende un compuesto precursor soluble en agua de estos, en donde se usa el proceso como se describió como se describió anteriormente. La presente invención se relaciona además con dispositivo para recuperar un elemento metálico o un elemento metaloide o dos o más de estos de al menos un compuesto precursor soluble en agua que comprende un elemento metálico o un elemento metaloide o dos o más de estos, en la forma de nano partículas, particularmente nano cristales de al menos un producto de reacción, en donde el dispositivo comprendeThe present invention further relates to a method for selectively isolating at least one metal element or a metalloid element or two or more thereof from an aqueous solution comprising a water-soluble precursor compound thereof, wherein the process is used as described above. described as described above. The present invention further relates to a device for recovering a metal element or a metalloid element or two or more of these from at least one water-soluble precursor compound comprising a metal element or a metalloid element or two or more thereof, in the nanoparticle form, particularly nano crystals of at least one reaction product, wherein the device comprises

- medios para suministrar el compuesto precursor soluble en agua al menos disuelto parcialmente en un catolito a base de agua en un compartimento catódico de una celda electroquímica, equipada con un cátodo que comprende un electrodo de difusión de gases, en donde el electrodo de difusión de gases comprende un material poroso electroquímicamente activo que tiene un área superficial de BET de al menos 50 m2/g,- means for supplying the water-soluble precursor compound at least partially dissolved in a water-based catholyte in a cathodic compartment of an electrochemical cell, equipped with a cathode comprising a gas diffusion electrode, wherein the diffusion electrode of gases comprises an electrochemically active porous material having a BET surface area of at least 50 m2 / g,

- en donde el catolito tiene un pH que es menor que el pKa del compuesto precursor soluble en agua,- wherein the catholyte has a pH that is lower than the pKa of the water soluble precursor compound,

- medios para suministrar al menos un gas oxidante al electrodo de difusión de gases,- means for supplying at least one oxidizing gas to the gas diffusion electrode,

- en donde el cátodo tiene un potencial electroquímico que es de manera que sea capaz de causar la reducción de al menos un gas oxidante a uno o más peróxidos correspondientes, especies reactivas iónicas y/o radicales capaces de reaccionar con el elemento metálico, el elemento metaloide o un catión que comprenda tal elemento metálico o metaloide o dos o más de estos, para formar al menos una nano partícula, particularmente, al menos un nano cristal de al menos un producto de reacción con un tamaño de cristalito promedio igual o menor que 30.0 nm.- wherein the cathode has an electrochemical potential that is such as to be capable of causing the reduction of at least one oxidizing gas to one or more corresponding peroxides, reactive ionic species and / or radicals capable of reacting with the metallic element, the element metalloid or a cation comprising such metal or metalloid element or two or more of these, to form at least one nanoparticle, particularly, at least one nano crystal of at least one reaction product with an average crystallite size equal to or less than 30.0 nm.

La invención se ilustra aún más en las figuras anexas.The invention is further illustrated in the appended figures.

La Figura 1a muestra una representación esquemática del reactor electroquímico experimental de semiceldas adecuado para su uso con la presente invención.Figure 1a shows a schematic representation of the semi-cell experimental electrochemical reactor suitable for use with the present invention.

La Figura 1b muestra el proceso de la presente invención que incluye las reacciones y la formación de nano cristales dentro de los poros del material electroquímicamente activo.Figure 1b shows the process of the present invention that includes the reactions and the formation of nano crystals within the pores of the electrochemically active material.

La Figura 2 muestra la eficiencia de eliminación en % de iones Ce3+ de la solución a granel en presencia de N2 que se suministra a través del cátodo de difusión de gases, en ausencia de gas oxidante, del ejemplo 1.Figure 2 shows the removal efficiency in% Ce3 + ions of the bulk solution in the presence of N2 which is supplied through the gas diffusion cathode, in the absence of oxidizing gas, of example 1.

La Figura 3 muestra la respuesta electroquímica en caso de que no se suministre gas oxidante a través del electrodo de difusión de gases, sino sólo N2. Figure 3 shows the electrochemical response in case no oxidizing gas is supplied through the gas diffusion electrode, but only N2.

Figura 3a : Respuesta de frecuencia obtenida en el ejemplo 1 por Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIS) registrada a una amplitud de 20 mV, en el intervalo de frecuencia de 100 kHz a 3 mHz.Figure 3a: Frequency response obtained in Example 1 by Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) recorded at an amplitude of 20 mV, in the frequency range from 100 kHz to 3 mHz.

La Figura 3b muestra la respuesta de voltametría cíclica obtenida a una velocidad de barrido de 1 mV.s-1 en el ejemplo 1.Figure 3b shows the cyclic voltammetry response obtained at a scanning speed of 1 mV.s-1 in Example 1.

Las Figuras 3c y d muestran las respuestas típicas de EIS para la limitación difusional a través de una película de grosor infinito (izquierda) y las limitaciones por difusión finita a través de una película con cantidad fija de sustancia electroactiva, que una vez consumida no se repone en el electrodo o sólo se repone muy lentamente (derecha), en el ejemplo 1.Figures 3c and d show the typical EIS responses for diffusional limitation through a film of infinite thickness (left) and limitations by finite diffusion through a film with a fixed amount of electroactive substance, which once consumed is not replaced on the electrode or it is only replaced very slowly (right), in example 1.

La Figura 3e muestra unas respuestas típicas de CV capacitivo y pseudocapacitivo, en el ejemplo 1.Figure 3e shows typical responses of capacitive and pseudocapacitive CV, in example 1.

La Figura 4 muestra el grado de eliminación de los iones Ce3+ de la solución a granel en presencia de O2 como gas oxidante suministrado al electrodo de difusión de gases en el ejemplo 1.Figure 4 shows the degree of removal of the Ce3 + ions from the bulk solution in the presence of O2 as the oxidizing gas supplied to the gas diffusion electrode in example 1.

La Figura 5 muestra la eficiencia de recuperación (%) de los iones Ce3+ transformados en un producto sólido recuperado como precipitado después de liberarse del electrodo y sedimentarse en solución, en presencia de O2 como gas oxidante suministrado a través del cátodo de difusión de gases, sobre la base del peso seco del producto recuperado, en el ejemplo 1.Figure 5 shows the recovery efficiency (%) of the Ce3 + ions transformed into a solid product recovered as a precipitate after being released from the electrode and sedimented in solution, in the presence of O2 as the oxidizing gas supplied through the gas diffusion cathode, on the basis of the dry weight of the recovered product, in example 1.

La Figura 6 muestra la respuesta electroquímica obtenida para los experimentos donde se suministró aire a través del electrodo de difusión de gases, en el ejemplo 1:Figure 6 shows the electrochemical response obtained for the experiments where air was supplied through the gas diffusion electrode, in example 1:

La Figura 6a muestra la respuesta de frecuencia obtenida por Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIS) registrada a una amplitud de 20 mV, en el intervalo de frecuencia de 100 kHz a 3 mHz.Figure 6a shows the frequency response obtained by Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) recorded at an amplitude of 20 mV, in the frequency range from 100 kHz to 3 mHz.

La Figura 6b muestra la respuesta de voltametría cíclica obtenida a una velocidad de barrido de 1 mV.s-1.Figure 6b shows the cyclic voltammetry response obtained at a scanning speed of 1 mV.s-1.

Las Figuras 6c y d muestran las respuestas EIS típicas para los procesos limitados por adsorción vinculados a las reacciones de transferencia de carga.Figures 6c and d show the typical EIS responses for the adsorption-limited processes linked to the charge transfer reactions.

La Figura 7 muestra el tamaño del cristalito y el parámetro de red encontrado para las diferentes concentraciones iniciales de Ce3+ estudiadas, en el ejemplo 1.Figure 7 shows the size of the crystallite and the network parameter found for the different initial concentrations of Ce3 + studied, in example 1.

La Figura 7a muestra el tamaño del cristalito (220) para CeO2 y NaCl.Figure 7a shows the size of the crystallite (220) for CeO2 and NaCl.

La Figura 7b muestra el parámetro de red de CeO2 y NaCl. Hubo un límite de detección para ambos parámetros en Ce por debajo de 20 mg.Figure 7b shows the network parameter of CeO2 and NaCl. There was a limit of detection for both parameters in Ce below 20 mg.

La Figura 8 muestra micrografías de electrones de transmisión que evidencian la morfología característica de las nano partículas de CeO2 con tamaños de cristalito que coinciden con los obtenidos porXRD, en el ejemplo 1.Figure 8 shows micrographs of transmission electrons that show the characteristic morphology of the CeO2 nanoparticles with crystallite sizes that coincide with those obtained by XRD, in example 1.

La Figura 9 muestra micrografías electrónicas de transmisión que evidencian la agregación de las pequeñas nano partículas cristalinas de la Figura 8 en nano partículas de mayor tamaño, del ejemplo 1.Figure 9 shows transmission electron micrographs showing the aggregation of the small crystalline nanoparticles of Figure 8 into larger nanoparticles, of example 1.

La Figura 10 muestra la eficiencia de eliminación (%) de los diferentes iones metálicos de la solución a granel en presencia de aire suministrado a través del cátodo de difusión de gases.Figure 10 shows the removal efficiency (%) of the different metal ions of the bulk solution in the presence of air supplied through the gas diffusion cathode.

La Figura 11 muestra un dispositivo adecuado para llevar a cabo el proceso de la presente invención.Figure 11 shows a suitable device for carrying out the process of the present invention.

La Figura 12 muestra una microscopía de transmisión de alta resolución (HRTEM) de nanopartículas obtenidas con el ejemplo 1.Figure 12 shows a high resolution transmission microscopy (HRTEM) of nanoparticles obtained with example 1.

La Figura 13 muestra espectros de IR de los precipitados obtenidos bajo diferentes condiciones experimentales con TBAB (Figura 13a) y espectros de IR de los reactivos empleados inicialmente para el experimento TBAB (Figura 13b). Los espectros de IR para los casos de TBAC se muestran en la Figura 13c.Figure 13 shows IR spectra of the precipitates obtained under different experimental conditions with TBAB (Figure 13a) and IR spectra of the reagents initially used for the TBAB experiment (Figure 13b). The IR spectra for TBAC cases are shown in Figure 13c.

La Figura 14 muestra nanocristales precipitados en presencia de exceso de IL en el Ejemplo 7 y bajo electrosíntesis de hidrógeno in situ. Pequeñas burbujas en el intervalo de tamaño de 0.1 mm fueron visibles, que ocupaban más de 10 % del volumen del material flotante.Figure 14 shows nanocrystals precipitated in the presence of excess IL in Example 7 and under in situ hydrogen electrosynthesis. Small bubbles in the 0.1 mm size range were visible, occupying more than 10% of the volume of the floating material.

La Figura 15 muestra el patrón de XRD para el producto nano cristalino obtenido con TBAB 30.Figure 15 shows the XRD pattern for the crystalline nano product obtained with TBAB 30.

La Figura 16 muestra la carga en Coulombs, consumida durante los experimentos realizados a diferentes concentraciones (relaciones molares) de TBAB.Figure 16 shows the charge in Coulombs, consumed during the experiments carried out at different concentrations (molar ratios) of TBAB.

La Figura 17 muestra la característica TGA del producto nanocristalino formado con TBAB en una relación molar de 20.Figure 17 shows the TGA characteristic of the nanocrystalline product formed with TBAB in a molar ratio of 20.

La Figura 18 muestra series electroquímicas de unos pocos gases oxidantes, la distribución de la densidad de corriente sobre diferentes materiales de cátodos de difusión de gases (diferentes tipos de carbono), registrados a diferentes potenciales de reducción de estado estacionario.Figure 18 shows electrochemical series of a few oxidizing gases, the distribution of current density over different materials of gas diffusion cathodes (different types of carbon), recorded at different steady state reduction potentials.

Un dispositivo adecuado para llevar a cabo el proceso de la presente invención se muestra en la Figura 11. El dispositivo que se muestra en la Figura 1 comprende una celda electroquímica, que comprende al menos un compartimento anódico 5 y al menos un compartimento catódico 15. Si se desea pueden presentarse también una pluralidad de compartimentos anódicos y catódicos. Si se proporciona una pluralidad de compartimentos de ánodo y de cátodo, preferentemente se disponen en un arreglo unipolar, con una pluralidad de electrodos alternantes positivos y negativos que forman un pila separada por membranas iónicas permeables. En un diseño unipolar, las celdas electroquímicas que forman la pila se conectan externamente, los cátodos se conectan eléctricamente en paralelo, así como también los ánodos.A suitable device for carrying out the process of the present invention is shown in Figure 11. The device shown in Figure 1 comprises an electrochemical cell, comprising at least one anodic compartment 5 and at least one cathodic compartment 15. If desired, a plurality of anode and cathode compartments may also be present. If a plurality of anode and cathode compartments are provided, they are preferably arranged in a unipolar arrangement, with a plurality of alternating positive and negative electrodes forming a stack separated by permeable ionic membranes. In a unipolar design, the electrochemical cells that form the battery are connected externally, the cathodes are electrically connected in parallel, as well as the anodes.

El ánodo o ánodos 1 se sumergen en un compartimento anódico que comprende un fluido acuoso de anolitos 2. El cátodo o cátodos 10 se sumergen en un compartimento catódico que comprende un fluido acuoso de catolitos 12. El compartimento anódico y el compartimento catódico están en comunicación fluida para permitir el transporte de cationes, particularmente el transporte de protones desde el compartimento anódico hasta el compartimento de catolitos, y el transporte de aniones desde el compartimento catódico hasta el compartimento anódico. Como fluido de anolitos, puede usarse cualquier anolito adecuado que la persona con experiencia considere. Particularmente, puede usarse cualquier electrolito acuoso, usado convencionalmente en reacciones de reducción electroquímica. El anolito, por ejemplo, puede comprender una solución acuosa de un electrolito seleccionado del grupo de los sulfatos, fosfatos, cloruros y mezclas de dos o más de estos compuestos. La cámara del anolito puede comprender un miembro de suministro para alimentar el fluido del anolito. La cámara del catolito puede comprender un miembro de suministro para alimentar el fluido del catolito. El catolito puede ser diferente del anolito, pero el anolito y el catolito también pueden ser iguales. Los materiales catolíticos adecuados incluyen aquellos bien conocidos por la persona con experiencia, tal como una solución acuosa de un electrolito seleccionado del grupo de sulfatos, fosfatos, cloruros y mezclas de dos o más de estos compuestosThe anode or anodes 1 are immersed in an anodic compartment comprising an aqueous fluid of anolytes 2. The cathode or cathodes 10 are immersed in a cathodic compartment comprising an aqueous fluid of catholytes 12. The anodic compartment and the cathode compartment are in communication fluid to allow the transport of cations, particularly the transport of protons from the anodic compartment to the compartment of catholytes, and the transport of anions from the cathodic compartment to the anodic compartment. As anolyte fluid, any suitable anolyte that the experienced person considers can be used. Particularly, any aqueous electrolyte, conventionally used in electrochemical reduction reactions, can be used. The anolyte, for example, may comprise an aqueous solution of an electrolyte selected from the group of sulfates, phosphates, chlorides and mixtures of two or more of these compounds. The anolyte chamber may comprise a supply member for feeding the anolyte fluid. The catholyte chamber may comprise a supply member for feeding the catholyte fluid. The catholyte may be different from the anolyte, but the anolyte and catholyte may also be the same. Suitable catholytic materials include those well known to the skilled person, such as an aqueous solution of an electrolyte selected from the group of sulfates, phosphates, chlorides and mixtures of two or more of these compounds

El compartimento del ánodo y del cátodo 5, 15 pueden fabricarse de cualquier material que la persona con experiencia considere adecuado, pero preferentemente se fabrican de un material polimérico. Los materiales adecuados incluyen difluoruro de polivinilideno (PVDF), politetrafluoroetileno (PTFE), tetrafluoroetileno (EFTE), cloruro de polivinilo (PVC), cloruro de polivinilo clorado (CPVC), poliacrilato, polimetilmetacrilato (PMMA), polipropileno (PP), politetileno de alta densidad, policarbonato, y mezclas y complejos compuestos de dos o más de estos compuestos.The anode and cathode compartment 5, 15 can be made of any material that the experienced person considers suitable, but preferably they are made of a polymeric material. Suitable materials include polyvinylidene difluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene (EFTE), polyvinyl chloride (PVC), chlorinated polyvinyl chloride (CPVC), polyacrylate, polymethyl methacrylate (PMMA), polypropylene (PP), polyethylene high density, polycarbonate, and mixtures and complexes composed of two or more of these compounds.

Al menos un compartimiento del ánodo y al menos uno del cátodo 5, 15 se separaran preferentemente uno del otro por una membrana permeable a los iones 11 para controlar el intercambio de cationes y aniones entre ambos compartimientos. Las membranas permeables a iones preferidas comprenden materiales poliméricos sintéticos. La membrana permeable a iones, por una parte, asegura que los cationes, particularmente los protones, puedan migrar del compartimento del ánodo al del cátodo y, por otra parte, sirve como barrera a los gases y con ello contrarresta la aparición de los llamados atajos químicos. La membrana permeable a iones contrarresta además la aparición de una reducción del pH del catolito en el compartimiento catódico. Los materiales adecuados para su uso como membrana permeable a iones incluyen el difluoruro de polivinilo (PVDF), el politetrafluoroetileno (PTFE o Teflón), el poli(etilenoco-tetrafluoroetano) (EFTE), poliésteres, poliamidas aromáticas, sulfito de polifenileno, resinas de poliolefinas, resinas de polisulfona, éter de perfluotiolorovinilo (PFVE), tripropilenglicol, poli-1,3-butanodiol o mezclas de dos o más de estos compuestos, o complejos compuestos que contengan uno o más de estos compuestos y que se obtengan por dispersión de un óxido metálico y/o un hidróxido metálico en una solución del polímero para aumentar la conductividad iónica. La membrana permeable a iones puede contener además un material de intercambio iónico si así se desea.At least one compartment of the anode and at least one of the cathode 5, 15 are preferably separated from each other by an ion-permeable membrane 11 to control the exchange of cations and anions between both compartments. Preferred ion-permeable membranes comprise synthetic polymeric materials. The ion-permeable membrane, on the one hand, ensures that cations, particularly protons, can migrate from the anode compartment to the cathode compartment and, on the other hand, serves as a barrier to gases and counteracts the appearance of so-called shortcuts chemical The ion-permeable membrane also counteracts the occurrence of a reduction in the pH of the catholyte in the cathode compartment. Materials suitable for use as an ion-permeable membrane include polyvinyl difluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE or Teflon), poly (ethylene-tetrafluoroethane) (EFTE), polyesters, aromatic polyamides, polyphenylene sulfite, resins polyolefins, polysulfone resins, perfluothiolorovinyl ether (PFVE), tripropylene glycol, poly-1,3-butanediol or mixtures of two or more of these compounds, or complexes containing one or more of these compounds and obtained by dispersion of a metal oxide and / or a metal hydroxide in a solution of the polymer to increase the ionic conductivity. The ion permeable membrane may also contain an ion exchange material if desired.

Para mejorar la integridad estructural, la membrana permeable a iones 11 que separa el compartimiento del ánodo y del cátodo 5, 15 puede reforzarse con un soporte rígido, por ejemplo, un soporte rígido que se hace de una lámina, un vellón, que puede ser tejido o no tejido o que se hace de un polímero poroso o de una trama o una malla de fibras metálicas o de fibras metálicas dispuestas en una estructura tejida o no tejida.To improve the structural integrity, the ion-permeable membrane 11 which separates the anode and cathode compartment 5, 15 can be reinforced with a rigid support, for example, a rigid support which is made of a sheet, a fleece, which can be woven or non-woven or made of a porous polymer or of a weft or a mesh of metallic fibers or metal fibers arranged in a woven or non-woven structure.

El cátodo 10 usado en el dispositivo de esta invención es preferentemente un electrodo de difusión de gases, para asegurar una transferencia de masa suficientemente alta de gas oxidante a la superficie electroquímicamente activa presente en el cátodo, y un rendimiento de reacción suficientemente alto, que tiene en cuenta la solubilidad limitada de oxígeno en agua. El electrodo de difusión de gases preferentemente es un electrodo multicapa que comprende un distribuidor de densidad de corriente 3 para suministrar corriente eléctrica a una superficie electroquímicamente activa 4 que se deposita encima del distribuidor de corriente.The cathode 10 used in the device of this invention is preferably a gas diffusion electrode, to ensure a sufficiently high mass transfer of oxidizing gas to the electrochemically active surface present at the cathode, and a sufficiently high reaction yield, which has account for the limited solubility of oxygen in water. The gas diffusion electrode is preferably a multilayer electrode comprising a current density distributor 3 for supplying electric current to an electrochemically active surface 4 which is deposited on top of the current distributor.

El material electroquímicamente activo 4 preferentemente es un material que tiene una alta conductividad eléctrica. Esto permite que el material electroquímicamente activo se lleve o traiga el electrón desde y hacia el distribuidor de densidad de corriente.The electrochemically active material 4 is preferably a material having a high electrical conductivity. This allows the electrochemically active material to carry or bring the electron to and from the current density distributor.

La superficie electroquímicamente activa puede formarse de cualesquiera materiales conductores o materiales compuestos con una gran área superficial. Ejemplos de tales materiales de electrodos incluyen carbono, nanotubos de carbono, grafito, fibra de carbono, tela de carbono, aerogel de carbono, grafeno, polvos metálicos, por ejemplo de níquel, óxidos metálicos, por ejemplo óxido de rutenio, polímeros conductores, y cualesquiera mezclas de cualquiera de los anteriores. Debe tenerse en cuenta que todos los electrodos pueden ser lo suficientemente porosos y conductores de manera que no se necesite un sustrato. Debe apreciarse además que el sustrato puede formarse de un material no conductor que esté recubierto con un recubrimiento conductor, tal como, por ejemplo, platino, rodio (Rh), iridio (Ir) o aleaciones de cualquiera de los metales anteriores. La elevada área superficial permite minimizar el voltaje. Al entrar en contacto la porción porosa con el electrolito iónico, la capacitancia aparente de los electrodos puede ser muy alta cuando se cargan.The electrochemically active surface can be formed of any conductive materials or composite materials with a large surface area. Examples of such electrode materials include carbon, carbon nanotubes, graphite, carbon fiber, carbon cloth, carbon airgel, graphene, metal powders, for example nickel, metal oxides, for example ruthenium oxide, conductive polymers, and any mixtures of any of the foregoing. It must be taken into account that all electrodes can be sufficiently porous and conductive so that a substrate is not needed. It should further be appreciated that the substrate may be formed of a non-conductive material that is coated with a conductive coating, such as, for example, platinum, rhodium (Rh), iridium (Ir) or alloys of any of the above metals. The high surface area allows to minimize the voltage. Upon contacting the porous portion with the ionic electrolyte, the apparent capacitance of the electrodes can be very high when they are charged.

El electrodo de difusión de gases que se usa como el cátodo 10 en el método de esta invención preferentemente comprende un distribuidor de densidad de corriente 3, que puede fabricarse de cualquier material y forma que se consideren adecuados por la persona con experiencia. Sin embargo preferentemente, se usa un distribuidor de densidad de corriente tipo de malla, que tiene una malla aceptada en un marco circunferencial eléctricamente conductor o una arreglo de varias mallas. El distribuidor de densidad de corriente se conecta a una fuente de energía eléctrica a través de un alimentador de corriente, para suministrar energía eléctrica al distribuidor de densidad de corriente. La malla comprende una pluralidad de rutas conductoras de electricidad. La malla puede formarse de cualquier estructura metálica adecuada, tal como, por ejemplo, una placa, una malla, una hoja fina o una lámina con una pluralidad de perforaciones u orificios. Además, la malla puede formarse de materiales conductores adecuados, tales como, por ejemplo, acero inoxidable, grafito, titanio, platino, iridio, rodio o plástico conductor. Además, los metales pueden ser recubiertos o no recubiertos. Un ejemplo de esto es una malla de acero inoxidable recubierta de platino. En una modalidad, la malla es una malla de titanio. En otras modalidades, se usa una malla de acero inoxidable, una placa de grafito o una placa de titanio. El término "malla" pretende incluir unas mallas cuadradas con una forma y orientación de los alambres conductores e hilos aislantes sustancialmente rectangular, pero la malla puede además ser tubular, o una película en espiral, o materiales tridimensionales con otra forma. Aún otros tipos de mallas adecuadas para su uso con esta invención incluyen láminas perforadas, placas u hojas que se hacen de un material no conductor, que tiene una pluralidad de alambres o hilos de un material conductor entrelazado en la dirección paralela al flujo de corriente. Un tipo adicional de malla adecuada para su uso con la presente invención incluye líneas/cables de un material conductor, los cuales se extienden en paralelo a la dirección de flujo de corriente, impresos en una lámina, hoja o placa perforadas.The gas diffusion electrode that is used as the cathode 10 in the method of this invention preferably comprises a current density distributor 3, which can be made of any material and form that is considered suitable by the experienced person. Preferably, however, a mesh-type current density distributor is used, which has an accepted mesh in an electrically conductive circumferential frame or an array of several meshes. The current density distributor is connected to a source of electrical energy through a current feeder, to supply electrical power to the current density distributor. The mesh comprises a plurality of electrically conductive routes. The mesh can be formed of any suitable metallic structure, such as, for example, a plate, a mesh, a thin sheet or a sheet with a plurality of perforations or holes. In addition, the mesh can be formed of suitable conductive materials, such as, for example, stainless steel, graphite, titanium, platinum, iridium, rhodium or conductive plastic. In addition, metals can be coated or uncoated. An example of this is a stainless steel mesh coated with platinum. In one embodiment, the mesh is a titanium mesh. In other embodiments, a stainless steel mesh, a graphite plate or a titanium plate is used. The term "mesh" is intended to include square meshes with a shape and orientation of the conducting wires and insulating threads substantially rectangular, but the mesh may also be tubular, or a spiral film, or three-dimensional materials with another shape. Still other types of meshes suitable for use with this invention include perforated sheets, plates or sheets that are made of a non-conductive material, having a plurality of wires or wires of an interlaced conductive material in the direction parallel to the current flow. An additional type of mesh suitable for use with the present invention includes lines / cables of a conductive material, which extend in parallel to the current flow direction, printed on a perforated sheet, sheet or plate.

Un lado del distribuidor de densidad de corriente 3 puede recubrirse con una superficie electroquímicamente activa 4 capaz de catalizar la reducción del gas oxidante. La capa de material electroquímicamente activo 4, es decir, la capa que es activa catalíticamente en la reducción del gas oxidante como se describió anteriormente, se aplica preferentemente en el lado del distribuidor de densidad de corriente que se enfrenta a la fase gaseosa. La superficie electroquímicamente activa usualmente tiene una interfase con el electrolito en una superficie (es decir, el lado que se enfrenta al distribuidor de corriente) y una capa repelente de agua 13 (hidrófoba de difusión de gases) en el otro lado.One side of the current density distributor 3 can be coated with an electrochemically active surface 4 capable of catalyzing the reduction of the oxidizing gas. The layer of electrochemically active material 4, ie, the layer which is catalytically active in the reduction of the oxidizing gas as described above, is preferably applied on the side of the current density distributor facing the gas phase. The electrochemically active surface usually has an interface with the electrolyte on one surface (i.e. the side facing the current distributor) and a water repellent layer 13 (hydrophobic diffusion gas) on the other side.

El dispositivo preferentemente comprende un miembro de suministro para suministrar un gas oxidante al lado del cátodo que comprende la capa electroquímicamente activa.The device preferably comprises a delivery member for supplying an oxidizing gas to the side of the cathode comprising the electrochemically active layer.

El compartimiento del cátodo puede comprender, preferentemente, en un lado opuesto al lado del cátodo que comprende la capa electroquímicamente activa, una entrada para suministrar al menos un electrolito protónico débil, preferentemente, un electrolito acuoso. Preferentemente la tasa de flujo con el que el electrolito protónico débil es variable.The cathode compartment may preferably comprise, on an opposite side to the side of the cathode comprising the electrochemically active layer, an inlet for supplying at least a weak protonic electrolyte, preferably an aqueous electrolyte. Preferably the flow rate with which the weak protonic electrolyte is variable.

La superficie electroquímicamente activa 4 puede recubrirse en el lado que se enfrenta a la fase gaseosa 13, con una capa repelente de agua 13 o una capa hidrófoba de difusión de gases para minimizar el riesgo de fugas de agua a través del electrodo hacia la fase gaseosa. Esta capa hidrófoba o repelente de agua 13 puede depositarse además sobre la superficie electroquímicamente activa 4. Los materiales adecuados para su uso como capa repelente de agua incluyen el difluoruro de polivinilo (PVDF), politetrafluoroetileno (PTFE o Teflón), PSU, pero también pueden usarse otros materiales que considere adecuados la persona con experiencia.The electrochemically active surface 4 can be coated on the side facing the gas phase 13, with a water repellent layer 13 or a hydrophobic gas diffusion layer to minimize the risk of water leaking through the electrode into the gas phase . This hydrophobic or water repellent layer 13 can also be deposited on the electrochemically active surface 4. Materials suitable for use as a water repellent layer include polyvinyl difluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE or Teflon), PSU, but can also be use other materials that the experienced person considers appropriate.

El ánodo 1 usado en el proceso de esta invención puede ser un electrodo convencional, o puede ser un electrodo de difusión de gases similar al cátodo. El pH del anolito es preferentemente ácido, preferentemente < 7.0, con mayor preferencia < 5.0, con la máxima preferencia < 3.0 pero no inferior a 1.5. El electrolito tendrá usualmente una conductividad iónica de al menos 1.0 mS/cm, pero en la práctica puede ascender a 70-100 mS/cm.The anode 1 used in the process of this invention can be a conventional electrode, or it can be a gas diffusion electrode similar to the cathode. The pH of the anolyte is preferably acidic, preferably <7.0, more preferably <5.0, most preferably <3.0 but not less than 1.5. The electrolyte will usually have an ionic conductivity of at least 1.0 mS / cm, but in practice it may amount to 70-100 mS / cm.

La invención se ilustra aún más en los ejemplos a continuación.The invention is further illustrated in the examples below.

Ejemplo 1Example 1

Materiales y MétodosMaterials and methods

Compuestos químicosChemical compounds

El carbón activado empleado fue Norit® SX1G de Norit Americas Inc. La resina de etileno propileno fluorada (Teflon® FEP 8000) se obtuvo de Dupont. El CeCl3cristalino ultraseco al 99.9 % (REO) con argón se recibió de Alfa Aesar. K2HPO4 se adquirió de Merck. HCl al 35 %, CeN3Og-6H2O base de metales en trazas al 99.99 %, y KI de grado analítico se compraron a Aldrich. 50 % NaOH, hidroftalato de potasio grado analítico (KHP) y (NH4)6MoyO24-4H2O grado analítico se adquirieron de Merck.The activated carbon used was Norit® SX1G from Norit Americas Inc. The fluorinated ethylene propylene resin (Teflon® FEP 8000) was obtained from Dupont. The 99.9% ultra-dry crystalline CeCl3 (REO) with argon was received from Alfa Aesar. K2HPO4 was purchased from Merck. HCl at 35%, CeN3Og-6H2O base metals at traces at 99.99%, and analytical grade KI were purchased from Aldrich. 50% NaOH, analytical grade potassium hydrophalate (KHP) and (NH4) 6MoyO24-4H2O analytical grade were purchased from Merck.

Configuración de celdas electroquímicasConfiguration of electrochemical cells

Los experimentos se realizaron en un reactor electroquímico de semiceldas (Figura 1). La semicelda del cátodo consistió en un cátodo, un electrodo de referencia y un contraelectrodo. Se usó como electrodo de referencia Ag/AgCl 3 M de KCl (+200 mV frente a SHE) (Koslow Scientific), mientras que como contraelectrodo se usó un disco de Pt fijado por soldadura láser sobre una placa de titanio (Ti). Todos los potenciales que aquí se informan permanecen exactos para el electrodo de referencia Ag/AgCl 3 M de KCl. El cátodo y el contraelectrodo se separaron por el electrolito líquido y la membrana separadora, Zirfon® (AGFA). El electrodo en operación y el contraelectrodo se separaron uno del otro por una distancia de 4 cm, mientras que la membrana se acomodó justo en el centro (a 2 cm de cada electrodo). La función principal de Zirfon® fue evitar que el oxígeno que finalmente emanó en el contraelectrodo alcanzara al electrodo en operación. Los electrodos y el separador tenían un área superficial de electrodo proyectada de 10 cm2 Los flujos de gas inerte o reactivo (N2 o aire, respectivamente) se alimentaron a través del compartimiento del gas catódico en cada experimento individual. La tasa de flujo de gases se fijó en 400 mL min-1 (exceso) en todos los casos y se aplicó una sobrepresión de 10 mbar. Las alimentaciones de electrolitos circularon independientemente a través de los compartimientos del cátodo y del contraelectrodo con una bomba peristáltica de doble cabezal, a una tasa de flujo de aproximadamente 100 mL min-1 (Watson-Marlow). Tanto las corrientes líquidas como las gaseosas en estas condiciones fueron consistentes con un perfil de flujo laminar. En la Figura 1a se muestra una representación esquemática del reactor electroquímico experimental de semiceldas. Electrodos de difusión de gasesThe experiments were carried out in a semi-cell electrochemical reactor (Figure 1). The half cell of the cathode consisted of a cathode, a reference electrode and a counter electrode. As reference electrode, 3 M Ag / AgCl of KCl (+200 mV against SHE) (Koslow Scientific) was used, while a Pt disk fixed by laser welding on a titanium plate (Ti) was used as the counter electrode. All the potentials reported here remain accurate for the 3 M Ag / AgCl KCl reference electrode. The cathode and the counter electrode were separated by the liquid electrolyte and the separating membrane, Zirfon® (AGFA). The electrode in operation and the counter electrode were separated from each other by a distance of 4 cm, while the membrane was accommodated just in the center (2 cm from each electrode). The main function of Zirfon® was to prevent the oxygen that finally emanated in the counter electrode from reaching the electrode in operation. The electrodes and the separator had an area 10 cm2 projected electrode surface The inert or reactive gas streams (N2 or air, respectively) were fed through the cathode gas compartment in each individual experiment. The gas flow rate was set at 400 mL min-1 (excess) in all cases and an overpressure of 10 mbar was applied. The electrolyte feeds circulated independently through the cathode and counter electrode compartments with a double head peristaltic pump, at a flow rate of approximately 100 mL min-1 (Watson-Marlow). Both the liquid and gaseous streams under these conditions were consistent with a laminar flow profile. Figure 1a shows a schematic representation of the semi-cell experimental electrochemical reactor. Gas diffusion electrodes

Se usó un electrodo multicapa VITO CORE™ que consiste en un colector de corriente (gasa metálica), una capa activa de carbón activado incrustada en una matriz de polímero poroso y una capa hidrófoba de difusión de gases. Se usó PVDF como aglutinante polimérico, tanto para la capa activa como para la capa hidrófoba de difusión de gases (GDL). Las partículas hidrófobas en el soporte hidrófobo fueron FEP 8000. Una GDL típica se compone de 50 % en peso de PVDf y 50 % en peso de FEP 8000. La composición de la capa activa para el cátodo no catalizado fue 20 % de PTFE con 80 % en peso de carbón activado. De lo contrario, puede emplearse un electrodo catalizado, por ejemplo, este fue 20 % de PTFE con 76 % en peso de carbón activado y 4 % en peso de CeO2, lo que puede mejorar la eficiencia del proceso pero no es esencial para llevar a cabo la síntesis específica.A VITO CORE ™ multi-layer electrode consisting of a current collector (metal gauze), an active layer of activated carbon embedded in a porous polymer matrix and a hydrophobic gas diffusion layer was used. PVDF was used as a polymeric binder, both for the active layer and for the hydrophobic gas diffusion layer (GDL). The hydrophobic particles in the hydrophobic support were FEP 8000. A typical GDL is composed of 50% by weight of PVD f and 50% by weight of FEP 8000. The composition of the active layer for the non-catalyzed cathode was 20% PTFE with 80% by weight of activated carbon. Otherwise, a catalysed electrode can be used, for example, this was 20% PTFE with 76% by weight of activated carbon and 4% by weight of CeO2, which can improve the efficiency of the process but is not essential to carry out the specific synthesis.

Composición del electrolitoElectrolyte composition

Los electrodos independientes se probaron como cátodos de difusión de gases, en presencia de aire o N2 respectivamente, en el compartimiento de gas catódico. Se adicionó CeN3Og6H2O al electrolito catódico, compuesto de 30 g/L de NaCl y 10 mM de acetato de sodio disuelto en agua desmineralizada y se ajustó a pH 2.7 con Hcl. El acetato de sodio no es esencial para llevar a cabo la síntesis específica, sin embargo, puede afectar su tasa. Se probaron diferentes concentraciones de CeN3Og6H2O independientemente, de la siguiente manera: 0 ppm, 100 ppm, 500 ppm, 1000 ppm, 2000 ppm, 3000 ppm, 5000 ppm y 10000 ppm. El electrolito en el compartimiento del contraelectrodo (ánodo) permaneció igual, pero sin la adición de Ce. Los ensayos se realizaron a temperatura ambiente (18±2°C).The independent electrodes were tested as gas diffusion cathodes, in the presence of air or N2 respectively, in the cathode gas compartment. CeN3Og6H2O was added to the cathode electrolyte, composed of 30 g / L of NaCl and 10 mM of sodium acetate dissolved in demineralised water and adjusted to pH 2.7 with Hcl. Sodium acetate is not essential to carry out the specific synthesis, however, it can affect its rate. Different concentrations of CeN3Og6H2O were tested independently, as follows: 0 ppm, 100 ppm, 500 ppm, 1000 ppm, 2000 ppm, 3000 ppm, 5000 ppm and 10000 ppm. The electrolyte in the counter electrode compartment (anode) remained the same, but without the addition of Ce. The tests were carried out at room temperature (18 ± 2 ° C).

Operación y caracterización electroquímicasOperation and electrochemical characterization

Se usó un potenciostato/galvanostato Bio-Logic VMP3 y un analizador de respuesta de frecuencia para realizar las mediciones electroquímicas. Se usó el software EC-Lab v.10.23 para la adquisición de datos. Se realizaron experimentos cronoamperométricos a -0.350 V frente al electrodo de referencia durante un período de 120 min. Dentro de ese período se logró un estado estacionario. Se registraron la Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIS) y la Voltametría Cíclica (CV) antes y después de la polarización, para evaluar indirectamente la efectividad del proceso de recuperación de metales.A Bio-Logic VMP3 potentiostat / galvanostat and a frequency response analyzer were used to perform the electrochemical measurements. The EC-Lab v.10.23 software was used for data acquisition. Chronoamperometric experiments were carried out at -0.350 V against the reference electrode for a period of 120 min. Within this period a steady state was achieved. Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) and Cyclic Voltammetry (CV) before and after polarization were recorded to indirectly evaluate the effectiveness of the metal recovery process.

Durante los experimentos de CA a -0.350 V, tiene lugar la producción de H2O2después de la reducción electroquímica de O2 con los electrodos y el electrolito aquí propuestos. En estas condiciones, no se espera la electrodeposición del Ce metálico, ya que la condición termodinámica para la reducción de Ce en medio acuoso dentro del intervalo de pH aquí estudiado (como se muestra en los diagramas de Pourbaix) ocurriría sólo en potenciales inferiores a -2.7 V [Pourbaix, 1974]. Aun así, el transporte de iones Ce3+ disociados hacia el cátodo se espera principalmente por difusión, con posible adsorción posterior en los sitios activos del electrodo poroso. De lo contrario, no se espera que la electrólisis del agua forme hidrógeno en las condiciones de este ejemplo.During the CA experiments at -0.350 V, the production of H2O2 takes place after the electrochemical reduction of O2 with the electrodes and electrolyte proposed here. Under these conditions, the electrodeposition of the metallic Ce is not expected, since the thermodynamic condition for the reduction of Ce in aqueous medium within the pH range studied here (as shown in the Pourbaix diagrams) would occur only in potentials below - 2.7 V [Pourbaix, 1974]. Even so, the transport of dissociated Ce3 + ions towards the cathode is expected mainly by diffusion, with possible subsequent adsorption in the active sites of the porous electrode. Otherwise, the electrolysis of water is not expected to form hydrogen under the conditions of this example.

Se registró la Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIS) en el potencial de polarización de estado estacionario (-0.350 V) en un intervalo de frecuencias de 3 kHz a 3 mHz, con 6 puntos por década logarítmica, con el uso de una amplitud de 10 mV. Se prestó especial atención a garantizar la estabilidad, linealidad, causalidad y finitud, de manera que se obtuvieran datos de impedancia fiables y válidos. La respuesta de EIS sólo se registró cuando se detectó que la variación de la corriente era < ±10 pA durante un período de al menos una hora. El tiempo de un escaneo de impedancia completa fue de aproximadamente 19 minutos. La linealidad se verificó mediante supervisión en tiempo real de las no distorsiones en las parcelas de Lissajous, que se observaron mediante un osciloscopio conectado en línea. Se aseguró la causalidad, ya que no se observaron datos espurios (ruidosos) al registrar la EIS. La validez de los datos se verificó con el uso de las transformaciones de Kramers-Kronig. Después de las correspondientes mediciones de EIS, se registraron los CV en 2 ciclos a 1 mV s-1, en un intervalo potencial de -0.450 a 0.450 V frente a Ag/AgCl. Sólo se informa aquí el segundo ciclo del CV. No se estableció una corrección de la caída de IR para los experimentos aquí realizados.Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) was recorded in the steady-state polarization potential (-0.350 V) in a frequency range of 3 kHz to 3 mHz, with 6 points per logarithmic decade, with the use of an amplitude of 10 mV. Special attention was paid to guarantee stability, linearity, causality and finitude, in order to obtain reliable and valid impedance data. The EIS response was only recorded when it was detected that the variation of the current was <± 10 pA during a period of at least one hour. The time of a full impedance scan was approximately 19 minutes. The linearity was verified by real-time monitoring of the non-distortions in the Lissajous plots, which were observed by means of an oscilloscope connected in line. The causality was assured, since spurious (noisy) data were not recorded when recording the EIS. The validity of the data was verified with the use of the Kramers-Kronig transformations. After the corresponding EIS measurements, CVs were recorded in 2 cycles at 1 mV s-1, in a potential range of -0.450 to 0.450 V versus Ag / AgCl. Only the second cycle of the CV is reported here. No correction of the IR drop was established for the experiments performed here.

Análisis de la concentración de H2O2Analysis of H2O2 concentration

Se empleó un método espectrofotométrico para determinar la concentración de H2O2 en solución, según lo descrito por Aryal & Liakopoulou-Kyriakides 2013, 3:117. El reactivo A se preparó mediante mezcla de 33 g de KI, 1 g de NaOH y 0.1 g de (NH4)6Mo7O24'4H2O en 500 mL de agua desionizada. Esta solución se mantuvo en condiciones oscuras para inhibir la oxidación de I. El reactivo B se preparó con 10 g de KHP disueltos en 500 mL de agua desionizada. La curva de calibración estándar (no mostrada) se preparó a partir de concentraciones conocidas de H2O2 de 0 a 3 mg L-1, disueltas en el mismo electrolito usado para los experimentos, sin cerio. Se realizó un análisis adicional mediante toma con pipeta de 3.0 mL del reactivo A, 3.0 mL del reactivo B y 3.0 de la muestra estándar en un vaso de precipitados. Se permitió que el contenido de la mezcla reaccionara durante 5 minutos, antes de leer la absorbancia de la solución a 351 nm [GSI Scientific Report. (2009) Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, 2010-1].A spectrophotometric method was used to determine the concentration of H2O2 in solution, as described by Aryal & Liakopoulou-Kyriakides 2013, 3: 117. Reagent A was prepared by mixing 33 g of KI, 1 g of NaOH and 0.1 g of (NH4) 6Mo7O24'4H2O in 500 mL of deionized water. This solution remained in conditions dark to inhibit oxidation of I. Reagent B was prepared with 10 g of KHP dissolved in 500 mL of deionized water. The standard calibration curve (not shown) was prepared from known concentrations of H2O2 from 0 to 3 mg L-1, dissolved in the same electrolyte used for the experiments, without cerium. Further analysis was performed by pipetting 3.0 mL of Reagent A, 3.0 mL of Reagent B and 3.0 of the standard sample into a beaker. The content of the mixture was allowed to react for 5 minutes, before reading the absorbance of the solution at 351 nm [GSI Scientific Report. (2009) Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, 2010-1].

Las concentraciones calculadas de H2O2 son el promedio de los resultados cuantitativos obtenidos con 5 curvas de calibración promediadas, descritas por la siguiente ecuación:The calculated concentrations of H2O2 are the average of the quantitative results obtained with 5 averaged calibration curves, described by the following equation:

Figure imgf000019_0001
Figure imgf000019_0001

Donde Ch2O2 se refiere a la concentración de peróxido de hidrógeno (mg L-1) y A351 denota la absorbancia registrada a 351 nm.Where Ch2O2 refers to the concentration of hydrogen peroxide (mg L-1) and A351 denotes the absorbance recorded at 351 nm.

Además de las concentraciones conocidas, se obtuvieron muestras problemáticas después de los experimentos de caracterización electroquímica y se analizaron mediante el mismo procedimiento que las estándar.In addition to the known concentrations, problematic samples were obtained after the electrochemical characterization experiments and analyzed by the same procedure as the standard ones.

Difracción de rayos XX-ray diffraction

Se realizaron experimentos de difracción de rayos X (DRX) con el uso del difractómetro PANalytical X'Pert Pro con CuKa (A = 1.5405Á) a 40kV. Las condiciones fueron: 4seg/etapa; etapa = 0.04° y barrido continuo. Los precipitados húmedos se colocaron sobre un monocristal. Las muestras se midieron tanto en húmedo como en seco. Dado que no hubo variaciones importantes entre ellos, sólo se informan aquí los valores relativos a las muestras secas.X-ray diffraction (XRD) experiments were performed with the PANalytical X'Pert Pro diffractometer with CuKa (A = 1.5405Á) at 40kV. The conditions were: 4sec / stage; stage = 0.04 ° and continuous sweep. The wet precipitates were placed on a monocrystal. The samples were measured both wet and dry. Since there were no important variations between them, only the values relative to the dry samples are reported here.

La identificación de las fases cristalinas se hizo por comparación con la base de datos. El tamaño del cristalito (D) se calculó con el uso de la ecuación de Scherrer (Ec. 8):The identification of the crystalline phases was made by comparison with the database. The crystallite size (D) was calculated with the use of the Scherrer equation (Eq. 8):

Figure imgf000019_0002
Figure imgf000019_0002

donde B es la constante Scherrer (0.89), A es la longitud de onda del haz de rayos X (1.5405Á), pv2 es el ancho completo a la mitad del máximo del pico de difracción y 9 es el ángulo de difracción.where B is the Scherrer constant (0.89), A is the wavelength of the X-ray beam (1.5405Á), pv 2 is the full width at half the maximum of the diffraction peak and 9 is the diffraction angle.

Las soluciones acuosas independientes con concentraciones fijas de NaCl y acetato de sodio (CHsCOONa) se complementaron con concentraciones variables de Ce(NOa)3-6H2O (específicamente 0 mg.L-1, 100 mg.L-1, 500 mg.L-1, 1000 mg.L-1, 2000 mg.L-1, 3000 mg.L-1, 5000 mg.L-1, y 10000 mg.L-1, respectivamente). El pH de cada electrolito se fijó en 2.7, con HCl. En todos los casos se formó una solución incolora. A dichos cátodos se les aplicó un potencial constante de -0.350 V frente a Ag/AgCl (3M de KCl). En el compartimiento de gases, se suministró N2 o aire para cada experimento independiente, a una tasa de flujo constante (~400 mL.min-1). En estas condiciones de funcionamiento se evita la electrólisis del agua; sin embargo, cuando se suministra aire a través del GDE, el O2 se reduce electroquímicamente a H2O2, en función de la disponibilidad de protones y electrones.Independent aqueous solutions with fixed concentrations of NaCl and sodium acetate (CHsCOONa) were supplemented with varying concentrations of Ce (NOa) 3-6H2O (specifically 0 mg.L-1, 100 mg.L-1, 500 mg.L- 1, 1000 mg.L-1, 2000 mg.L-1, 3000 mg.L-1, 5000 mg.L-1, and 10000 mg.L-1, respectively). The pH of each electrolyte was set at 2.7, with HCl. In all cases, a colorless solution was formed. To these cathodes a constant potential of -0.350 V was applied to Ag / AgCl (3M of KCl). In the gas compartment, N2 or air was supplied for each independent experiment, at a constant flow rate (~ 400 mL.min-1). Under these operating conditions the electrolysis of water is avoided; However, when air is supplied through the GDE, the O2 is reduced electrochemically to H2O2, depending on the availability of protons and electrons.

La solución general se consideró electroneutra antes de aplicar la polarización electroquímica. Dada la alta concentración de NaCl, es poco probable que se produzca el transporte de iones por migración.The general solution was considered electroneutral before applying electrochemical polarization. Given the high concentration of NaCl, the transport of ions by migration is unlikely.

Tan pronto como la polarización eléctrica se aplicó al cátodo, se desarrolló un gradiente de potencial electroquímico a través de la semicelda. Dado que los gradientes de concentración estaban inicialmente ausentes, el transporte de algunos iones cargados positivamente se condujo probablemente desde la solución en equilibrio hacia la superficie del cátodo poroso, los cuales se capturaron así por la electrosorción modulada por potenciales y se almacenaron capacitivamente en la parte difusa de la doble capa eléctrica.As soon as the electric polarization was applied to the cathode, a gradient of electrochemical potential was developed through the half cell. Since the concentration gradients were initially absent, the transport of some positively charged ions was probably conducted from the solution in equilibrium to the surface of the porous cathode, which was thus captured by the potential-modulated electrosorption and was capacitively stored in the diffuse of the double electric layer.

La Figura 2 muestra el grado de transporte de los iones Ce3+ (eficiencia de eliminación en %) de la solución a granel en presencia de N2 que se suministra a través del cátodo de difusión de gases y en ausencia de gas oxidante. La eficiencia de eliminación (%) se calculó en función del contenido inicial de Ce3+ en solución (Cej,i / mg):Figure 2 shows the degree of transport of the Ce3 + ions (removal efficiency in%) of the bulk solution in the presence of N2 that is supplied through the gas diffusion cathode and in the absence of oxidizing gas. The elimination efficiency (%) was calculated based on the initial content of Ce3 + in solution (Cej, i / mg):

r e m c/7 - Ct í Ct j X 100% Ec .9remc / 7 - Ct í Ct j X 100% Ec .9

1 ‘ C 1 'C

Cejf (mg) representa el contenido final de Ce3+ en solución.Cejf (mg) represents the final content of Ce3 + in solution.

Cuando no se suministró Ce3+ en la matriz acuosa (0 ppm), como consecuencia del gradiente de concentración inicial establecido, el transporte de Na+ dentro de la microestructura del electrodo poroso puede haberse prolongado por difusión al resto de la porosidad del electrodo. No obstante, el Na+ estaba disponible en su concentración más alta en volumen. En conjunto, esto establece la difusión desde el volumen a la EDL en la porosidad global del GDE como la etapa limitante de la velocidad para el transporte de Na+ hasta que se alcanzó un equilibrio dinámico.When Ce3 + was not supplied in the aqueous matrix (0 ppm), as a consequence of the established initial concentration gradient, the transport of Na + within the microstructure of the porous electrode may have been prolonged by diffusion to the rest of the porosity of the electrode. However, Na + was available at its highest concentration high in volume. Together, this establishes the diffusion from the volume to the EDL in the global porosity of the GDE as the limiting stage of the speed for Na + transport until a dynamic equilibrium was reached.

La Figura 3 muestra la respuesta electroquímica obtenida para los experimentos donde se no suministró gas oxidante a través del electrodo de difusión de gases y sólo se proporcionó N2. Figura 3a : Respuesta de frecuencia obtenida por Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIS) registrada a una amplitud de 20 mV, en el intervalo de frecuencia de 100 kHz a 3 mHz. La Figura 3b muestra la respuesta de voltametría cíclica obtenida a una velocidad de barrido de 1 mV.s-1. Las Figuras 3c y d muestran las respuestas típicas de EIS para la limitación difusional a través de una película de grosor infinito (izquierda) y las limitaciones por difusión finita a través de una película con cantidad fija de sustancia electroactiva, que una vez consumida no se repone en el electrodo o sólo se repone muy lentamente (derecha). La Figura 3e muestra unas respuestas típicas de CV capacitivo y pseudocapacitivo.Figure 3 shows the electrochemical response obtained for the experiments where no oxidizing gas was supplied through the gas diffusion electrode and only N2 was provided. Figure 3a: Frequency response obtained by Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) recorded at an amplitude of 20 mV, in the frequency range from 100 kHz to 3 mHz. Figure 3b shows the cyclic voltammetry response obtained at a scanning speed of 1 mV.s-1. Figures 3c and d show the typical EIS responses for diffusional limitation through a film of infinite thickness (left) and limitations by finite diffusion through a film with a fixed amount of electroactive substance, which once consumed is not replaced in the electrode or it is only replaced very slowly (right). Figure 3e shows typical responses of capacitive and pseudocapacitive CV.

En la Figura 3, los símbolos que se muestran a continuación se relacionan con los experimentos indicados:In Figure 3, the symbols shown below are related to the indicated experiments:

° ti, Cc e 3+,i = 0 mg.L-1 Ce3+.° ti, C ce 3 +, i = 0 mg.L-1 Ce3 +.

tf, Cc e 3+,i = 0 mg.L-1 Ce3+.t f , C ce 3 +, i = 0 mg.L-1 Ce3 +.

A to, Cc e 3+,i =10 g.L-1 Ce3+.A t o , C ce 3 +, i = 10 gL-1 Ce3 +.

t, Cc e 3+,i = 10 g.L-1 Ce3+.t, C ce 3 +, i = 10 gL-1 Ce3 +.

La respuesta de frecuencia para este caso, obtenida por espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS), se encontró que es típica de la difusión lineal semiinfinita (ver Fig. 3a), es decir, difusión sin restricciones al cátodo poroso grande. En el intervalo de alta frecuencia, EIS presentó un cambio de un comportamiento típico del elemento de fase constante (al principio del experimento) a un comportamiento de resistencia de pseudotransferencia (al final del experimento) que es característico de la porosidad ocluida [Kaiser y otros (1976) Electrochim. Acta, 21, 539]. La respuesta en la voltametría cíclica (ver Figura 3b) es característica de los electrodos porosos con comportamiento pseudocapacitivo (ver Fig. 3c), lo que confirma el almacenamiento capacitivo de Na+ [Yang y otros, 2003, J Electroanal Chem 540:159]; no obstante, el proceso general está limitado por la difusión. Aunque algo de Na+ se considera efectivamente adsorbido electrostáticamente, prácticamente no se observaron cambios en su concentración aparente (vista como conductividad) debido a la proporción entre la pequeña cantidad de iones que pueden realmente electrosorberse en la EDL y los que están excesivamente disponibles en la matriz acuosa.The frequency response for this case, obtained by electrochemical impedance spectroscopy (EIS), was found to be typical of the semiinfinite linear diffusion (see Fig. 3a), ie, unrestricted diffusion to the large porous cathode. In the high frequency range, EIS showed a change from a typical behavior of the constant phase element (at the beginning of the experiment) to a resistance pseudotransference behavior (at the end of the experiment) that is characteristic of the occluded porosity [Kaiser et al. (1976) Electrochim. Acta, 21, 539]. The response in cyclic voltammetry (see Figure 3b) is characteristic of porous electrodes with pseudo-capacitive behavior (see Fig. 3c), confirming the capacitive storage of Na + [Yang et al., 2003, J Electroanal Chem 540: 159]; however, the general process is limited by diffusion. Although some Na + is considered effectively electrostatically adsorbed, virtually no changes in its apparent concentration (seen as conductivity) were observed due to the ratio between the small amount of ions that can actually be electrosorbed in the EDL and those that are excessively available in the matrix watery

Por el contrario, para los casos complementados con Ce3+ (4 mg a 403 mg de Ce3+, correspondientes a las concentraciones de Ce(NO3)3 antes mencionadas de 100 ppm a 10000 ppm), se observó que la respuesta de frecuencia es distintiva de las limitaciones por difusión finita a través de una película con cantidad fija de sustancia electroactiva, que una vez consumida no se repone en el electrodo o sólo se repone muy lentamente (ver Fig. 3a). Aunque la Figura 3 sólo presenta los datos de EIS y CV obtenidos para los sistemas sin Ce(NO3)3'6H2O o los complementados con 10 g.L-1 de Ce(NO3)3-6H2O, el comportamiento electroquímico es representativo de todos los casos en los que el N2-fluye en el compartimiento del gas catódico y en los que el electrolito se complementa con Ce3+ incluso en concentraciones tan bajas como 100 mg.L-1 de Ce(NO3)3-6H2O.On the other hand, for cases supplemented with Ce3 + (4 mg to 403 mg of Ce3 +, corresponding to the aforementioned Ce (NO3) 3 concentrations of 100 ppm to 10000 ppm), it was observed that the frequency response is distinctive of the limitations by finite diffusion through a film with a fixed amount of electroactive substance, which once consumed does not replenish the electrode or only replenishes very slowly (see Fig. 3a). Although Figure 3 only presents the EIS and CV data obtained for systems without Ce (NO3) 3'6H2O or those supplemented with 10 gL-1 of Ce (NO3) 3-6H2O, the electrochemical behavior is representative of all cases in which the N2-flows in the cathodic gas compartment and in which the electrolyte is supplemented with Ce3 + even in concentrations as low as 100 mg.L-1 of Ce (NO3) 3-6H2O.

El pH y la conductividad se monitorearon en el catolito, al principio y al final de los experimentos. Para los casos donde se suministró N2 (Resultado 1), el pH inicial de 2.7 para cada experimento individual aumentó en aproximadamente 0.3±0.18 al final de los experimentos, mientras que disminuyó ligeramente en función de la concentración (en ningún caso disminuyó por debajo de 2.8±0.2). La conductividad inicial para el caso sin Ce3+ (es decir, 30 g.L-1 NaCl 10 mM de acetato de sodio) fue 49.7±0.6 y se mantuvo casi estable al final de los experimentos (50.1±0.3). Esto muestra que prácticamente no se puede lograr ninguna variación en la concentración de NaCl a concentraciones tan altas de NaCl. Para los casos con Ce3+, se observó un aumento ordinario de la conductividad en función de la concentración, antes de la polarización. En este caso, la conductividad disminuyó ligeramente después de aplicar el tratamiento de polarización, en concordancia con las eficiencias de eliminación observadas en la Figura 2; es decir, al final de cada experimento la conductividad correspondía aproximadamente a la del NaCl de 30 mg.L-1 solo.The pH and conductivity were monitored in the catholyte, at the beginning and end of the experiments. For the cases where N2 was supplied (Result 1), the initial pH of 2.7 for each individual experiment increased by approximately 0.3 ± 0.18 at the end of the experiments, while it decreased slightly as a function of concentration (in no case did it decrease below 2.8 ± 0.2). The initial conductivity for the case without Ce3 + (ie 30 g.L-1 NaCl 10 mM sodium acetate) was 49.7 ± 0.6 and remained almost stable at the end of the experiments (50.1 ± 0.3). This shows that practically no variation in NaCl concentration can be achieved at such high concentrations of NaCl. For cases with Ce3 +, an ordinary increase in conductivity was observed as a function of concentration, before polarization. In this case, the conductivity decreased slightly after applying the polarization treatment, in agreement with the elimination efficiencies observed in Figure 2; that is, at the end of each experiment the conductivity corresponded approximately to that of NaCl of 30 mg.L-1 alone.

Para el sistema donde N2 pasó a través del GDE, la eficiencia promedio de eliminación de Ce3+ fue 25.42 ±12.14 % (ver Fig. 2). En ausencia de oxígeno u otros gases oxidantes, se cree que la cantidad eliminada de iones metálicos (Ce3+) es capturada en la estructura porosa del electrodo, principalmente por intercambio iónico en las funcionalidades de la superficie que contenían grupos de Cl, S y O, caracterizado por microscopía electrónica de barrido y espectroscopía dispersiva de rayos X con energía.For the system where N2 passed through the GDE, the average efficiency of elimination of Ce3 + was 25.42 ± 12.14% (see Fig. 2). In the absence of oxygen or other oxidizing gases, it is believed that the amount of metal ions (Ce3 +) removed is captured in the porous structure of the electrode, mainly by ion exchange in the surface functionalities containing groups of Cl, S and O, characterized by scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy.

El O2 se suministró como gas oxidante a través del cátodo de difusión de gasesO2 was supplied as an oxidizing gas through the gas diffusion cathode

También se emplearon electrodos de difusión de gases laminados en frío (GDE) VITO CORE™, fabricados con carbón activado poroso (NORIT SX 1G). El área superficial específica para el polvo del que se hacen los electrodos es de aproximadamente 1000 m2.g_1. Una vez conformada en forma de electrodo poroso, la capa activa de carbono tiene típicamente un área superficial específica, medida según el método BET, de entre 621 m2.g_1 a 745 m2.g_ 1(Alvarez-Gallego y otros 2012 Electrochim Acta 82:415, Sharma y otros, 2014 Electrochimica Acta 140191) La Figura 4 muestra el grado de transporte de los iones Ce3+ (eficiencia de eliminación en %) de la solución a granel en presencia de O2 como gas oxidante que se suministra a través del cátodo de difusión de gases y que fluye a través del compartimiento de gases y se difunde a través del electrodo de difusión de gases. En este caso, aproximadamente la cantidad total de Ce3+ se eliminó de la solución (promedio 99.47±0.53 %), como se muestra en la Figura 4. Contrariamente al caso anterior, la eficiencia de la eliminación no aumenta en función de la concentración de metal en la solución, lo que indica que la adsorción por intercambio iónico no es el fenómeno predominante como en un caso clásico de electrosorción (ver el resultado 1).We also used VITO CORE ™ cold rolled gas diffusion electrodes (GDE), manufactured with porous activated carbon (NORIT SX 1G). The specific surface area for the powder from which the electrodes are made is approximately 1000 m2.g_1. Once formed in the form of a porous electrode, the active layer of carbon typically has a specific surface area, measured according to the BET method, of between 621 m2.g_1 to 745 m2.g_ 1 (Alvarez-Gallego and others 2012 Electrochim Acta 82: 415, Sharma et al., 2014 Electrochimica Acta 140191) Figure 4 shows the degree of transport of the Ce3 + ions (removal efficiency in%) of the bulk solution in the presence of O2 as the oxidizing gas which is supplied through the gas diffusion cathode and which flows through the compartment. gases and diffuses through the gas diffusion electrode. In this case, approximately the total amount of Ce3 + was removed from the solution (average 99.47 ± 0.53%), as shown in Figure 4. Contrary to the previous case, the elimination efficiency does not increase as a function of the metal concentration in the solution, which indicates that ion exchange adsorption is not the predominant phenomenon as in a classic case of electrosorption (see result 1).

La eficiencia de eliminación cuando se suministra O2 a través del cátodo de difusión de gases fue mucho más significativa que en el caso en que sólo se suministró N2.The removal efficiency when O2 is supplied through the gas diffusion cathode was much more significant than in the case where only N2 was supplied.

No sólo tuvo lugar la eliminación de iones Ce3+ de la solución, sino que además se formó una fase sólida estable. La Figura 5 muestra la eficiencia de recuperación (%) de los iones Ce3+ transformados en un producto sólido recuperado como precipitado después de liberarse del electrodo y sedimentarse en solución, en presencia de O2 como gas oxidante suministrado a través del cátodo de difusión de gases, sobre la base del peso seco del producto recuperado.Not only did the removal of Ce3 + ions from the solution take place, but a stable solid phase was also formed. Figure 5 shows the recovery efficiency (%) of the Ce3 + ions transformed into a solid product recovered as a precipitate after being released from the electrode and sedimented in solution, in the presence of O2 as the oxidizing gas supplied through the gas diffusion cathode, on the basis of the dry weight of the recovered product.

La fase sólida está compuesta de nanocristales isotrópicos de CeO2 identificados por la XRD y la evidencia microscópica descrita más adelante, que precipitaron en la interfase entre los electrodos porosos de difusión de gases de carbón activado (GDE) y el electrolito acuoso adyacente. Inicialmente se identificaron como nano partículas coloidales dispersas en solución, que se agregaron y precipitaron a medida que el proceso mantiene su curso. Algunas de estas se liberan en el electrolito a granel, mientras que otros permanecen adheridos al electrodo y sólo se liberan después de detener o revertir la polarización eléctrica.The solid phase is composed of isotropic nanocrystals of CeO2 identified by the XRD and the microscopic evidence described below, which precipitated at the interface between the porous electrodes of activated carbon gas (GDE) diffusion and the adjacent aqueous electrolyte. Initially they were identified as nano colloidal particles dispersed in solution, which were added and precipitated as the process maintained its course. Some of these are released into the bulk electrolyte, while others remain attached to the electrode and are only released after stopping or reversing the electrical polarization.

Se obtuvieron mayores porcentajes de recuperación a concentraciones más bajas de Ce3+. Cabe señalar que las bajas eficiencias de recuperación no se deben a las bajas tasas de conversión. La descarga de las nano partículas cristalinas no se realizó por otros medios que no fueran la inversión del flujo. Aquellas nano partículas que pudieron recogerse dentro de ese tiempo de inversión son las que se cuantificaron. En este caso, la inversión de polarización aumenta la recuperación.Higher recovery percentages were obtained at lower concentrations of Ce3 +. It should be noted that the low recovery efficiencies are not due to the low conversion rates. The discharge of the crystalline nanoparticles was not carried out by other means than the inversion of the flow. Those nano particles that could be collected within that investment time are those that were quantified. In this case, polarization inversion increases recovery.

Se cree además que los intermediarios, los subproductos (por ejemplo, una forma adsorbida de superóxido O2m'(ads)) y H2O2 electrosintetizado desempeñan una función. Se encontró que el comportamiento de EIS es típico de las reacciones farádicas (transferencia de carga) acopladas por intermediarios adsorbidos (Wu y otros 2012 Chem Rev, 112:3959), como se observa en Fig. 6a. La respuesta del CV (Fig. 6b) indicó además que el proceso limitante en el GDE a -0.350 V frente a Ag/AgCl ya no fue el almacenamiento capacitivo de iones o electrosorción solamente, sino una reducción electrocatalítica, presumiblemente una reducción de O2 a H2O2. Esto constituye parte de la prueba de que el proceso de formación de los nano cristales no ocurre en la solución como resultado de cambios en el pH, sino en la porosidad del electrodo como consecuencia de las reacciones electrocatalíticas, como se observa en la respuesta característica de EIS limitante de la velocidad para la adsorción que se vincula a la formación de intermediarios de superóxidos en materiales de carbono. Esta última respuesta no se observa específicamente cuando se incorporan catalizadores metálicos no porosos en el electrodo de difusión de gases, ya que en ese caso el mecanismo no implica la adsorción de tales radicales superóxidos que desencadenan condiciones de supersaturación dentro de los poros del material electroquímicamente activo del electrodo.It is further believed that intermediates, by-products (for example, an adsorbed form of superoxide O 2 m ' ( ads)) and electrosynthesized H2O2 play a role. It was found that the behavior of EIS is typical of faradic reactions (charge transfer) coupled by adsorbed intermediates (Wu and other 2012 Chem Rev, 112: 3959), as seen in Fig. 6a. The response of the CV (Fig. 6b) also indicated that the limiting process in the GDE at -0.350 V versus Ag / AgCl was no longer the capacitive storage of ions or electrosorption alone, but an electrocatalytic reduction, presumably a reduction of O2 to H2O2. This is part of the proof that the nano-crystal formation process does not occur in the solution as a result of changes in pH, but in the porosity of the electrode as a consequence of electrocatalytic reactions, as observed in the characteristic response of EIS speed limitation for adsorption that is linked to the formation of superoxide intermediates in carbon materials. This latter response is not specifically observed when incorporating non-porous metal catalysts in the gas diffusion electrode, since in that case the mechanism does not involve the adsorption of such superoxide radicals that trigger supersaturation conditions within the pores of the electrochemically active material of the electrode.

La Figura 6 muestra la respuesta electroquímica obtenida para los experimentos en los que se suministró aire a través del electrodo de difusión de gases :Figure 6 shows the electrochemical response obtained for the experiments in which air was supplied through the gas diffusion electrode:

La Figura 6a muestra la respuesta de frecuencia obtenida por Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIS) registrada a una amplitud de 20 mV, en el intervalo de frecuencia de 100 kHz a 3 mHz.Figure 6a shows the frequency response obtained by Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) recorded at an amplitude of 20 mV, in the frequency range from 100 kHz to 3 mHz.

La Figura 6b muestra la respuesta de voltametría cíclica obtenida a una velocidad de barrido de 1 mV.s-1.Figure 6b shows the cyclic voltammetry response obtained at a scanning speed of 1 mV.s-1.

Las Figuras 6c y d muestran las respuestas EIS típicas para los procesos limitados por adsorción vinculados a las reacciones de transferencia de carga.Figures 6c and d show the typical EIS responses for the adsorption-limited processes linked to the charge transfer reactions.

Los símbolos de la Figura 6 tienen el siguiente significado:The symbols in Figure 6 have the following meaning:

o ti, Cce3+,i = 0 mg.L-1 Ce3+.or you, Cce 3 +, i = 0 mg.L-1 Ce3 +.

tf, Cce3+,i = 0 mg.L-1 Ce3+.tf, Cce 3 +, i = 0 mg.L-1 Ce3 +.

A to, Cce3+ i = 10 g.L-1 Ce3+.A to, Cce 3 + i = 10 gL-1 Ce3 +.

t, Cce3+,i = 10 g.L-1 Ce3+.t, Cce 3 +, i = 10 gL-1 Ce3 +.

La Figura 7 muestra el tamaño del cristalito y el parámetro de red encontrado para las diferentes concentraciones iniciales de Ce3+ estudiadas.Figure 7 shows the size of the crystallite and the network parameter found for the different initial concentrations of Ce3 + studied.

La Figura 7a muestra el tamaño del cristalito (220) para CeO2 y NaCl. Figure 7a shows the size of the crystallite (220) for CeO2 and NaCl.

La Figura 7b muestra el parámetro de red de CeO2 y NaCl. Hubo un límite de detección para ambos parámetros en Ce por debajo de 20 mg.Figure 7b shows the network parameter of CeO2 and NaCl. There was a limit of detection for both parameters in Ce below 20 mg.

La Figura 8 muestra la densidad de corriente en estado estacionario en función del tiempo para diferentes cátodos de difusión de gases reductores de oxígeno, con y sin catalizador de CeO2 después de 120 minutos de producción electrocatalítica de peróxido de hidrógeno. N: Norit, V: Vulcano-Norit, AB: Acetileno Negro-Norit. Todos los electrodos estaban compuestos de una combinación de mezcla de 80 % de carbono y 20 % de polímero (PVDF). Figure 8 shows the steady-state current density as a function of time for different oxygen-reducing gas diffusion cathodes, with and without CeO2 catalyst after 120 minutes of electrocatalytic production of hydrogen peroxide. N: Norit, V: Vulcan-Norit, AB: Acetylene Black-Norit. All the electrodes were composed of a mixture of 80% carbon and 20% polymer (PVDF).

El tamaño del cristal del producto cristalino varió en gradiente en función de la concentración inicial de Ce3+, pero además proporcionalmente a la concentración de H2O2 encontrada en la solución (Figura 7a). A concentraciones más bajas de Ce3+ el tamaño del cristal de CeO2 es menor, mientras que a medida que la concentración aumenta, el tamaño del cristal es mayor. El tamaño promedio del cristal para CeO2 fue 3.5±0.337 nm, mientras que para NaCl fue 45.1275±0.337. Esto hace posible aún más separación, ya sea por redisolución de NaCl con un pH donde el CeO2 es todavía estable, por ejemplo, pH >10, o por exclusión de tamaño (por ejemplo, por cribado) después del secado. Los parámetros de red observados en la Figura 7b variaron además en función de la concentración inicial del ión Ce3+ y proporcionalmente a la concentración de H2O2 encontrada en la solución. Es posible que Ce3+ desempeñe una función cocatalítica en la electrosíntesis del propio H2O2.The crystal size of the crystalline product varied in a gradient depending on the initial concentration of Ce3 +, but also proportionally to the concentration of H2O2 found in the solution (Figure 7a). At lower concentrations of Ce3 + the size of the CeO2 crystal is smaller, while as the concentration increases, the size of the crystal is larger. The average crystal size for CeO2 was 3.5 ± 0.337 nm, while for NaCl it was 45.1275 ± 0.337. This makes possible further separation, either by redissolution of NaCl with a pH where the CeO2 is still stable, for example, pH> 10, or by size exclusion (for example, by screening) after drying. The network parameters observed in Figure 7b also varied according to the initial concentration of the Ce3 + ion and proportionally to the concentration of H2O2 found in the solution. It is possible that Ce3 + plays a cocatalytic role in the electrosynthesis of H2O2 itself.

La Figura 8 muestra micrografías electrónica de transmisión que evidencian la morfología característica de las nano partículas de CeO2 con tamaños de cristalito que coinciden con los obtenidos porXRD.Figure 8 shows transmission electron micrographs showing the characteristic morphology of the CeO2 nanoparticles with crystallite sizes that coincide with those obtained by XRD.

La Figura 9 muestra micrografías electrónicas de transmisión que evidencian la agregación de las pequeñas nano partículas cristalinas de la Figura 8 en nano partículas de mayor tamaño.Figure 9 shows transmission electron micrographs showing the aggregation of the small crystalline nanoparticles of Figure 8 into larger nanoparticles.

Las Figuras 8 y 9 de hecho muestran huellas digitales características de los materiales formados por el método de esta invención, cuyas propiedades pueden reajustarse a medida que se proporcionen variaciones controladas en las condiciones físicoquímicas o electroquímicas.Figures 8 and 9 in fact show characteristic fingerprints of the materials formed by the method of this invention, whose properties can be readjusted as controlled variations in physicochemical or electrochemical conditions are provided.

Para liberar los nano cristales de la capa electroquímicamente activa del electrodo de difusión de gases, pueden usarse varias técnicas. Las técnicas adecuadas incluyen la inversión de la polaridad del electrodo y la aceleración de la tasa de flujo del electrolito. El hecho de que estas técnicas causen la liberación de los nanocristales en el catolito, es una prueba adicional de que el proceso tiene lugar en los poros de la capa electroquímicamente activa y no en la solución electrolítica. De hecho, al comparar el tamaño y la morfología del producto obtenido simplemente mediante cambio del pH del electrolito, la diferencia es clara. No se obtienen nano cristales y en su lugar es visible un producto amorfo apreciado por XRD. Además, el producto de nanocristal obtenido por esta invención muestra una morfología monodispersa característica similar a la espuma (ver Figura 12 y 14 HRTEM) mientras que el producto obtenido por simple adición de una base hasta que se alcanza un pH alcalino muestra una alta no uniformidad. To release the nano crystals from the electrochemically active layer of the gas diffusion electrode, various techniques can be used. Suitable techniques include reversing the polarity of the electrode and accelerating the electrolyte flow rate. The fact that these techniques cause the release of the nanocrystals in the catholyte is further proof that the process takes place in the pores of the electrochemically active layer and not in the electrolyte solution. In fact, when comparing the size and morphology of the product obtained simply by changing the pH of the electrolyte, the difference is clear. Nano crystals are not obtained and instead an amorphous product appreciated by XRD is visible. In addition, the nanocrystal product obtained by this invention shows a characteristic monodisperse morphology similar to the foam (see Figure 12 and 14 HRTEM) while the product obtained by simple addition of a base until an alkaline pH is reached shows a high non-uniformity .

Ejemplo 2.Example 2

Los electrodos independientes se probaron como cátodos de difusión de gases, en presencia de aire en el compartimiento de gases (para proporcionar O2 para su reducción a H2O2, sus iones o radicales poliatómicos). Los reactivos presentados en la Tabla A se disolvieron en agua desmineralizada y el pH de la solución se ajustó a 4 aproximadamente.The independent electrodes were tested as gas diffusion cathodes, in the presence of air in the gas compartment (to provide O2 for reduction to H2O2, its ions or polyatomic radicals). The reagents presented in Table A were dissolved in demineralized water and the pH of the solution adjusted to about 4.

Tabla A: Composición del catolito en agua desmineralizada.Table A: Composition of the catholyte in demineralized water.

Nombre químico Fórmula química Cantidad (mg.L-1) 1 Nitrato de Cerio hexahidratado Ce(NO3)3'6H2O 350Chemical Name Chemical Formula Quantity (mg.L-1) 1 Cerium Nitrate hexahydrate Ce (NO3) 3'6H2O 350

2 Nitrato de disprosio x hidratado Dy(NO3)3xH2O 802 Dysprosium Nitrate x hydrated Dy (NO3) 3xH2O 80

3 Nitrato de erbio pentahidratado Er(NO3)3'5H2O 533 Erbium nitrate pentahydrate Er (NO3) 3'5H2O 53

4 Nitrato de europio pentahidratado Eu(NO3)3'5H2O 64 Europium nitrate pentahydrate Eu (NO3) 3'5H2O 6

5 Nitrato de gadolinio hexahidratado Gd(NO3)3'6H2O 59Gadolinium Nitrate hexahydrate Gd (NO3) 3'6H2O 59

6 Nitrato de holmio pentahidratado Ho(NO3)3'5H2O 186 Holmium nitrate pentahydrate Ho (NO3) 3'5H2O 18

7 Nitrato de lantano hexahidratado La(NO3)3'6H2O 1597 Lanthanum nitrate hexahydrate La (NO3) 3'6H2O 159

8 Nitrato de lutecio hidratado Lu(NO3)3xH2O 68 Lutetium nitrate hydrated Lu (NO3) 3xH2O 6

9 Nitrato de neodimio hexahidratado Nd(NO3)3'6H2O 2069 Neodymium Nitrate hexahydrate Nd (NO3) 3'6H2O 206

10 Nitrato de praseodimio hexahidratado Pr(NO3)3'6H2O 51 10 Praseodymium nitrate hexahydrate Pr (NO3) 3'6H2O 51

11 Nitrato de samario hexahidratado Sm(NO3)3- 6H2O 53 12 Nitrato de terbio hexahidratado Tb(NO3)3'6H2O 12 13 Nitrato de tulio pentahidratado Tm(NO3)3'5H2O 8 14 Nitrato de itrio hexahidratado Y(NO3)3'6H2O 536 15 Nitrato de iterbio pentahidratado Yb(NO3)3'5H2O 5011 Samarium nitrate hexahydrate Sm (NO3) 3-6H2O 53 12 Nitrate of terbium hexahydrate Tb (NO3) 3'6H2O 12 13 Nitrate of thulium pentahydrate Tm (NO3) 3'5H2O 8 14 Nitrate of yttrium hexahydrate Y (NO3) 3 ' 6H2O 536 15 Ytterbium nitrate pentahydrate Yb (NO3) 3'5H2O 50

Además, se suministraron y disolvieron 30 g/L de NaCl. El volumen operativo del catolito en cada experimento fue 125 ml.In addition, 30 g / L NaCl was supplied and dissolved. The operating volume of the catholyte in each experiment was 125 ml.

La concentración de los diferentes metales se analizó cuantitativamente mediante ICP-MS.The concentration of the different metals was analyzed quantitatively by ICP-MS.

El proceso se aplicó a polarización constante a -0.350 mv frente al electrodo de referencia referido anteriormente por un período de 2 horas. Después de unos pocos minutos de procesamiento (<20 min), el color del electrolito cambió progresivamente de transparente a blanco en una fase turbia apreciable. El proceso mostró un cambio gradual en el pH hasta 11. Las densidades de corriente superiores a 40 mA.cirr2 se registraron bajo las condiciones de polarización catódica constante. Después de que el proceso se detuvo, las partículas sólidas formadas se agregaron y sedimentaron, lo que dejó un medio líquido claro y una fase de precipitado sólido separable.The process was applied to constant polarization at -0.350 mV against the reference electrode referred to above for a period of 2 hours. After a few minutes of processing (<20 min), the color of the electrolyte progressively changed from clear to white in an appreciable cloudy phase. The process showed a gradual change in pH up to 11. Current densities greater than 40 mA.cirr2 were recorded under constant cathodic polarization conditions. After the process was stopped, the solid particles formed were added and sedimented, which left a clear liquid medium and a separable solid precipitate phase.

Se encontró que la mayor parte del contenido de metal se eliminó de la solución (Figura 10), es decir, >99.9 para todos los metales juntos, según se determinó por ICP-MS.It was found that most of the metal content was removed from the solution (Figure 10), ie,> 99.9 for all metals together, as determined by ICP-MS.

La Figura 10 muestra la eficiencia de eliminación (%) de los diferentes iones metálicos de la solución a granel en presencia de aire suministrado a través del cátodo de difusión de gases.Figure 10 shows the removal efficiency (%) of the different metal ions of the bulk solution in the presence of air supplied through the gas diffusion cathode.

Se obtuvo un concentrado cristalino mixto. En total, se recuperaron 91 mg de contenido sólido de REE, lo que corresponde aproximadamente a 25 % del contenido total de REE iónicos (disueltos) en la matriz acuosa original. Los productos aislados mostraron propiedades cristalinas que coinciden con tamaños de cristalito de 1.97 nm, 1.71 nm y 2.29 nm, respectivamente.A mixed crystalline concentrate was obtained. In total, 91 mg of REE solid content was recovered, which corresponds to approximately 25% of the total ionic (dissolved) REE content in the original aqueous matrix. The isolated products showed crystalline properties that coincide with crystallite sizes of 1.97 nm, 1.71 nm and 2.29 nm, respectively.

Ejemplo 3.Example 3

La composición del electrolito fue idéntica a la del ejemplo 1, pero se usó nitrato de lantano en lugar de nitrato de cerio, en concentraciones de 0 ppm, 100 ppm, 500 ppm, 1000 ppm y 5000 ppm.The electrolyte composition was identical to that of Example 1, but lanthanum nitrate was used instead of cerium nitrate, in concentrations of 0 ppm, 100 ppm, 500 ppm, 1000 ppm and 5000 ppm.

El pH y la conductividad iniciales de los catolitos que contienen las diferentes concentraciones del metal se describen en la Tabla b. El volumen operativo del catolito en cada experimento fue 125 ml.The initial pH and conductivity of the catholytes containing the different metal concentrations are described in Table b. The operating volume of the catholyte in each experiment was 125 ml.

Tabla B: Medición del pH y la conductividad de los catolitos con diferentes concentraciones de nitrato de lantano La(NO3)3-6H2O al inicio de la experimentación.Table B: Measurement of the pH and conductivity of the catholytes with different concentrations of lanthanum nitrate (NO3) 3-6H2O at the beginning of the experiment.

Concentración (ppm) 0 100 500 1000 5000 Catolito PH 2.54 2.15 2.70 2.78 2.76 Concentration (ppm) 0 100 500 1000 5000 Catolith PH 2.54 2.15 2.70 2.78 2.76

Conductividad (mS.cm-1) 51.0 51.6 50.4 50.3 52 Anolito PH 2.8 2.8 2.74 2.74 2.74 Conductivity (mS.cm-1) 51.0 51.6 50.4 50.3 52 Anolyte PH 2.8 2.8 2.74 2.74 2.74

Conductividad (mS.cm-1) 49.7 49.7 49.8 49.8 49.8 Conductivity (mS.cm-1) 49.7 49.7 49.8 49.8 49.8

La concentración de lantano se analizó cuantitativamente mediante ICP-MS.The concentration of lanthanum was analyzed quantitatively by ICP-MS.

Se formó una solución incolora al disolver los productos químicos. Se suministró aire al compartimiento de gases. Después de 2 h de procesamiento en condiciones de polarización constante de -0.350 V vs Ag/AgCl (3M de KCl), el color del electrolito permaneció transparente durante el experimento. Sin embargo, al detener la polarización e invertir el flujo, se liberó una turbidez blanca visible en el medio. La cantidad de producto liberada (o turbidez) corresponde a la concentración inicial de nitrato de lantano. Después de aproximadamente una hora, todo el producto turbio se había precipitado. Los cambios en el pH fueron similares a los observados en el catolito en el ejemplo 1, el pH del catolito aumentó significativamente al final de los experimentos en los que se suministró aire a través del compartimiento de difusión de gases. La conductividad y el pH del catolito y del anolito, permanecieron casi iguales. Una ligera disminución general en la conductividad de los catolitos podría debatirse. A colorless solution was formed by dissolving the chemicals. Air was supplied to the gas compartment. After 2 h processing under constant polarization conditions of -0.350 V vs. Ag / AgCl (3M KCl), the color of the electrolyte remained clear during the experiment. However, by stopping the polarization and reversing the flow, a visible white haze was released in the medium. The amount of product released (or turbidity) corresponds to the initial concentration of lanthanum nitrate. After about one hour, all the cloudy product had precipitated. The changes in pH were similar to those observed in the catholyte in Example 1, the pH of the catholyte increased significantly at the end of the experiments in which air was supplied through the gas diffusion chamber. The conductivity and pH of the catholyte and the anolyte remained almost the same. A slight overall decrease in the conductivity of the catholytes could be debated.

Tabla c: pH y conductividad de los catolitos para diferentes concentraciones de La(NOa)3-6H2O al final del experimento.Table c: pH and conductivity of the catholytes for different concentrations of La (NOa) 3-6H2O at the end of the experiment.

Concentración (ppm) 0 100 500 1000 5000 Catolito PH 11.5 12.47 11.62 11.8 5.37 Concentration (ppm) 0 100 500 1000 5000 Catolith PH 11.5 12.47 11.62 11.8 5.37

Conductividad (mS.cm-1) 49.1 49.9 51.6 50.7 47.4 Anolito PH 2.37 2.78 2.23 2.20 2.68 Conductivity (mS.cm-1) 49.1 49.9 51.6 50.7 47.4 Anolyte PH 2.37 2.78 2.23 2.20 2.68

Conductividad (mS.cm-1) 49.7 49.9 50.7 49.5 47.5 Conductivity (mS.cm-1) 49.7 49.9 50.7 49.5 47.5

La solución clara y el precipitado blanco sólido se separaron y analizaron. En todos los casos se había eliminado más de 99.9 % de lantano de la solución. Al analizar el precipitado blanco por DRX, el sólido producido mostró características de nano partículas cristalinas que coinciden con las de la burbankita y más específicamente con remondita de lantano, esto es Na3La3(CO3)3. Además, se detectó una fase amorfa.The clear solution and the solid white precipitate were separated and analyzed. In all cases, more than 99.9% of lanthanum had been removed from the solution. When analyzing the white precipitate by XRD, the produced solid showed characteristics of crystalline nanoparticles that coincide with those of burbankite and more specifically with lanthanum remondite, this is Na3La3 (CO3) 3. In addition, an amorphous phase was detected.

Ejemplo 4.Example 4

La composición del electrolito fue idéntica a la explicada, para el ejemplo 1, pero en lugar de nitrato de cerio, se suministró un ácido bórico en el catolito. La concentración de ácido bórico se mantuvo constante en todos los experimentos (5 g.L-1). Se evaluó el efecto del potencial de polarización. Se compararon los siguientes potenciales frente al electrodo de referencia: -0.350 V,-0.550 V, -0.750 V, -0.950 V. El volumen operativo del catolito en cada experimento fue de 125 mL.The composition of the electrolyte was identical to that explained, for Example 1, but instead of cerium nitrate, a boric acid was supplied in the catholyte. The concentration of boric acid was kept constant in all experiments (5 g.L-1). The effect of the polarization potential was evaluated. The following potentials were compared to the reference electrode: -0.350 V, -0.550 V, -0.750 V, -0.950 V. The operating volume of the catholyte in each experiment was 125 mL.

Tabla D: pH y conductividad del catolito al inicio de la experimentación a diferentes potenciales del cátodo.Table D: pH and conductivity of the catholyte at the beginning of the experiment at different cathode potentials.

Potencial aplicado (V vs Ag/AgCl 3Applied potential (V vs Ag / AgCl 3

M de KCl) -0.150 -0.350 -0.550 -0.750 -0.950 Catolito pH 2.67 2.63 2.51 2.51 2.76 M of KCl) -0.150 -0.350 -0.550 -0.750 -0.950 Catolito pH 2.67 2.63 2.51 2.51 2.76

Conductividad (mS.cm-1) 47.1 47.4 47.2 47.4 46.9 Anolito pH 2.74 2.74 2.8 2.8 2.8 Conductivity (mS.cm-1) 47.1 47.4 47.2 47.4 46.9 Anolyte pH 2.74 2.74 2.8 2.8 2.8

Conductividad (mS.cm-1) 49.8 49.8 49.7 49.7 49.7 Conductivity (mS.cm-1) 49.8 49.8 49.7 49.7 49.7

De los cambios en el pH y la conductividad, especialmente del catolito, puede observarse que se observó la misma tendencia encontrada en ejemplos anteriores; es decir, que el pH aumentó significativamente a lo largo del experimento. Sin embargo, sólo en el caso de -0.950 V pudo observarse un cambio visible de color del electrolito hacia el amarillo.Of the changes in pH and conductivity, especially of the catholyte, it can be observed that the same tendency found in previous examples was observed; that is, the pH increased significantly throughout the experiment. However, only in the case of -0.950 V could a visible color change from the electrolyte to yellow be observed.

El cambio en el pH estuvo directamente relacionado con el potencial aplicado. El cambio de pH se produjo durante la primera hora del experimento y aún al aumentar más el tiempo de polarización (es decir, de 2 a 4 h) no resultó en variaciones de pH en magnitudes mayores.The change in pH was directly related to the applied potential. The pH change occurred during the first hour of the experiment and even when the polarization time increased more (ie, from 2 to 4 h), it did not result in pH variations in larger magnitudes.

Tabla E: Medición del pH y de la conductividad de los catolitos al final de la experimentación con diferentes potenciales catódicos aplicados.Table E: Measurement of the pH and conductivity of the catholytes at the end of the experiment with different applied cathodic potentials.

Potencial aplicado (V vs Ag/AgCl 3 MApplied potential (V vs Ag / AgCl 3 M

de KCl) -0.150 -0.350 -0.550 -0.750 -0.950 Catolito pH 5.37 6.55 6.92 8.45 8.5 of KCl) -0.150 -0.350 -0.550 -0.750 -0.950 Catolito pH 5.37 6.55 6.92 8.45 8.5

Conductividad (mS.cm-1) 45.2 46.6 46 44.1 45 Anolito pH 2.68 2.13 2.15 2.13 2.15 Conductivity (mS.cm-1) 45.2 46.6 46 44.1 45 Anolyte pH 2.68 2.13 2.15 2.13 2.15

Conductividad (mS.cm-1) 47.5 51.0 50.3 50.5 50.8 Conductivity (mS.cm-1) 47.5 51.0 50.3 50.5 50.8

Después de la centrifugación y el secado, pudo recuperarse un producto cristalino que cumplía las características de la sassolita, excepto que se formó a -0.950 V, tuvo características de bórax nanocrisalino Na2B4O7-10H2O. Este último producto puede tener aplicación como dopante en electrónica flexible y fluorescente. El siguiente ejemplo muestra la serie electroquímica que muestra el potencial de reducción de diferentes gases oxidantes a peróxidos o sus iones o radicales poliatómicos. Los potenciales que se informan en esta tabla se refieren al electrodo de hidrógeno normal (NHE). Estos potenciales se calculan mediante la ecuación de Nernst. After centrifugation and drying, a crystalline product could be recovered that fulfilled the characteristics of the sassolite, except that it formed at -0.950 V, had characteristics of nanocrisaline borax Na2B4O7-10H2O. This last product can have application as a dopant in flexible and fluorescent electronics. The following example shows the electrochemical series that shows the reduction potential of different oxidizing gases to peroxides or their ions or polyatomic radicals. The potentials reported in this table refer to the normal hydrogen electrode (NHE). These potentials are calculated by the Nernst equation.

Tabla FTable F

Par redox (reacción de semicelda) Potencial de reducción termodinámico de la reacción de semicelda a pH 1 (V vs NHE)Redox pair (half-cell reaction) Potential for thermodynamic reduction of the half-cell reaction at pH 1 (V vs NHE)

NO/NO3- 0.958NO / NO3- 0.958

O2/H2O2 0.547O2 / H2O2 0.547

O2/HO2^ -0.13O2 / HO2 ^ -0.13

CO2/HOOCCOO- -0.43CO2 / HOOCCOO- -0.43

CO2/HCO2- -0.49CO2 / HCO2- -0.49

CO2/HCOO- -0.61CO2 / HCOO- -0.61

Ejemplo 5.Example 5

Se probaron ocho composiciones electrolíticas diferentes, como se describió en el ejemplo 1, pero en lugar de nitrato de cerio, se complementaron los siguientes compuestos independientes con el catolito en una concentración de 500 ppm, respectivamente:Eight different electrolytic compositions were tested, as described in Example 1, but instead of cerium nitrate, the following independent compounds were supplemented with the catholyte at a concentration of 500 ppm, respectively:

1. Co(NOa^6H2O1. Co (NOa ^ 6H2O

2. Al(NOa)3^9H2O2. Al (NOa) 3 ^ 9H2O

3. CsCl3. CsCl

4. LiCl4. LiCl

5. KNO35. KNO3

6. Sm(NO3^6H2O6. Sm (NO3 ^ 6H2O

7. Er(NO3^5H2O7. Er (NO3 ^ 5H2O

8. Lu(NO3^xH2O8. Lu (NO3 ^ xH2O

9. Fe(NO3)39. Fe (NO3) 3

El proceso se llevó a cabo a -0.350 V. El volumen operativo del catolito en cada experimento fue 125 mL. En todos los casos, pudo recuperarse un producto nano cristalino excepto para KNO3. En cada caso en que se encontró un precipitado, éste tenía características (color, morfología) asociadas al precursor específico empleado, lo que demuestra que los materiales nano cristalinos pueden formarse con una amplia diversidad de metales de diferentes grupos en la tabla periódica. En todos los casos el tamaño del cristalito fue < 30 nm.The process was carried out at -0.350 V. The operating volume of the catholyte in each experiment was 125 mL. In all cases, a crystalline nano product could be recovered except for KNO3. In each case in which a precipitate was found, it had characteristics (color, morphology) associated with the specific precursor used, which shows that nano-crystalline materials can be formed with a wide variety of metals from different groups in the periodic table. In all cases, the crystallite size was <30 nm.

Ejemplo 6.Example 6

Se preparó un catolito, idéntico al explicado para el ejemplo 1, pero en lugar de nitrato de cerio, se empleó ácido arsénico en una solución que contenía 72 g/L de arsénico y cloruro de hierro con una relación Fe/As de 1.5 y ácido sulfúrico con 5.61 g/L de S. El proceso se llevó a cabo en las mismas condiciones experimentales que en el ejemplo 1, pero a una temperatura de funcionamiento > 80 °C. Después del procesamiento, se obtuvo escorodita nanocristalina estable, con un tamaño de cristalito <30 nm. Esta modalidad puede ser aplicable a la inmovilización con arsénico.A catholyte was prepared, identical to the one explained for Example 1, but instead of cerium nitrate, arsenic acid was used in a solution containing 72 g / L of arsenic and iron chloride with an Fe / As ratio of 1.5 and acid. sulfuric with 5.61 g / L of S. The process was carried out in the same experimental conditions as in example 1, but at an operating temperature> 80 ° C. After processing, stable nanocrystalline scorodite with a crystallite size <30 nm was obtained. This modality may be applicable to immobilization with arsenic.

Ejemplo 7.Example 7

Condiciones experimentalesExperimental conditions

En el presente ejemplo, el proceso reivindicado se estudió en presencia de líquidos iónicos a base de amonio (IL). Más específicamente, se empleó bromuro de tetrabutilamonio (TBAB) y cloruro de tetrabutilamonio (TBAC). Hay pocas literaturas que muestren el uso de las IL para la síntesis de estructuras orgánicas metálicas (MOF) por síntesis ionotérmica (Lei Liu, David S. Wragg, Hongyan Zhang, Ying Kong, Peter J. Byrne, Timothy J. Prior, John E. Warren, Zhuojia Lin, Jinxiang Dong y Russell E. Morris. lonothermal synthesis, structure and characterization of three-dimensional zinc phosphates. Dalton Trans., 2009, 6715-6718.). Pocas literaturas informan además que los IL estabilizados con nanopartículas puedan comportarse como emulsiones Pickering en agua (Huan Ma y Lenore L. Dai.. Particle Self-Assembly in lonic Liquid-in-Water Pickering Emulsions. Langmuir, 2011, 27 (2), pp 508-512) es decir, se ensamblan ellos mismos para formar estructuras similares a jaulas en donde puede atraparse algo de gas. Estas emulsiones son típicamente estables siempre y cuando el medio no se perturbe. De lo contrario, los IL pueden usarse como electrolitos debido a sus propiedades conductoras (Chiappe y Rajamani 2012; Chiappe y otros 2011 y Andrzej Lewandowski, Agnieszka Swiderska-Mocek. lonic liquids as electrolytes for Li-ion batteries-An overview of electrochemical studies. Journal of Power Sources.Volume 194, ejemplar 2, 1 Diciembre 2009, Páginas 601-609.). Todos los reactivos se usaron tal como se compraron sin purificación adicional. In the present example, the claimed process was studied in the presence of ionic liquids based on ammonium (IL). More specifically, tetrabutylammonium bromide (TBAB) and tetrabutylammonium chloride (TBAC) were used. There are few literatures that show the use of ILs for the synthesis of metallic organic structures (MOF) by ionothermic synthesis (Lei Liu, David S. Wragg, Hongyan Zhang, Ying Kong, Peter J. Byrne, Timothy J. Prior, John E Warren, Zhuojia Lin, Jinxiang Dong and Russell E. Morris, lonothermal synthesis, structure and characterization of three-dimensional zinc phosphates, Dalton Trans., 2009, 6715-6718. Few literatures also report that ILs stabilized with nanoparticles can behave like Pickering emulsions in water (Huan Ma and Lenore L. Dai .. Particle Self-Assembly in lonic Liquid-in-Water Pickering Emulsions, Langmuir, 2011, 27 (2), pp. 508-512) that is, they assemble themselves to form cage-like structures where some gas can be trapped. These emulsions are typically stable as long as the medium is not disturbed. Otherwise, ILs can be used as electrolytes due to their conductive properties (Chiappe and Rajamani 2012, Chiappe and others 2011 and Andrzej Lewandowski, Agnieszka Swiderska-Mocek), and liquids as electrolytes for Li-ion batteries-An overview of electrochemical studies. Journal of Power Sources. Volume 194, issue 2, December 1, 2009, Pages 601-609.). All reagents were used as purchased without further purification.

Se usó agua desmineralizada durante todo el estudio. El carbón activado empleado fue Norit® SX1G de Norit Americas Inc. La resina de etileno propileno fluorada (Teflon® FEP 8000) se obtuvo de Dupont. Se compraron dos IL basados en base de amonio, es decir, TBAB (Sigma-Aldrich >98.0 %) y TBAC (Aldrich >97.0 % (NT)). El nitrato de lantano hexahidratado (La(NO3)g.6H2O) se compró de Aldrich® (99.99 % de metales en trazas). Todos los reactivos se almacenaron según las recomendaciones del proveedor correspondiente. El manejo de todos los reactivos se llevó a cabo de acuerdo con las recomendaciones de las Hojas de Datos de Seguridad de Materiales (MSDS) correspondientes. Los experimentos se realizaron en reactores electroquímicos de semiceldas equivalentes a los descritos en el ejemplo 1, a menos que se especifique lo contrario. Las funciones principales de Zirfon® aquí fueron evitar que el oxígeno que finalmente emanó en el contraelectrodo alcanzara al electrodo en operación, para servir como separador permeable a los iones, y además como barrera al transporte de fluidos para mantener el pH deseado en el compartimiento de los catolitos. Los electrodos y el separador tenían un área superficial de electrodo proyectada de 10 cm2. Los flujos de gas (oxidante) reactivo (aire o N2, respectivamente) se alimentaron a través del compartimiento del gas catódico en cada experimento individual. La tasa de flujo de gases se fijó en 200 mL/min (exceso) en todos los casos y se aplicó una sobrepresión de 30 mbar. Las alimentaciones de electrolitos circularon independientemente a través de los compartimientos del cátodo y del contraelectrodo con una bomba peristáltica de doble cabezal, a una tasa de flujo de aproximadamente 20 rpm (Watson-Marlow). En todos los experimentos relacionados con este ejemplo se empleó un electrolito basal ácido, que consiste en agua desmineralizada complementada con HCl para lograr un pH inicial de 2.7. Se investigó el efecto de dos gases oxidantes independientes, también conocidos como aire (la composición es Nitrógeno: 78 %; Oxígeno: 20 %; CO2: 0.03 %, gases inertes principalmente argón: 0.97 %; vapor de agua: 1 %) y CO2/N280 %/20 %, respectivamente. Se adicionó La(NO3)3'6H2O al electrolito catódico, a una concentración de 500 ppm. Se investigaron diferentes relaciones molares entre el IL y La(NO3)3-6H2O como sigue: 0, 0.1, 1, 10, 20, 30 y 86.5. La última relación molar corresponde a una concentración de 0.1 M para los IL. El electrolito en el compartimiento del contraelectrodo (anódico) fue idéntico al del catolito (electrolito basal ácido), pero sin la adición de nitrato de lantano o IL.Demineralized water was used throughout the study. The activated carbon used was Norit® SX1G from Norit Americas Inc. The fluorinated ethylene propylene resin (Teflon® FEP 8000) was obtained from Dupont. Two ILs based on ammonium base were purchased, ie TBAB (Sigma-Aldrich> 98.0%) and TBAC (Aldrich> 97.0% (NT)). Lanthanum nitrate hexahydrate (La (NO3) g.6H2O) was purchased from Aldrich® (99.99% trace metals). All reagents were stored according to the recommendations of the corresponding provider. The handling of all the reagents was carried out in accordance with the recommendations of the corresponding Material Safety Data Sheets (MSDS). The experiments were performed in semi-cell electrochemical reactors equivalent to those described in example 1, unless otherwise specified. The main functions of Zirfon® here were to prevent the oxygen that finally emanated in the counter electrode from reaching the electrode in operation, to serve as an ion-permeable separator, and also as a barrier to the transport of fluids to maintain the desired pH in the compartment. the catholites. The electrodes and the separator had a projected electrode surface area of 10 cm 2. The reactant gas (oxidant) streams (air or N2, respectively) were fed through the cathode gas compartment in each individual experiment. The gas flow rate was set at 200 mL / min (excess) in all cases and an overpressure of 30 mbar was applied. The electrolyte feeds circulated independently through the cathode and counter electrode compartments with a double head peristaltic pump, at a flow rate of approximately 20 rpm (Watson-Marlow). In all the experiments related to this example an acidic basal electrolyte was used, consisting of demineralized water supplemented with HCl to achieve an initial pH of 2.7. The effect of two independent oxidizing gases, also known as air (the composition is Nitrogen: 78%, Oxygen: 20%, CO2: 0.03%, inert gases mainly argon: 0.97%, water vapor: 1%) and CO2 was investigated. / N280% / 20%, respectively. La (NO3) 3'6H2O was added to the cathode electrolyte at a concentration of 500 ppm. Different molar ratios between IL and La (NO3) 3-6H2O were investigated as follows: 0, 0.1, 1, 10, 20, 30 and 86.5. The last molar ratio corresponds to a concentration of 0.1 M for ILs. The electrolyte in the counter electrode compartment (anodic) was identical to that of the catholyte (acid basal electrolyte), but without the addition of lanthanum nitrate or IL.

Los ensayos se realizaron a temperatura ambiente (18±2°C). Los parámetros como la concentración de H2O2, la conductividad y el pH se midieron antes y después de cada experimento en ambos conjuntos. Se llevaron a cabo tres casos más en los que el catolito fue sólo electrolito basal ácido, La(NO3)3.6H2O en ácido basal, TBAC (0.1 M). A concentraciones más altas de TBAB (especialmente 0.1 M) se obtuvieron precipitados o subproductos amarillos en la cámara del anolito que pueden ser algunos compuestos de bromuro o nitrato. El uso de TBAb (0.1 M) sin el nitrato metálico en el electrolito basal ácido no mostró resultados positivos ya que el potencial no llegó a -0.95 V frente a Ag/AgCl. En la concentración más alta tanto para TBAB como para TBAC los experimentos se realizaron a -0.35 V frente a Ag/AgCl. Se usó un potenciostato/galvanostato Bio-Logic VMP3 y un analizador de respuesta de frecuencia para realizar las mediciones electroquímicas. Se usó el software EC-Lab v.10.40 para la adquisición de datos. Se realizó una voltametría de barrido lineal (LSV) de 0 a -0.950 V seguida de experimentos de cronoamperometría (CA) a -0.950 V frente a Ag/AgCl hasta alcanzar un pH de 11. La concentración de La se analizó cuantitativamente en muestras de soluciones de catolitos y anolitos, respectivamente, por medio de ICP-MS. Primero, las soluciones de la muestra se tomaron con pipeta de los sobrenadantes. Cada muestra se diluyó con un factor x y se acidificó antes del análisis. Para el caso de dilución 10x, se mezcló 1 mL de solución de muestra con 1 mL de HNO3 y el resultado se diluyó con 10 mL con agua Milli-Q. Para el caso de dilución 100x, se utilizsó una dilución hasta un volumen final de 100 mL. La calibración de las intensidades de iones observadas se llevó a cabo contra una serie de patrones de calibración preparados sobre la base de una solución de 1000 mg/l de Certipur, Merck núm. de Cat 1.70311.0100, solución de Ce(NO3)3en 2-3 % HNO3. Se prepararon patrones de calibración de 0, 1, 2, 5, 10, 20 ppb, 100, 200, 500, 1000 y 2000 ppb. Todas las mediciones se realizaron con un ICP-MS Varian 820. Diariamente se realizaba una calibración de masa; las lentes de iones y los flujos de gases se optimizaban para obtener una relación señal/ruido máxima con un estándar multielemento de 10 ppb proporcionado por Varian.The tests were carried out at room temperature (18 ± 2 ° C). Parameters such as H2O2 concentration, conductivity and pH were measured before and after each experiment in both sets. Three more cases were carried out in which the catholyte was only acidic basal electrolyte, La (NO3) 3.6H2O in basal acid, TBAC (0.1 M). At higher concentrations of TBAB (especially 0.1 M) precipitates or yellow by-products were obtained in the anolyte chamber which may be some bromide or nitrate compounds. The use of TBAb (0.1 M) without the metallic nitrate in the acid basal electrolyte showed no positive results since the potential did not reach -0.95 V versus Ag / AgCl. At the highest concentration for both TBAB and TBAC, the experiments were performed at -0.35 V versus Ag / AgCl. A Bio-Logic VMP3 potentiostat / galvanostat and a frequency response analyzer were used to perform the electrochemical measurements. The EC-Lab v.10.40 software was used for data acquisition. A linear sweep voltammetry (LSV) from 0 to -0.950 V followed by chronoamperometry (CA) experiments at -0.950 V versus Ag / AgCl until reaching a pH of 11. The concentration of La was analyzed quantitatively in samples of catholyte and anolyte solutions, respectively, by means of ICP-MS. First, the sample solutions were pipetted from the supernatants. Each sample was diluted with a factor x and acidified before analysis. For the case of 10x dilution, 1 mL of sample solution was mixed with 1 mL of HNO3 and the result was diluted with 10 mL with Milli-Q water. For the 100x dilution case, a dilution was used up to a final volume of 100 mL. The calibration of the observed ion intensities was carried out against a series of calibration standards prepared on the basis of a 1000 mg / l solution of Certipur, Merck no. of Cat 1.70311.0100, solution of Ce (NO3) 3 in 2-3% HNO3. Calibration standards of 0, 1, 2, 5, 10, 20 ppb, 100, 200, 500, 1000 and 2000 ppb were prepared. All measurements were made with a Varian 820 ICP-MS. A mass calibration was performed daily; ion lenses and gas flows were optimized to obtain a maximum signal-to-noise ratio with a multi-element standard of 10 ppb provided by Varian.

Las conductividades de catolitos medidos antes de los diferentes experimentos individuales realizados se presentan en la Tabla 1. Al final de todos los experimentos, la conductividad disminuyó considerablemente, lo que se relacionó con una disminución tanto de la cantidad de IL presente en el electrolito como de la concentración de La en el electrolito (Tabla G2). El IL presente en el electrolito se eliminó del electrolito en un 60-75 % en todos los casos y se encontró parcialmente en los precipitados. Sin embargo, después de que los precipitados se lavaron con agua destilada, la mayor parte del IL presente se lavó.The conductivities of catholytes measured before the different individual experiments performed are presented in Table 1. At the end of all the experiments, the conductivity decreased considerably, which was related to a decrease in both the amount of IL present in the electrolyte and the concentration of La in the electrolyte (Table G2). The IL present in the electrolyte was removed from the electrolyte by 60-75% in all cases and was partially found in the precipitates. However, after the precipitates were washed with distilled water, most of the IL present was washed.

Tabla G. Conductividad inicial y final de los catolitos empleados para los diferentes experimentos.Table G. Initial and final conductivity of the catholytes used for the different experiments.

Condición experimental Conductividad inicial (mS/cm) Conductividad final (mS/cm)Experimental condition Initial conductivity (mS / cm) Final conductivity (mS / cm)

Sin adicionar IL 0.853 Sin cambioWithout adding IL 0.853 No change

TBAB 10 1.885 0.095TBAB 10 1,885 0.095

TBAB 20 2.72 0.190TBAB 20 2.72 0.190

TBAB 30 3.57 0.280 TBAB 30 3.57 0.280

TBAB 86.5 7.57 0.300TBAB 86.5 7.57 0.300

TBAC 10 1.873 0.116TBAC 10 1.873 0.116

TBAC 20 2.78 0.160TBAC 20 2.78 0.160

TBAC 30 3.38 0.375TBAC 30 3.38 0.375

TBAC 86.5 7.56 0.378TBAC 86.5 7.56 0.378

Además del IL, se encontraron cantidades de mg/L de ácido fórmico y acético, sin tener una correlación particular con la cantidad de IL añadida. Los inventores creen que el ácido fórmico y el ácido acético cuantificados son el resultado de la reducción de CO2 o de la degradación parcial del IL. Los inventores creen además que estos productos pueden servir como enlazadores entre el IL o sus productos de degradación y los productos nanocristalinos formados dentro del proceso, de manera similar a lo que ocurre en la formación electroquímica más clásica de las MOF. El producto formado a -0.350 V tiene la apariencia de los precipitados clásicos. La formación del producto a -0.350 V se comparó con la formación a -0.950 V. Como muestran los espectros de IR de las Figuras 13a, b y c, la respuesta característica y, por lo tanto, los enlaces característicos del producto son idénticos y sólo difieren en intensidad en correlación con la concentración de IL empleado y no por el tipo de IL. Además se muestra que sólo una parte de los enlaces característicos del IL permanece en el precipitado, lo que sugiere que al menos una parte del IL sigue formando parte de la estructura del producto precipitado. Se compararon los espectros de IR de las muestras de precipitado antes (P2) y después (P3) del lavado, lo que muestra la eliminación de un exceso de IL pero aún después del lavado permanece el efecto estructural de parte del IL. Así, se cree que el producto formado es un compuesto metal-orgánico con características tanto de IL como de nanocristales.In addition to IL, mg / L amounts of formic and acetic acid were found, without having a particular correlation with the amount of IL added. The inventors believe that the quantified formic acid and acetic acid are the result of the reduction of CO2 or the partial degradation of IL. The inventors further believe that these products can serve as linkers between the IL or its degradation products and the nanocrystalline products formed within the process, similar to what occurs in the more classical electrochemical formation of the MOF. The product formed at -0.350 V has the appearance of the classic precipitates. The formation of the product at -0.350 V was compared with the formation at -0.950 V. As shown by the IR spectra of Figures 13a, b and c, the characteristic response and, therefore, the characteristic links of the product are identical and differ only in intensity in correlation with the concentration of IL used and not by the type of IL. Furthermore, it is shown that only a part of the characteristic bonds of the IL remains in the precipitate, which suggests that at least a part of the IL remains part of the structure of the precipitated product. The IR spectra of the precipitate samples were compared before (P2) and after (P3) the washing, which shows the elimination of an excess of IL but still after washing the structural effect of part of the IL remains. Thus, it is believed that the product formed is a metal-organic compound with characteristics of both IL and nanocrystals.

De los espectros IR de la Figura 13a, b y c respectivamente, los inventores podrían interpretar que el pico a se relaciona con la unión de lantano y nitrógeno en el caso del nitrato de La original. Este pico se hace más amplio cuando el lantano se une al nitrógeno de TBA. El pico b se relaciona con el enlace N-CH2. Este pico, sin embargo, aparece en la primera figura (parte no lavada), pero desaparece en la segunda figura, lo que indica que algunas moléculas de TBAB permanecen como surfactantes en estos compuestos. El pico c (muchos picos) se ven en el caso de TBAB original (curva azul inferior en la Figura 13b). Estos se refieren a los enlaces C-N en las aminas alifáticas. En la figura correspondiente a las muestras lavadas (P3) puede observarse que algunos de estos picos se pierden, aunque no todos indican que haya algunos cambios en la unión entre los grupos nitrógeno y metileno. Debe tenerse en cuenta que bajo la condición de polarización aplicada a - 0.950 V, es posible además la formación de hidrógeno. Bajo esta condición, los precipitados todavía se veían inicialmente como precipitados discretos, sin embargo, se notó que permitían el secuestro del hidrógeno formado in situ y finalmente formaron un producto similar a espuma que flota sobre una columna del catolito debido al hidrógeno que transportaban (ver Figura 14). Los inventores creen que este producto se comporta de manera similar a una emulsión Pickering donde los nanocristales formados estabilizan el IL remanente por autoensamblaje en solución, lo que forma las estructuras características de jaula donde el gas puede secuestrarse. El producto mostró además la característica de las emulsiones Pickering de estabilidad hasta que el medio se perturba por una simple agitación. Bajo estas condiciones, las burbujas de hidrógeno se liberan de nuevo al aire. La cantidad de hidrógeno secuestrado en el producto nanocristalino formado se estimó por encima de 10 % en volumen con respecto al precipitado sólido.Of the IR spectra of Figure 13a, b and c respectively, the inventors could interpret that the peak a is related to the binding of lanthanum and nitrogen in the case of the nitrate of the original. This peak becomes wider when the lanthanum binds to the TBA nitrogen. Peak b is related to the N-CH2 bond. This peak, however, appears in the first figure (part not washed), but disappears in the second figure, which indicates that some TBAB molecules remain as surfactants in these compounds. Peak c (many peaks) are seen in the case of original TBAB (lower blue curve in Figure 13b). These refer to the C-N bonds in the aliphatic amines. In the figure corresponding to the washed samples (P3) it can be seen that some of these peaks are lost, although not all indicate that there are some changes in the union between the nitrogen and methylene groups. It must be taken into account that under the condition of polarization applied to - 0.950 V, it is also possible the formation of hydrogen. Under this condition, the precipitates were still initially seen as discrete precipitates, however, it was noted that they allowed the sequestration of the hydrogen formed in situ and finally they formed a product similar to foam that floats on a column of the catholyte due to the hydrogen that they transported (see Figure 14). The inventors believe that this product behaves similarly to a Pickering emulsion where the nanocrystals formed stabilize the remaining IL by self-assembly in solution, which forms the characteristic structures of the cage where the gas can be sequestered. The product also showed the characteristic of the stability Pickering emulsions until the medium is disturbed by simple agitation. Under these conditions, hydrogen bubbles are released back into the air. The amount of hydrogen sequestered in the nanocrystalline product formed was estimated to be above 10% by volume with respect to the solid precipitate.

La Figura 14 muestra nanocristales precipitados en presencia de exceso de IL y bajo electrosíntesis de hidrógeno in situ. Pequeñas burbujas en el intervalo de tamaño de 0.1 mm fueron visibles, que ocupaban más de 10 % del volumen del material flotante.Figure 14 shows nanocrystals precipitated in the presence of excess IL and under hydrogen electrosynthesis in situ. Small bubbles in the 0.1 mm size range were visible, occupying more than 10% of the volume of the floating material.

Se registraron los patrones de XRD del producto precipitado lavado. Aunque el patrón de XRD no correspondía a ninguna correspondencia en las bases de datos disponibles, el producto presentaba características de alta cristalinidad y de un nanomaterial con un pequeño tamaño de cristalito (por ejemplo, <10-5 nm). En la Figura 15 más abajo se muestra un espectro XRD característico para TBAB 30.The XRD patterns of the washed precipitated product were recorded. Although the XRD pattern did not correspond to any correspondence in the available databases, the product exhibited characteristics of high crystallinity and of a nanomaterial with a small crystallite size (for example, <10-5 nm). Figure 15 below shows a characteristic XRD spectrum for TBAB 30.

La caracterización por microscopía electrónica de barrido (SEM) mostró N, C, La y O y en el análisis elemental del precipitado, con una fuerte correlación en posición, que es un segundo indicador de la incorporación estructural de al menos parte del IL en los nanocristales. Además se encontraron Bry Cl del IL, pero se perdieron cuando se lavó el precipitado.The characterization by scanning electron microscopy (SEM) showed N, C, La and O and in the elemental analysis of the precipitate, with a strong correlation in position, which is a second indicator of the structural incorporation of at least part of the IL in the nanocrystals. In addition, Bry Cl from IL was found, but they were lost when the precipitate was washed.

El análisis elemental de los productos formados mostró una proporción aproximada de 1:1 de hidrógeno y carbono. Basado en la respuesta electroquímica obtenida, se cuantificó la carga consumida para cada experimento y los resultados se muestran en la Figura 12. Se encontró una correlación exponencial entre la carga consumida y la concentración de IL empleada, lo que indica que el IL participa efectivamente en el proceso electroquímico.The elemental analysis of the products formed showed an approximate 1: 1 ratio of hydrogen and carbon. Based on the electrochemical response obtained, the load consumed for each experiment was quantified and the results are shown in Figure 12. An exponential correlation was found between the load consumed and the IL concentration used, which indicates that the IL participates effectively in the electrochemical process.

La caracterización de TGA (ver Figura 12) de los precipitados obtenidos indica que el producto nanocristalino no contiene el líquido iónico completo sino sólo fracciones del mismo, que pueden incorporarse después de la degradación parcial del IL durante el proceso. Se cree que los radicales de iones poliatómicos emitidos por la reducción del gas oxidante contribuyen a este proceso de degradación del IL y, en última instancia, a la vinculación de las fracciones del IL con la estructura final del precipitado. Aunque la estructura del producto nanocristalino no puede establecerse completamente en este momento, los autores apoyan la idea de que al menos una parte del IL se encuentra en los nanocristales finales, que son un producto metal-orgánico.The characterization of TGA (see Figure 12) of the obtained precipitates indicates that the nanocrystalline product does not contain the complete ionic liquid but only fractions thereof, which can be incorporated after the partial degradation of the IL during the process. It is believed that the polyatomic ion radicals emitted by the reduction of the oxidizing gas contribute to this degradation process of the IL and, ultimately, to the linking of the fractions of the IL with the final structure of the precipitate. Although the structure of the nanocrystalline product can not be fully established at this time, the authors support the idea that at least a part of the IL is found in the final nanocrystals, which are a metal-organic product.

Más de 83 % del precursor inicial de La se pudo eliminar cuando el CO2 se usó únicamente como gas oxidante, mientras que más de 98 % se eliminó cuando el gas oxidante comprendía aire. El uso de CO2 puro condujo a la formación de carbonatos de lantano, mientras que el uso de aire condujo a la formación del producto nanocristalino metal-orgánico descrito anteriormente. More than 83% of the initial La precursor could be eliminated when CO2 was used only as an oxidizing gas, while more than 98% was removed when the oxidizing gas comprised air. The use of pure CO2 led to the formation of lanthanum carbonates, while the use of air led to the formation of the metal-organic nanocrystalline product described above.

Claims (26)

Reivindicaciones Claims 1. Un proceso electroquímico para recuperar productos de reacción de un elemento metálico o un elemento metaloide o una mezcla de dos o más de estos de al menos un compuesto precursor soluble en agua que comprende el elemento metálico o un elemento metaloide o dos o más de estos, en la forma de nano partículas, particularmente nano cristales de al menos un producto de reacción, en donde el proceso comprende las etapas deAn electrochemical process for recovering reaction products of a metal element or a metalloid element or a mixture of two or more of these from at least one water-soluble precursor compound comprising the metal element or a metalloid element or two or more of these, in the form of nanoparticles, particularly nano crystals of at least one reaction product, wherein the process comprises the steps of - suministrar una solución del compuesto precursor soluble en agua a un catolito a base de agua de un compartimento catódico de una celda electroquímica, equipada con un cátodo que comprende un electrodo de difusión de gases, en donde el electrodo de difusión de gases comprende un material poroso electroquímicamente activo que tiene una superficie BET de al menos 50 m2/g,- supplying a solution of the water-soluble precursor compound to a water-based catholyte of a cathodic compartment of an electrochemical cell, equipped with a cathode comprising a gas diffusion electrode, wherein the gas diffusion electrode comprises a material electrochemically active porous having a BET surface area of at least 50 m2 / g, - ajustar el pH del catolito a un pH que sea menor que el pKa del compuesto precursor soluble en agua, - suministrar al menos un gas oxidante al electrodo de difusión de gases,- adjust the pH of the catholyte to a pH that is lower than the pKa of the water soluble precursor compound, - supply at least one oxidizing gas to the gas diffusion electrode, - someter el cátodo a un potencial electroquímico de reducción de al menos un gas oxidante a uno o más de los peróxidos, especies reactivas iónicas y/o radicales correspondientes capaces de reaccionar con un catión que comprenda el elemento metálico, o el elemento metaloide o una mezcla de dos o más de estos, a nano partículas de al menos un producto de reacción con un tamaño de partícula promedio, particularmente nano cristales con un tamaño de cristalito promedio, igual o inferior a 30.0 nm.- subjecting the cathode to an electrochemical potential for reducing at least one oxidizing gas to one or more of the peroxides, ionic reactive species and / or corresponding radicals capable of reacting with a cation comprising the metal element, or the metalloid element or a mixing two or more of these, to nano particles of at least one reaction product with an average particle size, particularly nano crystals with an average crystallite size, equal to or less than 30.0 nm. 2. Un proceso, como se reivindica en la reivindicación 1, en donde al menos un compuesto precursor soluble en agua comprende el elemento metálico o el elemento metaloide en forma de catión de ese elemento metálico o metaloide, o al menos un compuesto precursor soluble en agua comprende un catión que comprende el elemento metálico o el elemento metaloide o una mezcla de dos o más de estos, o al menos un compuesto precursor soluble en agua comprende una mezcla de dos o más de los compuestos antes mencionados. 2. A process, as claimed in claim 1, wherein at least one water-soluble precursor compound comprises the metal element or the metalloid element in the form of a cation of that metal or metalloid element, or at least one precursor compound soluble in it. Water comprises a cation comprising the metal element or the metalloid element or a mixture of two or more of these, or at least one water-soluble precursor compound comprises a mixture of two or more of the aforementioned compounds. 3. Un proceso, como se reivindica en la reivindicación 1 ó 2, en donde el gas oxidante es un gas oxidante inorgánico o una mezcla de dos o más de tales gases.3. A process, as claimed in claim 1 or 2, wherein the oxidizing gas is an inorganic oxidizing gas or a mixture of two or more such gases. 4. Un proceso, como se reivindica en la reivindicación 3, en donde el gas oxidante inorgánico se selecciona del grupo de ozono, oxígeno, óxidos de carbono, óxidos de nitrógeno, óxidos halogenados, óxidos de azufre, halógenos, aire, biogás, gases de combustión, gases de escape, gases ácidos o una mezcla de dos o más de los gases mencionados anteriormente.4. A process, as claimed in claim 3, wherein the inorganic oxidizing gas is selected from the group of ozone, oxygen, carbon oxides, nitrogen oxides, halogenated oxides, sulfur oxides, halogens, air, biogas, gases of combustion, exhaust gases, acid gases or a mixture of two or more of the gases mentioned above. 5. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde una tasa de suministro con el cual el gas oxidante se suministra al electrodo de difusión de gases, es variable.5. A process according to any of the preceding claims, wherein a rate of supply with which the oxidizing gas is supplied to the gas diffusion electrode is variable. 6. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde una presión parcial del gas oxidante que se suministra al electrodo de difusión de gases es variable.6. A process according to any of the preceding claims, wherein a partial pressure of the oxidizing gas that is supplied to the gas diffusion electrode is variable. 7. Un proceso como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde al menos un compuesto precursor soluble en agua se suministra al catolito a base de agua como solución del precursor soluble en agua.A process as claimed in any of the preceding claims, wherein at least one water-soluble precursor compound is supplied to the water-based catholyte as a solution of the water-soluble precursor. 8. Un proceso como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde al menos un compuesto precursor soluble en agua se suministra al catolito a base de agua como sólido, y se disuelve al menos parcialmente en el catolito.A process as claimed in any of the preceding claims, wherein at least one water-soluble precursor compound is supplied to the water-based catholyte as a solid, and is at least partially dissolved in the catholyte. 9. Un proceso como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la concentración de al menos un compuesto precursor soluble en agua que se suministra al catolito a base de agua es variable.9. A process as claimed in any of the preceding claims, wherein the concentration of at least one water-soluble precursor compound that is supplied to the water-based catholyte is variable. 10. Un proceso como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el catolito tiene una conductividad iónica de al menos 1.0 mS/cm,10. A process as claimed in any of the preceding claims, wherein the catholyte has an ionic conductivity of at least 1.0 mS / cm, 11. Un proceso como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material electroquímicamente activo comprende una superficie activa que tiene al menos un ácido débil o un grupo funcional básico débil o una mezcla de al menos un ácido débil y un grupo básico débil, preferentemente el material electroquímicamente activo comprende al menos un ácido protónico débil o un grupo funcional básico protónico débil o una mezcla de estos, al menos un ácido protónico débil y un grupo básico protónico débil.A process as claimed in any of the preceding claims, wherein the electrochemically active material comprises an active surface having at least one weak acid or a weak basic functional group or a mixture of at least one weak acid and a basic group weak, preferably the electrochemically active material comprises at least a weak protonic acid or a weak basic protonic functional group or a mixture thereof, at least a weak protonic acid and a weak basic protonic group. 12. Un proceso como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde un lado hidrófilo de la superficie electroquímicamente activa del electrodo de difusión de gases, abarca una pluralidad de grupos funcionales que pueden polarizarse o desprotonarse al aplicar el potencial electroquímico, en donde los grupos funcionales contienen preferentemente una o más porciones seleccionadas del grupo de una porción que contiene nitrógeno, una porción que contiene oxígeno, una porción que contiene cloro o una porción que contiene azufre.12. A process as claimed in any of the preceding claims, wherein a hydrophilic side of the electrochemically active surface of the gas diffusion electrode encompasses a plurality of functional groups that can be polarized or deprotonated upon application of the electrochemical potential, wherein the functional groups preferably contain one or more portions selected from the group of a portion containing nitrogen, a portion containing oxygen, a portion containing chlorine or a portion containing sulfur. 13. Un proceso electroquímico como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde antes de suministrar el compuesto precursor soluble en agua al compartimiento del cátodo, el pH del catolito se ajusta a un pH de < 7, preferentemente a un pH de < 5.13. An electrochemical process as claimed in any of the preceding claims, wherein before supplying the water-soluble precursor compound to the cathode compartment, the pH of the catholyte is adjusted to a pH of <7, preferably at a pH of < 5. 14. Un proceso electroquímico como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde una solución acuosa de un electrolito protónico débil se suministra al catolito, preferentemente una base protónica débil o un ácido protónico débil, con mayor preferencia una base poliprotónica débil o un ácido poliprotónico débil.An electrochemical process as claimed in any of the preceding claims, wherein an aqueous solution of a weak protonic electrolyte is supplied to the catholyte, preferably a weak protonic base or a weak protonic acid, more preferably a weak polypropionic base or a weak polyprotonic acid. 15. Un proceso electroquímico como se reivindica en la reivindicación 14, en donde el ácido protónico débil tiene una pKa que es al menos una unidad superior al pH del catolito.15. An electrochemical process as claimed in claim 14, wherein the weak protonic acid has a pKa that is at least one unit higher than the pH of the catholyte. 16. Un proceso electroquímico como se reivindica en la reivindicación 14, en donde donde la base protónica débil tiene una pKa de entre 6.0 y 12.0, preferiblemente entre 7.0 y 11.0.16. An electrochemical process as claimed in claim 14, wherein wherein the weak protonic base has a pKa of between 6.0 and 12.0, preferably between 7.0 and 11.0. 17. Un proceso electroquímico como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material electroquímicamente activo tiene una área superficial de BET de al menos 100 m2/g, preferentemente al menos 200 ó 250 m2/g, con mayor preferencia al menos 400 ó 500 m2/g, con la máxima preferencia mayor que 750 ó 1000 m2/g.17. An electrochemical process as claimed in any of the preceding claims, wherein the electrochemically active material has a BET surface area of at least 100 m2 / g, preferably at least 200 or 250 m2 / g, more preferably at least 400 or 500 m2 / g, most preferably greater than 750 or 1000 m2 / g. 18. Un proceso electroquímico como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde se suministra un electrolito binario al catolito con el fin de elevar la conductividad eléctrica del catolito, preferentemente elevar la conductividad eléctrica del catolito en al menos 5 mS.cm-1, con mayor preferencia entre 20 y 80 mS.cm-1, con la máxima preferencia entre 20 y 50 mS.cm-1.18. An electrochemical process as claimed in any of the preceding claims, wherein a binary electrolyte is supplied to the catholyte in order to raise the electrical conductivity of the catholyte, preferably to raise the electrical conductivity of the catholyte by at least 5 mS.cm- 1, more preferably between 20 and 80 mS.cm-1, most preferably between 20 and 50 mS.cm-1. 19. Un proceso electroquímico como se reivindica en la reivindicación 18, en donde el electrolito binario es una sal iónica soluble en agua o una mezcla de dos o más de tales sales, pero preferentemente el electrolito binario es cloruro de sodio,19. An electrochemical process as claimed in claim 18, wherein the binary electrolyte is a water-soluble ionic salt or a mixture of two or more such salts, but preferably the binary electrolyte is sodium chloride, 20. Un proceso electroquímico como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde se suministra un líquido iónico al catolito, en una relación molar de al menos 10:1 con respecto al compuesto precursor soluble en agua, con el fin de producir nanocristales que contengan el líquido iónico o uno o más de sus productos de descomposición.An electrochemical process as claimed in any of the preceding claims, wherein an ionic liquid is supplied to the catholyte, in a molar ratio of at least 10: 1 with respect to the water soluble precursor compound, in order to produce nanocrystals containing the ionic liquid or one or more of its decomposition products. 21. Un proceso electroquímico como se reivindica en la reivindicación 20, en dondeel líquido iónico es un líquido iónico hidrófilo, preferentemente cloruro de tetrabutilamonio o bromuro de tetrabutilamonio.21. An electrochemical process as claimed in claim 20, wherein the ionic liquid is a hydrophilic ionic liquid, preferably tetrabutylammonium chloride or tetrabutylammonium bromide. 22. Un proceso electroquímico como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el potencial electroquímico al que se somete el cátodo es un potencial de reducción en relación con un electrodo de referencia, que está por debajo de la región de equilibrio termodinámico del potencial de pH de la estabilidad del gas oxidante en el agua, preferentemente por debajo de la región de estabilidad termodinámica del agua, preferentemente fuera de la región de estabilidad termodinámica del hidrógeno. 22. An electrochemical process as claimed in any of the preceding claims, wherein the electrochemical potential to which the cathode is subjected is a reduction potential in relation to a reference electrode, which is below the thermodynamic equilibrium region of the electrode. pH potential of the stability of the oxidant gas in the water, preferably below the thermodynamic stability region of the water, preferably outside the region of thermodynamic stability of the hydrogen. 23. Un proceso electroquímico como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el compuesto precursor es un compuesto de un ión de un elemento seleccionado del grupo de elementos de los grupos I, II, III y IV de la tabla periódica de elementos, los elementos metálicos de transición, los actínidos y los lantánidos o un compuesto que contenga dos o más de tales elementos.An electrochemical process as claimed in any of the preceding claims, wherein the precursor compound is a compound of an ion of an element selected from the group of elements of groups I, II, III and IV of the periodic table of elements , transition metal elements, actinides and lanthanides or a compound containing two or more such elements. 24. Un proceso electroquímico como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el potencial electroquímico al que se somete el cátodo se invierte con el fin de recuperar los nano cristales del material poroso activo electroquímico en el cátodo de difusión de gases.24. An electrochemical process as claimed in any of the preceding claims, wherein the electrochemical potential to which the cathode is subjected is reversed in order to recover the nano crystals of the electrochemical active porous material at the gas diffusion cathode. 25. Un proceso electroquímico como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde uno o más aditivos se suministran al catolito, el uno o más aditivos que se seleccionan del dispersantes, estabilizantes, surfactantes, polímeros, copolímeros, emulsionantes, agentes de reticulación, agentes de remate y agentes de flujo libre o mezclas de dos o más de estos compuestos.25. An electrochemical process as claimed in any of the preceding claims, wherein one or more additives are supplied to the catholyte, the one or more additives that are selected from the dispersants, stabilizers, surfactants, polymers, copolymers, emulsifiers, crosslinking agents , finishing agents and free flowing agents or mixtures of two or more of these compounds. 26. Un método para aislar selectivamente un producto de reacción de al menos un elemento metálico o un elemento metaloide o dos o más de estos de una solución acuosa que contenga un compuesto precursor soluble en agua, en donde se use el proceso como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1-24. 26. A method for selectively isolating a reaction product from at least one metal element or metalloid element or two or more thereof from an aqueous solution containing a water soluble precursor compound, wherein the process is used as claimed in any of claims 1-24.
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