ES2726893T3 - Procedimiento para fabricación de un electrodo - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para fabricación de un electrodo que consta de carbono activado, caracterizado por comprender las siguientes etapas: - mezclado del 5 al 90% en peso de gránulos de carbono activado con un 5 a un 90% en peso 5 de un polvo de material termoplástico; - añadir a dicha mezcla de entre el 3 al 10% en peso de agua; - calentar la mezcla acuosa de 135 a 145° C; - agitar la mezcla calentada a dicha temperatura durante un período de tiempo predeterminado; - verter la mezcla caliente en un molde y prensarla a una presión de 500 a 2000 bar para fabricar un electrodo; - retirar del molde el electrodo fabricado para permitir que se enfríe.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para fabricación de un electrodo
Campo de la invención
[0001] La presente invención se refiere a un procedimiento para fabricación de un electrodo que consta de carbono activado granulado para uso en aplicaciones de electrosorción.
Técnica anterior
[0002] Los carbonos activados son materiales económicos obtenidos a través de pirólisis de sustancias orgánicas a altas temperaturas, y tienen un área superficial muy elevada y son eléctricamente conductores. Los carbonos activados se producen principalmente en forma de polvo o gránulos. Los carbonos activados se pueden usar como electrodo para el proceso de electrosorción (electro adsorción) para el tratamiento de agua contaminada o el almacenamiento de carga eléctrica (es decir, en condensadores). La electrosorción se define generalmente como una adsorción inducida por corriente o potencial en la superficie de los sólidos cargados eléctricamente. La carga eléctrica se realiza con una corriente muy baja (0,5 a 2,0 mA) o potencial (0,5 o 1,5 V). La capacidad de electrosorción depende de la superficie electroquímica y la conductividad del material utilizado como electrodo. Por otro lado, los carbonos activados se pueden usar en aplicaciones de electrosorción solo si toman forma de electrodo con una estructura monolítica.
[0003] En la técnica anterior para formar carbonos activados en una estructura monolítica, se utiliza una estructura en capas. Para producir tales estructuras, los carbonos activados en polvo se mezclan con resinas de reticulación específicas y/o aglutinantes de polímeros, prensándose sobre un material portador. Así, se forma una capa de carbono activado sobre el material portador. El área superficial y la resistencia mecánica de los electrodos logrados por este procedimiento son bajas, ya que la resina se difunde en los poros de los carbonos activados en polvo. Además, debido al uso de aglutinantes, su coste es elevado. Al polimerizar las resinas para aumentar la resistencia mecánica, se aplica un proceso químico, que reduce la conductividad eléctrica de los electrodos. Además, en caso que los electrodos obtenidos se usen en sistemas de flujo, causan un problema de disminución de la presión en el sistema.
[0004] En la técnica anterior, documento US 6770736 B1, se describe la fabricación de filtros de carbono activado mezclando carbonos granulares activados con polvos de polietileno que tienen un tamaño de partícula de 5 pm a 300 pm y sinterización a alta temperatura. Sin embargo, debido al uso de la sinterización en dicha aplicación, los espacios entre los gránulos de carbono activado se rellenan. Esto da como resultado una disminución de la superficie del carbono activado en el filtro fabricado.
[0005] Los documentos EP 2070875 A1 y WO 2014/090508 A1, ambos describen un proceso para preparar un electrodo para la desionización capacitiva del agua, que comprende: formar una composición que comprende carbono activado, aglomerante polimérico termoplástico y agua.
Breve descripción de la invención
[0006] Con la presente invención, se proporciona un procedimiento para fabricación de un electrodo que consta de carbono activado. Dicho procedimiento de fabricación comprende las etapas de mezclado del 5 al 90% en peso de gránulos de carbono activado con de un 5 a un 90% en peso de un polvo de material termoplástico; añadiendo a dicha mezcla del 3 al 10% en peso de agua; calentamiento de la mezcla acuosa a 135 hasta 145° C; agitar la mezcla calentada a dicha temperatura durante un período de tiempo predeterminado; verter la mezcla caliente en un molde y prensarla a una presión de 500 a 2000 bar para producir un electrodo; retirar del molde el electrodo producido para permitir que se enfríe.
[0007] En el procedimiento de fabricación de acuerdo con la presente invención, dado que la mezcla de gránulos de carbono activado, material termoplástico y agua se calienta a 135 hasta145° C, se evita que el termoplástico se fluidifique y que el espacio entre los gránulos de carbono activado se llene. Además, gracias al agua en la mezcla, dicha mezcla no solo se hace homogénea, sino que también se calienta homogéneamente. De esta manera, se logra un área superficial elevada del carbono activado del electrodo producido como una estructura monolítica.
Objeto de la invención
[0008] Un objeto de la presente invención es proporcionar un procedimiento para fabricación de un electrodo que consta de gránulos de carbono activado que tiene un área superficial elevada.
Descripción de la invención
[0009] El carbono activado es un material que tiene un área superficial elevada y que se utiliza principalmente para el proceso de adsorción y generalmente se encuentra en forma de polvo/gránulo. En aplicaciones de electrosorción, el carbono activado se utiliza para electrodos. En caso de que el carbono activado se utilice como electrodo, debe tener una estructura monolítica. En los procedimientos de producción convencionales de carbonos activados monolíticos, la superficie del carbono activado se reduce mientras que los gránulos de carbono activado se combinan. La reducción del área superficial del carbono activado da como resultado una disminución de la eficacia en aplicaciones donde el carbono activado se utiliza como electrodo. Por lo tanto, con la presente invención, se proporciona un procedimiento de fabricación de un electrodo que consta de gránulos de carbono activado y que presenta un área superficial elevada.
[0010] El procedimiento de fabricación de acuerdo con la presente invención comprende las etapas de mezclado del 5 al 90% (preferiblemente el 85%) en peso de gránulos de carbono activado con un 5 a un 90% (preferiblemente el 15%) en peso de un material termoplástico (por ejemplo, polietileno) en polvo; adición del 3 al 10% (preferiblemente el 5%) en peso de agua a dicha mezcla; calentar la mezcla acuosa a 135 hasta 145° C (preferiblemente a 140° C); agitar la mezcla calentada a dicha temperatura durante un período de tiempo predeterminado; vertido de la mezcla caliente en un molde y prensado de la misma a una presión de 500-2000 bar (preferiblemente 800 bar) para producir un electrodo; retirar del molde el electrodo producido para permitir que se enfríe.
[0011] En el procedimiento de fabricación de acuerdo con la presente invención, dado que dicho material termoplástico se mezcla con gránulos de carbono activado en polvo y agua, la mezcla se hace homogénea. Al calentar la mezcla a 135 hasta 145° C, el material termoplástico en polvo de la mezcla se funde y toma forma líquida. Dado que dicha temperatura es inferior a 145° C, el termoplástico en forma líquida se mantiene en una forma gruesa. Por lo tanto, no se permite que el material termoplástico penetre en todos los espacios entre gránulos de carbono activado, de modo que no reduzca el área superficial de carbono activado del electrodo producido. Además, el agua en la mezcla garantiza que dicha mezcla sea homogénea, y también que se evapore durante la agitación a dicha temperatura para permitir que la mezcla se caliente de manera homogénea. En el procedimiento de fabricación de electrodos de acuerdo con la presente invención, dado que los gránulos de carbono activado no se unen a un material portador y no se sinterizan, el área superficial del carbono activado en los electrodos producidos aumenta.
[0012] En una realización ilustrativa de la invención, el tamaño de dichos gránulos de carbono activo está comprendido en el intervalo de 0,5 a 1,5 mm. En otra realización ilustrativa, el tamaño de dichos polvos termoplásticos está comprendido en el intervalo de 0,1 a 0,5 mm. Dicho tamaño varía según las propiedades físicas del electrodo a producir (es decir, conductividad e índice de yodo). En una realización preferida de la invención, dicho procedimiento de fabricación comprende la etapa de llevar los gránulos de carbono activado y el polvo de material termoplástico a las dimensiones deseadas antes de la etapa de mezclar los gránulos de carbono activado con el polvo de material termoplástico. Llevar los gránulos de carbono activado y el polvo de material termoplástico a las dimensiones deseadas se realiza preferiblemente utilizando un tamiz. En una realización ilustrativa, los gránulos de carbono activado se pasan a través de un tamiz y se separan en dos grupos de 0,5 a 1 mm y 1 a 1,5 mm. De manera similar, dicho polvo de material termoplástico se pasa a través de un tamiz y se separa en dos grupos de 0,1 a 0,315 mm y 0,315 a 0,5 mm. En función de las propiedades físicas del electrodo a producir, el tamaño de los gránulos de carbono activado y el polvo de material termoplástico a mezclar mutuamente pueden variar. En realizaciones ilustrativas, pueden mezclarse entre sí gránulos de carbono activado de 0,5 a 1 mm y polvo de material termoplástico de 0,1 a 0,315 mm; gránulos de carbono activado de 0,5 a 1 mm y polvo de material termoplástico de 0,315 a 0,5 mm; gránulos de carbono activado de 1 a 1,5 mm y polvo de material termoplástico de 0,1 a 0,315 mm; gránulos de carbono activado de 1 a 1,5 mm y polvo de material termoplástico de 0,315 a 0,5 mm. De esta manera, el electrodo obtenido presenta las propiedades físicas deseadas.
[0013] En el procedimiento de fabricación de electrodos de acuerdo con la presente invención, dichos moldes pueden seleccionarse basándose en la forma y el tamaño de los electrodos a fabricar. En realizaciones ilustrativas, dichos moldes pueden ser cilíndricos, incluso de base elíptica, o prismáticos.
[0014] En el procedimiento de fabricación de acuerdo con la presente invención, dado que la mezcla de gránulos de carbono activado, material termoplástico y agua se calienta a 135 hasta 145° C, se evita que el termoplástico se fluidifique y llene el espacio entre los gránulos de carbono activado. Además, gracias al agua de la mezcla, tal mezcla no solo se hace homogénea, sino que también se calienta homogéneamente. De esta manera, se logra un área superficial elevada del carbono activado del electrodo producido como una estructura monolítica,

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para fabricación de un electrodo que consta de carbono activado, caracterizado por comprender las siguientes etapas:
- mezclado del 5 al 90% en peso de gránulos de carbono activado con un 5 a un 90% en peso de un polvo de material termoplástico;
- añadir a dicha mezcla de entre el 3 al 10% en peso de agua;
- calentar la mezcla acuosa de 135 a 145° C;
- agitar la mezcla calentada a dicha temperatura durante un período de tiempo predeterminado;
- verter la mezcla caliente en un molde y prensarla a una presión de 500 a 2000 bar para fabricar un electrodo; - retirar del molde el electrodo fabricado para permitir que se enfríe.
2. Procedimiento de fabricación según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho material termoplástico es polietileno.
3. Procedimiento de fabricación según la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa de mezclado de gránulos de carbono activado y polvo de material termoplástico, los gránulos de carbono activado son, en peso, el 85%.
4. Procedimiento de fabricación de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa de mezclado de gránulos de carbono activado y polvo de material termoplástico, el polvo de material termoplástico es, en peso, el 15%.
5. Procedimiento de fabricación de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa de de adición de agua a la mezcla, el agua es, en peso, el 5%.
6. Procedimiento de fabricación de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa de calentamiento de la mezcla, la temperatura es de 140° C.
7. Procedimiento de fabricación según la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa de vertido de la mezcla caliente en el molde y prensado, la presión es de 800 bar.
8. Procedimiento de fabricación según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende la etapa de llevar los gránulos de carbono activado y el polvo de material termoplástico a las dimensiones deseadas antes de la etapa de mezclado de los gránulos de carbono activado con el polvo de material termoplástico.
REFERENCIAS CITADAS EN LA DESCRIPCIÓN
La lista de referencias citada por el solicitante lo es solamente para utilidad del lector, no formando parte de los documentos de patente europeos. Aún cuando las referencias han sido cuidadosamente recopiladas, no pueden excluirse errores u omisiones y la OEP rechaza toda responsabilidad a este respecto.
Documentos de patente citados en la descripción
• US 6770736 B1 [0004] • WO 2014090508 A1 [0005]
• EP 2070875 A1 [0005]
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