FR2833618A1 - Reacteur electrochimique-filtre a cartouche de construction polygene combinable - Google Patents

Abstract

Réacteur Electrochimique de type Filtre à Cartouche visant à assister énergiquement ses fonctions électrochimiques par des sources d'énergies différentes.L'invention concernant un Réacteur Electrochimique de type Filtre à Cartouche, prévu pour la production électrolytique de composés organiques ou minéraux, ou de non-métaux, à séparation de métaux déposés à la cathode par réduction cathodique, comportant un récipient dit réacteur électrochimique muni d'au moins un ou plusieurs moyens d'accouplement électrique de circulations électrolytiques, gazeux et de dégazage, logeant dans son corps au moins une cellule électrochimique de type cartouche, muni d'une source d'inadiation d'énergies, Acoustiques, Micro-Ondes, Photoniques, ou engagé avec un milieu Supercritique pendant les réactions électrochimiques.L'invention comporte une application concernant une membrane métallique faite par frittage de poudres ou de fibres métalliques, en l'utilisant comme une enveloppe pour un métal liquide, afin de réaliser une électrode de métal liquide à haute surface de contact.

Description

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La présente invention concerne un dispositif modulable, aisément montable et démontable, mobile, de construction simple et de fonctionnement combinable pour effectuer des réactions Electrochimiques, avec ses variantes perfectionnées, Acoustiques électrochimiques, MicroOndes électrochimiques, Supercritiques électrochimiques et Photo-électrochimiques, avec toutes possibilités de combinaison entre eux, des éléments fonctionnels et des électrodes à haute porosité, pour effectuer des réactions électrochimiques, thermochimiques-catalytiques ou thermo-électrochimiques.

Cette réaction électrochimique est traditionnellement effectuée à l'aide d'un électrolyseur statique, ce qui augmente le risque des accidents, et minimise les conditions d'utilisation, elle est effectuée horizontalement ce qui présente une contrainte d'expansion des unités en vue d'augmenter la production.

Les électrodes sont faites récemment en trois dimensions, pour augmenter la surface totale, souvent à l'aide d'un polymère conductible.

Ces électrodes, outre le fait d'être généralement de réalisation à l'aide d'un polymère conductible, présentent l'inconvénient d'être non-multifonctionnel.

La présente invention permet non seulement d'éliminer ces inconvénients primordiaux mais encore d'apporter un certain nombre d'avantages, de réaliser un dispositif Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche multifonctionnel d'une structure multitâche modulable expansible verticalement et horizontalement, avec des possibilités de connection en série ou en continu, ainsi en trois dimensions avec toutes combinaisons possibles entre les variantes des réacteurs, de réaliser des éléments spéciaux et des moyens nécessaires en vue de la réalisation de la présente invention, de produire des cartouches à composition variable, fonctionnelle de très grande surface totale, pour augmenter la vitesse des réactions, dans un temps relativement court, qui lui permet de s'appliquer aux cas les plus divers où l'on veut assurer une mise en oeuvre d'énergie électrique couplée à des transformations chimiques forcées ou spontanées, à titre d'exemple non limitatif, des réactions Électrochimiques, Thermochimiques-Catalytiques et Thermo-Electrochimiques, Acoustiques électrochimiques, Acoustiques électrochimiques catalytiques, Micro-ondes électrochimiques, Micro-ondes électrochimiques catalytiques, Supercritiques Electrochimiques, Photosensibilité Electrochimiques, Photocatalytiques Electrochimiques prises en compte, appliqués séparément ou en combinaison soit avec eux-mêmes ou avec autres techniques de génie possibles.

Le dispositif comporte en effet, selon une première caractéristique : - une ou plusieurs cellules électrochimiques, dites cartouches (1).

- un réacteur dit filtre à cartouche réacteur (2A2B).

La dite cartouche est un système, à titre d'exemple non limitatif, pour mettre en oeuvre l'énergie électrique couplée à des transformations chimiques, forcées ou spontanées aisément remplaçable, démontable, montable à l'intérieur d'un filtre à cartouche, permettant libre circulation d'un liquide, fluide, gel, gaz, vapeur, solide et électrolyte.

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D'une part : Elle est composée d'au moins deux dispositifs spécifiques : des électrodes anode (3) et cathode (4) de géométries symétriques, à titre d'exemple non limitatif cylindriques, rectangulaires, parallèlement arrangées espacées en alternance avec ou sans séparateurs, les électrodes sont réalisées, à titre d'exemple non limitatif, en structures métalliques, sous forme de, à titre d'exemple non limitatif, filtres, mailles, tamis, mousses métalliques, feutres, fibres, mousses plastiques métallisées ou selon l'invention, par frittage de poudres métalliques ou en structure de substrat d'oxydes métalliques, à titre d'exemple non limitatif, comme l'oxyde de Titane, l'oxyde de chrome, l'oxyde de magnésium, titanate de barium, gel, aérogels, d'une façon plus générale, y compris, des matériaux à lacunes de photons, matériaux macroporeux, carbones macroporeux.

La position des électrodes (3) et (4) par rapport au centre de géométrie peut être inversée Fig 21, Fig 25.

La sélection des matériaux de ces dispositifs spécifiques anode et cathode, dépend de l'application spécifique électrochimique, à titre d'exemple non limitatif, y compris, Graphite, Pt, Au, Titane et ses alliages, Titane et ses alliages revêtus d'une couche de métaux nobles ou des métaux de transition, Platine, Palladium, Rh, ou un substrat macroporeux, des matériaux à lacunes de photons, matériaux macroporeux, alumina ou carbone macroporeux, de poudres d'oxyde de métaux, oxyde de titane, oxyde de chrome, oxyde de magnésium, titanate de barium revêtu par des oxydes de métaux de transition, ou des oxydes de métaux nobles, à titre d'exemple non limitatif, Ruthénium (Ru Os) oxyde de Iridium (Ir Oz) oxyde de Cérium (Ce Os). Les dispositifs spécifiques anode et cathode peuvent être aussi en Inox, Nickel, Cuivre, Cadmium, Zircon, Plomb, Argent, Niobium, Niobium platine, Acier de carbone, Zinc, Mercure, l'objectif d'une manière plus générale, est d'introduire un catalyseur à un maximum de surface active, de structure hautement contrainte à grand rapport surface/volume sur un support à grand rapport surface/volume exposé à des réactions chimiques, électrochimiques. Les anodes peuvent être des anodes réactives à titre d'exemple non limitatif, en Al, Mg, Pb, Zn, Cu.

D'autre part : Les électrodes (3) et (4) sont espacées par une brèche (7) Fig. 13 ou, si nécessaire un séparateur (8) Fig. 16 réalisé à titre d'exemple non limitatif, en céramique poreuse, polymère fibreux, conduits en polymère poreux comme des barrières, le séparateur peut être des membranes ou de résines changeuses d'ions (39), (40) Fig. 19, les résines pourront remplir les compartiments catholyte et anolyte (41) et (42) en Fig. 19. C'est ainsi que le séparateur (8) peut être une membrane de séparation (31) Fig. 20, pour empêcher la mixtion de l'anolyte et la catholyte.

Le choix de ce type de séparateur dépendra de l'application spécifique électrochimique.

Tous ces éléments, assemblés, en alternance, symétriquement, si nécessaire, autour d'un tube poreux (9) Fig. 4, formant par ses limites, un canal de circulation d'électrolyte qui pourrait être fabriqué, à titre non limitatif, en élastomère poreux ou céramique poreux.

Les éléments et les comportements du système spécifique, et les séparateurs, si nécessaire les compartiments des moyens promoteur de turbulences, les joints sont maintenus unis, à titre d'exemple non limitatif, par compression ou par capuchons à la base (10) supérieure ou inférieure (11) ou par collage, ou par des moyens d'assemblage.

Les éléments de générateur de turbulence (12) incluant des éléments pour diffusion d'un gaz sur l'anode et la cathode, ajoutés ou assemblés adjacents à la surface des électrodes, ou bien les éléments de diffusion gazeuse peuvent être à l'intérieur des électrodes à l'aide d'un canal, ce dernier devenant une électrode à diffusion gazeuse ou à consommation gazeuse.

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Des éléments d'accouplement temporaire, électriques (5) et (6) et si nécessaire, de recirculation d'électrolytes dit hydrauliques (13) et gazeux (22) Fig. 14, sont placés à titre d'exemple non limitatif, sur les capuchons ou directement sur l'extrémité d'ensemble des cartouches, de façon à permettre des contacts étanches, traversant les parois des filtres à cartouche (2A2B) réacteur, vers le milieu extérieur.

Ainsi, l'accouplement électrique (19) et (20) et si nécessaire, de recirculation d'électrolytes dit hydrauliques (21) et gazeux (22) Fig. 3 est possible de l'extérieur.

Le design de cette cartouche dépend de l'application spécifique électrochimique, et les réactions chimiques associées, ainsi que l'usage final, à titre d'exemple non limitatif, industriel, médical ou électronique.

Selon des modes particuliers de réalisation, la cartouche peut être fabriquée en plusieurs variétés, caractérisées par :
1-Un seul élément ou une seule électrode (3) ou (4) à structure, composition, fonction et application bien déterminées.

2-Un seul élément ou une seule électrode (3) anode ou (4) cathode dépendante ou indépendante de la cartouche ou du réacteur.

3-Cellules d'écoulement indivisibles avec deux électrodes cathode et anode, électrolyseur monocompartiment Figl3.

4-Cellules d'écoulement divisibles, avec un séparateur (8) Fig. 4, un diaphragme.

5-Cellules d'écoulement divisibles avec des membranes échangeuses d'ions Fig. 19.

L'ensemble ci-dessus mentionné est utilisé, et trouve des applications dans le domaine, dans quelques exemples de design de batteries d'écoulement, synthèse chimique, enlèvement des ions de métaux ou enlèvement organique ou purification de solution.

6 - Cellules d'écoulement divisibles avec électrodes poreuses, gazeuses, trouvant la même application que ci-dessus Fig. 14.

7 - Cellules d'écoulement divisibles avec un minimum de deux séparateurs, en membranes échangeuses d'ions MEA (40) et MEC (39) Fig. 19 utilisées par exemple dans la récupération d'acides et alcalin, à partir de ces solutions neutres.

8-Cellules d'écoulement divisibles avec un minimum de deux séparateurs, en résines échangeuses d'ions, qui remplieront les compartiments catholyte (42) et anolyte (41) Fig. l9.

9-Cellules d'électrodyalises pour enlèvement, séparation, purification et concentration des sels.

10-Cellules en membranes bipolaires (48) Fig. 29 ou électrodes bipolaires. Celles-ci se trouvent des applications dans l'enlèvement des sels, et dans le design de batteries, et cellules de conversion.

11-Cellules à électrodes, anodes gazeux, trouvant des applications dans les cellules de conversion, traitement des effluents gazeux ou pour la réduction de la polarisation d'une cellule Fig. 18.

12-Cellule en configuration de trois électrodes, contrairement aux cellules de 1 à 11 qui fonctionnent pour effectuer des réactions à condition de courant constant, la présente cellule fonctionne pour effectuer des réactions à condition d'un potentiel constant.

13-A électrode ou à substrat chauffants.

14-Selon l'invention, des cellules verticales, mono et multi-compartiments cylindriques, à cathodes métalliques liquide, mercure, en forme de cartouche sont réalisables Fig. 20, ainsi que d'autres géométries verticales parallèlement planifiées, Fig. 3 L Par contre, on connaît déjà que les cellules actuellement opérables, à échelles industrielles, pour fabriquer le nitrate d'hydroxylammonium, de haute pureté, sont horizontales et monocompartimentales.

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Les dispositifs selon l'invention, sont réalisables de la manière suivante :
1-La cathode, mercure, sera enfermée dans un compartiment (29) réalisé par la technique de frittage de poudres métalliques d'alliages, Hastelloy.

Ce dernier compartiment sera protégé par une deuxième membrane poreuse (30), si nécessaire.

2-L'anode est réalisable, à titre d'exemple non limitatif, selon l'invention, en surface poreuse, à haute superficie, par la technique du frittage, en poudre de platine ou par des méthodes traditionnelles d'une anode platinée.

3-Une membrane qui sépare l'anolyte de la catholyte réalisable en matériaux pertluorés.

Les dessins annexes Fig. 20 représentent une coupe transversale, verticale illustrant l'invention, de formes cylindriques, les dessins annexes Fig. 28 représentent une coupe transversale, verticale illustrant l'invention généralement sous n'importe quelle forme, et particulièrement en forme de cartouche ou cassette constituant une variante du dispositif initial, Fig. 13.

En référence aux dessins Fig. 20 et Fig. 28, le dispositif comporte une cathode (26) métallique, liquide, mercure, de forme verticale, permettant un grand contact superficiel, entre ces deux parois de contact, et les produits chimiques à traiter, le compartiment de la cathode réalisé par frittage de poudres métalliques, Hastelloy, maintient la colonne de mercure verticalement, on peut utiliser aussi des feutres de nanofibres Hastelloy en forme de feuilles avec un support de textile métallique de même composition. L'anode poreuse à très haute superficie, réalisée, à titre non limitatif, par frittage de poudres de platine ou de poudres de Titane, on peut utiliser aussi des feutres de nanofibres de Titane, le tout pouvant être platinisé ultérieurement, par exemple, à titre non limitatif, par les méthodes de déposition, à phase vapeur, (C. V. D.), Epitaxie à rayon molléculaire, pulvérisation et pyrolyse, réduction chimique avec ou sans polymer stabilisant, déposition électrophorétique, constitueront une partie indivisible de l'invention.

Selon l'invention, la forme finale de la cellule aura une géométrie parallèle cylindrique Fig. 20 en forme finale de cartouche ou parallèlement planifiée en forme finale de cassettes rectangulaires Fig. 31.

La cellule ci-dessus décrite, permet la construction des cellules électrochimiques, par multiplication des compartiments de géométrie variable.

Les cartouches de ce type trouvent une application dans la synthèse de nitrate de hydroxylammonium, HAN, dans la composition de l'anolyte et une solution aqueuse d'acide minéral, capable de fournir des protons a la catholyte. A la surface de l'anode platinée, l'eau sera décomposée en oxygène et acide.

Le proton passerait à travers la membrane verticale en direction de la catholyte. L'anolyte et la catholyte sont séparées par une membrane perfluorée.

L'acide nitrique à 70 % poids % est ajouté à la catholyte qui était refroidie auparavant, par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur.

Le voltage minimum de cellule est 3, 2V.

La cartouche peut produire, HAN, plus un excès libre d'acide nitrique, après électrolyse. Le processus exige une neutralisation de l'excès d'acide nitrique suivie par une opération d'évaporation de HAN à haute température, pour concentrer les 25 % de HAN solution, à 82 % poids %.

La pureté du produit est maintenue par l'utilisation de matériau anticorrosion dans la construction des appareils.

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Les figures 20 et 31, représentent une coupe transversale, verticale, le dispositif de l'invention d'une cellule électrochimique à cathodes métalliques liquides, en mercure, de haut survoltage d'hydrogène.

En référence à ce dessin, le dispositif est réalisable en géométrie variable des compartiments, parallèlement planifiée, et par multiplication des compartiments parallèlement verticaux.

Le dispositif comporte un compartiment catholyte de recirculation (34), une cathode métallique, liquide de mercure (26) enfermée dans un compartiment cathodique poreux, Hastelloy (26), un compartiment poreux de protection, facultatif, (30) qui protège le compartiment (29), une membrane perfluorée (31) qui sépare la cathode de l'anode, un compartiment anolyte de recirculation (33), une anode (3) platinée poreuse le tout latéralement parallèlement assemblé.

D'une façon plus générale, selon l'invention la géométrie finale de la dite cartouche, parallèlement cylindrique ou parallèlement rectangulaire, peut être construite en autre forme finale de configuration particulière d'électrolyseurs qui fonctionnent avec écoulement électrolytique forcé, à titre d'exemple non limitatif, électrolyseur à espace bipolaire, cellule spiralée, ou sous forme de feuilles flexibles ou à partir de composants précurseurs coulés sur les feuilles de conceptions spirales ou cylindriques, et une cellule à espace capillaire circulaire, les électrodes et les séparateurs sont arrangés en alternance, la multiplication de tout compartiment est possible, ainsi que les moyens d'accouplements, électriques, hydrauliques et gazeux, avec les électrodes et les joints.

Les éléments d'accouplement temporaire courant électrique rectifié des électrodes, les éléments d'accouplement temporaire gazeux et les joints, le tout si nécessaire est fixé sur les capuchons (10) et (11), ainsi que les éléments centraux d'assemblage de cartouches.

Les dimensions de la cartouche dépendent de l'application et de l'usage final, à titre d'exemple non limitatif, chimique, électrochimique, semi-industriel, industriel ou d'usage en laboratoire, d'usage médical ou électronique, il peut dépendre aussi du type de variante perfectionnée à associer, à titre d'exemple non limitatif, la cartouche aura alors des dimensions pour un usage léger, de l'ordre (25,2 cm) pour la longueur et (6.4 cm) pour le diamètre.

Le design du Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche, corps de cartouche, boîtier à cartouche, dépendrait de l'application spécifique, électrochimique, et l'usage final, à titre d'exemple non limitatif, industriel, médical ou électronique, ainsi que du type de cartouche à utiliser. Celui-ci, filtre à cartouche, peut être réalisé selon plusieurs variantes, à titre d'exemple non limitatif Selon une variante Fig. 1, un boîtier composé : tête (2B), bol (2A) formant l'ensemble (2A 2B) et moyens d'assemblage (53), dépendant ou indépendant du bol, pour être facilement montable ou démontable, selon autres variétés, la tête de boîtier (2B), peut être directement vissée ou scellée avec le bol (2A). dans ce cas, le filtre est considéré comme élément jetable ou récupérable, car il n'est pas possible de changer la cartouche Fig. 2.

Les filtres à cartouche peuvent être munis de différents moyens : - d'une ou plusieurs entrées d'électrolytes (1E), (21), - d'une ou plusieurs sorties d'électrolytes (2E), (3E), - d'un ou plusieurs orifices (24) pour évacuer les gaz, - des moyens pour le raccordement étanche électrique à titre d'exemple non limitatif, - des orifices étanches de passage Fig. 1 (55), et si nécessaire, de même des moyens pour les éléments de recirculation d'électrolytes dit hydrauliques (21), gazeux (22), dont les moyens d'étanchéité sont assurés, à titre d'exemple non limitatif, avec des joints ou avec un bouchon à visser et des joints.

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La sélection des matières premières pour la construction du Réacteur Electrochimique dépendrait de l'application spécifique, électrochimique, du type de réactions chimiques associées, de la condition et du paramètre physique de l'application de la température et pression.

Ils peuvent être réalisés : - selon les variétés Fig. 3, ils peuvent être munis d'un moyen d'accouplement temporaire électrique, (20) et (19) à titre d'exemple non limitatif scellés directement sur les parois, ainsi que des moyens de recirculation d'électrolytes dit hydrauliques (21), gazeux (22) qui se trouvent à l'intérieur de (5) et (6) incluant (19) et (20) si nécessaire, en les traversant de l'extérieur à l'intérieur, ces moyens temporaires d'accouplement sont destinés à s'accoupler avec la cartouche. La position et le placement, le type et le nombre de ces éléments dépendent de l'application électrochimique spécifique, le type de cartouche est la méthode d'expansion et multiplication de la cellule électrochimique, verticalement et horizontalement.

Dans la variété de filtres à cartouche Fig. 3, ils sont munis d'une cartouche Fig. 4, cellule électrochimique mono-compartiment à une anode (3) et une cathode (4) dans la position des électrodes qui sont réversibles par rapport au centre de la cartouche, cette cartouche peut être réalisée avec ou sans corps central (9), avec ou sans séparateur (8). C'est ainsi que la cartouche Fig. 4 est destinée à s'accoupler temporairement à l'intérieur du filtre à cartouche Fig. 3.

Selon une variété non-illustrée, le filtre à cartouche peut être muni d'une électrode (3) ou (4) préfixée à l'intérieur du filtre à cartouche (2A), (2B), prête à recevoir une électrode absente, démontable. C'est ainsi que les cartouches sont réalisables de façon montable et démontable, par exemple Fig. 4 et Fig. 5. Ceci pour faciliter le changement des électrodes, si l'application électrochimique l'exige, par exemple dans le domaine du traitement des effluents pour la récupération des métaux lorsque les électrodes sont chargées par les dépôts de métaux, on peut démonter les cathodes chargées et remplacer celles-ci par des autres cathodes non chargées.

Dans la variété de filtres à cartouche Fig. 1, ils sont munis d'une cartouche Fig. 6, cellule électrochimique mono-compartiment à une anode (3) et une cathode (4) dans la position des électrodes qui sont réversibles par rapport au centre de la cartouche, celle-ci peut être réalisée avec ou sans corps central (9), avec ou sans séparateur (8). C'est ainsi que la cartouche Fig. 6 est destinée à s'accoupler de façon fixe ou temporaire à l'intérieur du filtre à cartouche Fig. l.

- d'orifices d'accouplement électriques (19) et (20), de moyens de recirculation d'électrolytes dit hydrauliques (21), gazeux (22) assurant une étanchéité vers l'extérieur de la cartouche, par scellage ou par l'intermédiaire de joints d'étanchéité.

- d'une ou plusieurs entrées d'électrolytes (1E), (21) - d'une ou plusieurs sorties d'électrolytes (2E), (3E) - d'un ou plusieurs orifices (24) pour évacuer les gaz qui sont placés à la tête (2B) du filtre à cartouche.

La dimension du Filtre à Cartouche dépend de la dimension de la Cartouche, de l'application et de l'usage final, à titre d'exemple non limitatif, chimique, électrochimique, semi-industriel ou d'usage en laboratoire, d'usage médical ou électronique. Il peut dépendre aussi du type de variante perfectionnée à associer, à titre d'exemple non limitatif, le Filtre à Cartouche aura alors des dimensions pour un usage léger, de l'ordre (41,1 cm) pour la longueur et (12,4 cm) pour le diamètre.

Ce filtre à cartouche peut recevoir, à titre d'exemple non limitatif, une cartouche de type selon les figures suivantes, avec des vues à plus grande échelle en largeur pour la clarté des dessins :

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Figure 13 une cellule électrochimique indivisible en forme de cartouche, composée de deux électrodes (3 et 4) et une brèche (7). Les éléments de contact électrique (5 et 6) sont placés sur le capuchon inférieur ou directement sur l'extrémité inférieure de la cartouche, dont un corps central d'assemblage (9) et des joints d'étanchéité hydrauliques (25).

Figure 14 une cellule électrochimique indivisible, en forme de cartouche à une cathode (4) gazeuse, avec des éléments d'accouplement gazeux (22) et des éléments de contact électrique (5 et 6), qui sont placés sur le capuchon inférieur ou directement sur l'extrémité inférieure de la cartouche.

Figure 19 une cellule électrochimique en forme de cartouche, à membranes anioniques MEA (40) et cationiques MEC (39).

Figure 29 une cellule électrochimique en forme de cartouche divisible avec une membrane bipolaire (48).

Figure 15 une cellule électrochimique en forme de cartouche, à anode gazeuse et à cathode gazeuse. Les éléments de contact gazeux (22) sont placés sur le capuchon inférieur, et peuvent être utilisés comme des éléments de contact électrique. Sur le capuchon supérieur (10) sont placés des orifices de dégazage (54).

Figure 20 une cellule électrochimique en forme de cartouche, à colonne de mercure vertical comme cathode (26) à compartiment poreux, cathodique Hastelloy (29) protégé par un support poreux, à titre d'exemple non limitatif, fibreux (30), si nécessaire, à une membrane perfluorée (31), à une anode (3) à haute porosité, à titre d'exemple non limitatif, en Platine ou Titane platiné, le compartiment catholyte (27), le compartiment anolyte (28). Des orifices de circulation de l'anolyte (33) et l'orifice de circulation de la catholyte (34) ainsi que, si nécessaire, l'orifice de circulation de la colonne de mercure (26) sont placés sur le capuchon inférieur (11) et supérieur (10).

Figure 16 une cellule électrochimique en forme de cartouche, divisible par un séparateur (8) ou une membrane ou une résine échangeuse d'ions (38), cationique (39) ou anionique (40).

Figure 18 une cellule électrochimique, en forme de cartouche, divisible par une membrane échangeuse d'ions ou résines échangeuses d'ions (38) avec une anode (3) et des éléments d'accouplement gazeux (22).

Figure 6 une cellule électrochimique, munie de cavités sur les anodes (57) et les cathodes (56) permettant les multiplications verticales des cartouches en emboîtant les éléments d'accouplement électriques, et hydrauliques.

D'une façon plus générale, le Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche muni par les Cartouches précitées peut servir, à titre d'exemple non limitatif, dans les applications suivantes, électrosynthèse organique, électrosynthèse minérale, traitement des effluents liquides, dénitration, dénitritation, traitements épuratifs indirects : production d'oxydants hypochloryte, peroxyde d'hydrogène, ozone, Ag (II), Co (Ill), traitement des effluents gazeux, dissolution électrochimique des solides.

Dans le cas d'exemple d'application industrielle, sur la figure 24 on voit un Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche couplé à un circuit de traitement des effluents liquides en continu pour le récupération des métaux par dépôt électrochimique des, Cu, Au, Ag et Ni, le réacteur est muni d'une cartouche simple (1) d'une cathode (4), une anode (3) et un séparateur (8), le réacteur est alimenté par courant électrique rectifié par un redresseur (67).

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui en est donnée ci-après, en référence aux dessins annexés représentant, schématiquement et simplement à titre d'exemple, différentes formes de réalisation possible de ladite invention.

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La Figure 1 est une coupe transversale d'un Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche, conforme à l'invention, cette coupe étant faite verticalement perpendiculairement aux lignes 1-1 de la coupe T3-T4 Fig. 22 représentant une forme de réalisations possibles du réacteur, un boîtier composé : Tête (2B), bol (2A) et moyens d'assemblages (53).

La Figure 2 est une coupe transversale verticale d'un Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche, conforme à l'invention, cette coupe étant faite verticalement, perpendiculairement aux lignes 1-1 de la coupe T3-T4 Fig. 22 représentant un boîtier non-composé à une seule pièce (2A2B).

La Figure 3 est une vue analogue à la précédente, mais dans laquelle les contacts électriques, gazeux et hydrauliques entre la cartouche Figure 4 et le milieu extérieur, se font par l'intermédiaire d'accouplements temporaires.

La Figure 4 est une coupe transversale verticale d'une cartouche munie d'éléments d'accouplements électriques temporaires sur l'anode et les cathodes.

La Figure 5 est une vue partielle de la précédente cartouche, dans laquelle, on voit seulement la cathode, déterminant que la façon de l'ensemble des cartouches est montable et démontable.

La Figure 6 est une coupe transversale verticale d'une cartouche représentant une forme de réalisation possible dans les éléments de contact électrique fixés sur la cartouche de façon à traverser directement les parois du réacteur, sur cette vue on peut constater aussi la présence de cavités sur l'anode et les cathodes, à l'extrémité supérieure de la cartouche, qui permettront l'expansion verticale en emboîtant une deuxième cartouche et en logeant les éléments (5) et (6), ainsi que les éléments d'accouplements temporaires hydrauliques (13) fixés sur la cartouche.

La Figure 7 est une coupe transversale verticale d'une variante du Réacteur ElectrochimiqueFiltre à Cartouche, plus longue que la variante précédente de la Figure 1, qui permettra la multiplication verticale des cartouches.

La Figure 8 est une coupe transversale verticale représentant une variante du Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche, permettant la multiplication horizontale des cartouches.

La Figure 9 est une vue de haut du Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche du même appareil que Figure 8, dont la partie 2B a été détachée, et sur laquelle on voit la multiplication des cartouches réalisée en 4 éléments, horizontalement.

La Figure 10 est un schéma explicatif d'un mode de connexion hydraulique permettant la multiplication en série des réacteurs de la variante Figure 1.

La Figure 11 est un schéma explicatif d'un mode de connexion hydraulique du Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche suivant la variante Figure 3 permettant la multiplication en parallèle des réacteurs.

La Figure 12 est un schéma explicatif d'un mode de connexion hydraulique du Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche suivant la variante Figure 3 permettant la multiplication de façon continue des réacteurs.

La Figure 13 est une vue à plus grande échelle en largeur, variante de la cartouche Figure 6, représentant une coupe verticale transversale d'une cellule électrochimique indivisible.

La Figure 14 est une vue à plus grande échelle en largeur, variante de la cartouche Fig. 6, représentant une coupe verticale transversale d'une cellule électrochimique indivisible avec une cathode à diffusion de gaz. la Figure 15 est une vue à plus grande échelle en largeur, variante de la cartouche Fig. 6, représentant une coupe verticale transversale d'une cellule électrochimique indivisible, avec une cathode et anode à diffusion gazeuse.

La Figure 16 est une vue à plus grande échelle en largeur, variante de la cartouche Fig. 6, re présentant une coupe verticale transversale d'une cellule électrochimique divisible avec un séparateur (8).

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La Figure 17 est une vue à plus grande échelle en largeur, variante de la cartouche Fig. 6, représentant une coupe verticale transversale d'une cellule électrochimique divisible avec un séparateur en membranes changeuses d'ions (38).

La Figure 18 est une vue à plus grande échelle en largeur, variante de la cartouche Fig. 6, représentant une coupe verticale transversale d'une cellule électrochimique divisible avec une anode à diffusion à gaz.

La Figure 19 est une vue à plus grande échelle en largeur, variante de la cartouche Figure 6, représentant une coupe verticale transversale d'une cellule électrochimique divisible avec une membrane anionique (40) et une membrane cationique (39).

La Figure 20 est une vue à plus grande échelle en largeur, variante de la cartouche Figure 6, représentant une coupe verticale transversale d'une cellule électrochimique divisible avec une membrane perfluorée (31) et une cathode de métal liquide (26) enfermée dans un compartiment poreux en Hastelloy (29).

La Figure 21 est une vue représentant une coupe transversale horizontale suivant la ligne Tl- T2 de la Figure 13, dans laquelle la position des anodes est à l'extérieur, et celle des cathodes à l'intérieur par rapport à l'axe central, sur laquelle on voit une brèche de séparation entre les deux.

La Figure 22 est une vue représentant une coupe transversale horizontale suivant la ligne T3T4 de la Figure 13 passant par les éléments d'accouplements électriques, sur laquelle les éléments d'accouplements électriques se trouvent sur le même axe.

Les Figures 23-24 sont des vues représentant une coupe transversale horizontale analogues à la précédente, dans lesquelles les éléments de contacts électriques sont déplacés autour de l'axe central.

La Figure 25 est une vue représentant une coupe transversale horizontale analogue à la Figure 21, dans laquelle l'anode se trouve à l'intérieur et la cathode à l'extérieur, ceci présentant une autre possibilité d'assemblage inverse de cathode et d'anode.

La Figure 26 est une vue représentant une coupe transversale horizontale suivant la ligne T7T8 analogue à la Figure 14, dans laquelle on voit les éléments d'accouplements d'une cathode à diffusion gazeuse.

La Figure 27 est une vue représentant une coupe transversale horizontale suivant la ligne T9- TI0 de la Figure 19, dans laquelle on voit la position des membranes cationiques (39) et anioniques (40) et les comportements cationiques (42) et anioniques (41) par rapport à l'axe central de la cartouche et les parois du réacteur.

La Figure 28 est une vue représentant une coupe transversale horizontale suivant la ligne Tl lT12 de la Figure 20, dans laquelle on voit la position des compartiments cathodiques (26) en métal liquide mercure enfermés dans les compartiments cathodiques de Hastelloy (29), le support de protection du compartiment cathodique et comme option, on voit aussi la position de la membrane peur-fluorée (31). On voit aussi la position de l'anode (3).

La Figure 29 est une vue à plus grande échelle en largeur, variante de la cartouche Fig. 6, représentant une coupe transversale verticale d'une cartouche en membrane bipolaire.

La Figure 30 est une vue représentant une coupe transversale horizontale suivant la ligne T13- T 14, dans laquelle on voit la position des membranes bipolaires par rapport à l'anode (3) et la cathode (4).

La Figure 31 est une vue représentant une coupe transversale verticale d'une cellule de configuration cylindrique cartouche de la Figure 20, mais dans laquelle on voit tout le compartiment parallèlement et verticalement planifié en forme de cassette rectangulaire.

La Figure 32 est une vue représentant une coupe transversale horizontale suivant la ligne T15T16 dans laquelle on voit tous les compartiments représentés sur la Figure 31 où ils sont rangés pour donner une forme finale de cassettes rectangulaires.

La Figure 33 est une vue représentant un schéma explicatif d'une réalisation possible de mise en oeuvre de l'invention d'une application possible dans le domaine de traitement de rejets liquides pour les récupérations des ions des métaux lourds en circuit fermé.

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On voit un Réacteur Electrochimique bouclé de façon continue avec un réservoir (76) qui contient des effluents liquides d'un métal lourd récupérable, la circulation des effluents est assurée par une pompe électrique reliée à un redresseur de courant électrique (67), les moyens d'accouplement électrolyte (21) et (3E) sont fermés.

La Figure 34 est une vue représentant une coupe transversale verticale d'un Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche analogue aux Fig. 1 et 3, dans lesquelles les éléments d'accouplements électriques (19) et (20) sont placés sur les parois extérieures des réacteurs, et précisément dans la région Tête (2B).

La Figure 35 est une vue de dessus en plan, représentant la partie Tête (2B) du réacteur, sur laquelle on voit l'emplacement extérieur de l'accouplements électrique des électrodes (19) et (20), les deux orifices (24) de dégazage, et quatre placements de fixation (66) du réacteur.

La Figure 36 est une vue de dessous en plan, représentant la partie Tête (2B) du réacteur, sur laquelle on voit les éléments d'accouplements électriques temporaires (19) et (20) destinés à s'accoupler avec les cartouches électrochimiques et permettent le contact électrique des électrodes avec le milieu extérieur, on voit aussi l'emplacement de l'orifice de dégazage (24) côté entrée (1E).

La Figure 37 est une vue représentant une coupe transversale verticale d'un Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche, variante (34) immergé dans un bain ultrasonique (56).

La Figure 38 est une coupe transversale verticale dans un Réacteur Acoustique Electrochimique-Filtre à Cartouche, sur laquelle on voit des transducteurs (58) fixés directement sur les parois extérieures du réacteur (2A2B).

La Figure 39 est une coupe transversale verticale dans un Réacteur Acoustique Electrochimique-Filtre à Cartouche, sur laquelle on voit des transducteurs (58) scellés et submergés dans le réacteur, avec un contact extérieur destiné à se connecter avec un générateur de fréquences ultrasoniques.

La Figure 40 est une coupe transversale verticale dans un Réacteur Acoustique Electrochimique-Filtre à Cartouche, sur laquelle on voit une sonde ultrasonique (59) traversant les parois du réacteur vers l'intérieur, en contact direct avec l'électrolyte.

La Figure 41 est une coupe transversale verticale dans un Réacteur Acoustique Electrochimique-Filtre à Cartouche, sur laquelle on voit deux cornes (59) ultrasoniques identiques, en contact direct avec les parois extérieures du réacteur.

La Figure 42 est une coupe transversale horizontale dans un Réacteur Acoustique Electrochimique-Filtre à Cartouche, suivant les lignes T17-T18 dans la Fig. 41, représentant une vue en élévation, sur laquelle on voit quatre cornes (59) ultrasoniques identiques qui sont fixées autour de la paroi extérieure cylindrique du réacteur.

La Figure 43 est un chemin explicatif de fonctionnement d'une installation en continu du Réacteur Electrochimique placé dans une chambre électromagnétique, entouré par l'atténuateur de coupure de longueur d'ondes (61) dirigé dans la région des radiations de Micro-ondes par le guide d'ondes (62), alimenté de façon bouclé ou en continu avec les réactifs chimiques, par l'intermédiaire d'une pompe électrique (PI).

La Figure 44 est une coupe verticale transversale d'un réacteur électrochimique à MicroOndes, dans laquelle on voit une source de radiation électromagnétique (60) placée sur les parois du Réacteur Electrochimique (2A2B) transportant les radiations électromagnétiques au réacteur par l'intermédiaire d'une porte transparente du Micro-ondes (66).

La Figure 45 est une coupe verticale transversale représentant un Réacteur Supercritique Electrochimique-Filtre à Cartouche.

Sur ce dessin on voit un Réacteur Electrochimique variante 1, entouré par des résistances chauffantes (68) calorifugé avec un isolateur thermique (70), opérationnel à haute température et pression, relié à une source de courant rectifié (67) La Figure 46 est une coupe verticale transversale représentant un Photo-réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche.

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Sur ce dessin on voit un Réacteur Electrochimique variante 1, logeant une source de radiations Ultra-violets (77).

Suivant une autre forme de réalisation de cette invention, les perfectionnements suivants, appliqués séparément ou selon des diverses combinaisons possibles, soit avec eux-mêmes, soit avec des perfectionnements différents apportés à l'invention, soit ou avec des autres techniques de procédés de génie chimique, en transformant le Réacteur ElectrochimiqueFiltre à Cartouche, en Réacteur Acoustique Electrochimique-Filtre à Cartouche.

Peu d'information existe dans la littérature récente sur le thème électrochimie ultrasonique. Certainement qu'en 1950, il y avait des intérêts considérables pour l'électrodéposition assistée par l'onde ultrasonique, spécifiquement concernant l'électrodéposition de nickel dans le terme de mise en valeur ultrasonique. La fréquence acoustique augmente la vitesse de déposition de nickel et augmente le courant de déposition, le même résultat a été obtenu en ce que concerne la déposition de chrome, perfectionnement dans la qualité de déposition, adhésion supérieure et dureté, avec augmentation de la densité de courant.

En 1987, on connaît déjà des recherches sur l'effet d'ultrason sur l'électro-initiation des copolymérisations cationiques de styrène substitué dans le dichlorométhane ainsi que sur la réaction d'électro-oxydation de Kolbe, du carboxylate de cyclohexine ; la majorité des réactions est faite dans un bain ultrasonique de nettoyage de laboratoire. H y a peu d'information sur l'existence des équipements spécifiques de laboratoire ou industriel dans le domaine de Sono-Réacteur à cellule Electrochimique, et particulièrement une cellule en forme de cartouche, en vue d'effectuer des réactions électrochimiques assistées par l'irradiation ultrasonique. La commercialisation future de ces équipements prendra une part importante dans le domaine des laboratoires ainsi que dans les applications industrielles à plus grande échelle.

La présente invention permet non seulement d'éliminer ces inconvénients mais d'apporter un certain nombre d'avantages dans le domaine des sono-électrochimiques et électrochimiques qui apparaissent dans la description.

Le dispositif suivant l'invention peut s'appliquer, au cas où l'on veut changer la réactivité d'un système par l'application d'un variable physique externe, d'énergie ultrasonique différente dans la forme d'énergie de chaleur, pression et lumière, son mode d'action est dû à la cavitation, en conséquence, des sites d'action sont possibles provoqués par la cavitation : - Dans le milieu liquide homogène, dans la cavité, la vapeur arrive à haute pression et haute température pendant l'écroulement, à l'interface des ondes de chocs avec la concentration d'espace réactif dans la masse média des ondes de chocs.

- A l'interface solide/liquide de poudres : fragmentation de surface solide et nettoyage de surface des pièges de gaz sur la surface. Des défauts causent des nucléations et des écroulements sur la surface, des écroulements près des surfaces solides dans la phase liquide, causant des micro-jets effectuant des nettoyages et des érosions de surface.

- A l'interface liquide/liquide : interruption des limites de phases, émulsification efficace.

D'une façon plus générale, sa conception lui donne une structure transformable, variable et fonctionnelle lui permettant de s'appliquer aux cas les plus divers où l'on veut assurer à titre d'exemple non limitatif : - des dépositions de métaux sono-électrochimiques, - des réactions d'électrolyses acoustiques, des réactions sono-électrochimiques, synthèses de produits organiques et organométalliques, des réactions sono-électrochimiques hétérogènes catalytiques, - des réactions sono-électrochimiques de polymérisation.

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Les dispositifs suivants, représentent des variantes perfectionnées du dispositif initial Fig 1. Fig 3 et Fig 34 caractérisés par, Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche, placé dans un champ ultrasonique ou dans un bain Ultrasonique ou pouvant comporter sur sa bordure, une ou plusieurs sources ultrasoniques en contact direct ou indirect avec les parois extérieures des réacteurs ou une ou plusieurs sources ultrasoniques qui s'étendent vers l'intérieur des réacteurs, de façon plus générale, on effectue des irradiations des systèmes électrochimiques avec des radiations ultrasoniques. Ceci va ressortir d'une façon plus nette en décrivant de la manière suivante, un dispositif Réacteur Electrochimique comportant un ou plusieurs moyens d'émission d'impulsions ultra-sonores d'une durée et d'une fréquence déterminée en direction d'une zone de réactions électrochimiques, ou placé dans un champ d'émission d'impulsions ultra-sonores d'une durée et d'une fréquence déterminée, le dispositif Réacteur Electrochimique.

II va de soi qu'il y a plusieurs possibilités de variantes : - Sur la Fig. 37 est représenté un Réacteur Acoustique électrochimique-Filtre à Cartouche, bain ultrasonique, réalisé par un simple placement d'un Réacteur Electrochimique - Filtre à Cartouche dans un bain ultrasonique (56) composé d'une enveloppe (57) remplie d'eau et où sont placés des transducteurs (58) sur les parois de l'enveloppe.

- Sur la Fig. 38 est représenté un Réacteur Acoustique électrochimique-Filtre à Cartouche, réalisé par placement direct de transducteurs (58) sur les parois extérieures du Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche.

- Sur la Fig. 39 est représenté un Réacteur Acoustique électrochimique-Filtre à Cartouche, avec un transducteur scellé et immergé dans l'électrolyte, connecté à l'extérieur par un générateur de fréquences ultrasoniques.

- Sur la Fig-. 40 est représenté un Réacteur Acoustique électrochimique-Filtre à Cartouche, réalisé par immersion d'une sonde (corne) (59) ultrasonique dans l'électrolyte, connecté à l'extérieur par un générateur de fréquences ultrasoniques.

- Sur la Fig. 41 est représenté un Réacteur Acoustique électrochimique - Filtre à Cartouche, réalisé par placement de comes ultrasoniques en contact direct avec les parois extérieures du réacteur électrochimique, sur cette figure, on voit quatre cornes identiques (59).

Le type, la force et le mode de fonctionnement et les moyens pour contrôler les transducteurs à utiliser dépendent de l'application spécifique Acoustique électrochimique ou Acoustique chimique, à titre d'exemple non limitatif, le transducteur électromécanique, basé sur l'effet piézoélectrique ou magnétostrictif, la sélection des matières premières pour la partie extérieure de ces types de transducteur dépend de l'application spécifique électrochimique, de la forme et du design du réacteur, à titre d'exemple non limitatif, qui peuvent être en alliage de titanium.

Le type de variantes perfectionnées dans ce dispositif dépend de l'application spécifique Acoustique électrochimique et électrochimique à effectuer ainsi que de leur usage dans les laboratoires ou l'industrie du Réacteur Acoustique électrochimique-filtre à Cartouche.

Le dispositif selon l'invention peut s'appliquer dans les domaines suivants, à titre d'exemple non limitatif, régénération des catalyseurs, production de catalyseurs en nanoparticules, production de substrats catalytiques hétérogènes métalliques et combinaison de procédés de génie, avec des procédés Acoustiques électrochimiques, ainsi qu'avec des dispositifs perfectionnés de la dite invention.

Suivant encore une autre variante de réalisation de l'invention représentée sur les Fig. 43 et Fig. 44, les perfectionnements suivants sont appliqués séparément ou selon des diverses combinaisons possibles, soit avec eux-mêmes, soit avec des autres techniques et des procédés de génie chimique, soit ou avec tout autre perfectionnement et variantes différents en rapport

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avec l'invention, de façon à s'associer avec la présente variante de l'invention, le MicroOndes Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche.

Le dispositif suivant l'invention peut s'appliquer, au cas où l'on voudrait assister la réaction électrochimique par l'irradiation électromagnétique en vue de changer la réactivité d'un système, par son mode d'action du à l'interaction de la force du champ électromagnétique avec les structures moléculaires et électroniques de matériaux.

Actuellement, les informations existantes sont difficiles à trouver dans la littérature récente sur le sujet Electrochimique assisté par Micro-ondes. Des recherches considérables ont été effectuées dans le domaine catalytique non électrochimique concernant la stimulation des réactions catalytiques, en 1992/1994 des travaux sont publiés sur la réforme catalytique, particulièrement sur le craquage catalytique de platine de 2-méthyle pentaine, en 1993 des recherches sont effectuées sur des gammes de catalyse incluant Sm203 et La203, ainsi que dans les domaines de catalyses hétérogènes. On a trouvé des applications en utilisant le système continu à chauffage micro-ondes, dans cette application, l'irradiation par micro-ondes a été utilisée pour assister la réaction catalytique ainsi pour la préparation et la caractérisation du catalyseur, des composés organométalliques ont été préparés par exemple [M2Ch (dioléfine) 2], (M=Rh ou Ir) utilisés comme matériaux de départ pour la synthèse des composés organométalliques à partir de MCl3. xH20 et l'oléfine en milieu aqueux alcoolique. On obtient de bons rendements après quelques heures de reflux en mélanges alcool-eau (entre 4 et 36 heures). Ceux-ci étant effectués en quelques minutes dans un autoclave micro-ondes, avec une radiation de 2,45 GHz et une force de 500 W.

Toutes ces indications sont favorables pour l'avenir du système de Micro-ondes dans les domaines de stimulation des réactions catalytiques, synthèse de produit organique, synthèse de produit organométallique, synthèse et caractérisation de catalyseur, préparation de substrat catalytique. Tous ces produits ont été fabriqués par des méthodes chimiques et non électrochimiques.

L'effet de chauffage par le micro-ondes est le résultat de l'interaction entre les ondes électromagnétiques et les matériaux.

En effet, les matériaux peuvent être classifiés en trois groupes suivant leur interaction dans le domaine électromagnétique : des matériaux réflectifs sont sur tous les métaux qui ne chauffent pas en présence de l'énergie Micro-ondes, mais créent un courant de surface par le champ électrique, des matériaux transparents (peu de perte) comme le verre, silice, alumine et les plastiques. Ceux qui n'absorbent pas l'énergie micro-ondes mais permettent la transmission de la radiation, sont des bons isolants, des matériaux qui absorbent l'énergie du Micro-ondes (grande perte) qui se chauffent par l'interaction de la force du champ électromagnétique avec la matière moléculaire et la structure électronique, comme par exemple les matériaux catalytiques.

C'est ainsi, que l'interaction de la force du champ électromagnétique avec les structures moléculaires et électroniques de matériaux, dépend de la polarisation diélectrique, la polarisation inter-faciale qui est particulièrement relevante dans le système catalytique, dépend aussi de la conduction ionique, qui est particulièrement importante dans les situations ou les ions sont plus ou moins libres pour bouger, par conséquent l'association de l'énergie électromagnétique avec un réacteur électrochimique peut servir dans les domaines des réactions inter-faciales, réactions des surfaces, et aussi dans le domaine d'effets nonthermiques ou non joule, conséquence directe de l'irradiation par le micro-ondes.

Les dispositifs suivants l'invention représentent des variantes perfectionnées du dispositif initial Fig. 1, Fig. 3, et Fig. 34 caractérisés par un Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche, placé dans un champ électromagnétique ou comportant sur sa bordure extérieure

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un ou plusieurs moyens d'émission d'impulsions électromagnétiques d'une durée et d'une fréquence déterminée en direction de la zone de réactions électrochimiques.

Il va de soi qu'il y a plusieurs possibilités de variantes : - Sur la Fig. 43 est représenté un Micro-ondes Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche réalisé par un simple placement d'un Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche, avec une cellule électrochimique, à titre d'exemple non limitatif, non métallique, dans un champ électromagnétique focalisé. La variante consiste en un magnétron (60), un atténuateur de coupure de longueur d'ondes (61), guide d'ondes (62) et un Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche. L'énergie micro-ondes est produite par le magnétron et focalisée directement sur l'anolyte dans le réacteur électrochimique, celui-ci pouvant être travaillé de manière continue en injectant l'anolyte par l'intermédiaire d'une pompe électrique (PI) d'un réservoir qui contient des produits chimiques en circuit bouclé, permettant le refroidissement du réacteur avec contrôle des pressions et température à l'intérieur du réacteur, de cette manière on peut assurer une production semi-industrielle, et industrielle de produits chimiques. Le Micro-ondes peut être produit de manière continue ou par pulsions.

Suivant une variante non illustrée, un Micro-ondes Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche peut être réalisé en plaçant le Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche ou une cellule électrochimique, à titre d'exemple non limitatif, non métallique dans une cavité de micro-ondes. Les connexions différentes qui passent à l'intérieur des cavités et l'atténuateur sont mis à la masse par l'intermédiaire de la paroi de la cavité, pour les empêcher de fonctionner comme antennes.

- Sur la Fig. 44 est représenté un Micro-ondes Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche réalisé en plaçant les magnétrons (60) sur les parois extérieures du Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche, avec une cellule électrochimique, non métallique. Le réacteur peut être réalisé à titre d'exemple non limitatif, en acier inoxydable (316 SS) qui peut être revêtu d'une couche d'anti-corrosion à titre d'exemple non limitatif, TEFLON ou Nitride de Titanium pour supporter des hautes pressions et températures, il peut être entouré à l'extérieur et à l'intérieur d'une enveloppe de refroidissement si nécessaire, il peut être muni, à titre d'exemple non limitatif, par des moyens pour mesurer les températures (64) et les pressions (65), et d'équipements de sécurité, par exemple disque de rupture, il peut également être muni par une ou plusieurs sources d'énergies électromagnétiques fixées sur ses parois par des magnétrons, fonctionnant de manière discontinue ou continue et ajustable, transportées au réacteur par l'intermédiaire d'une porte transparente du Micro-ondes (66). Le réacteur peut fonctionner d'une manière continue en injectant l'anolyte, par l'intermédiaire d'une pompe électrique reliée à un réservoir d'anolyte en circuit bouclé, ce qui élimine les conditions de travail non sécurisées des fonctionnements du réacteur à températures et pressions inconnues.

Le sélection du type et des matériaux de construction de la cellule électrochimique, pour ce réacteur dépend de l'application chimique et électrochimique, comprenant à titre d'exemple non limitatif, des matériaux transparents et des matériaux catalytiques, des matériaux absorbants ou des matériaux semi-conducteurs.

Le type, la force, les moyens de contrôle ainsi que le mode de fonctionnement de la source électromagnétique dépendent des conditions et des paramètres physiques et chimiques, dans laquelle la réaction électrochimique assistée par le Micro-ondes a été voulue ainsi que l'application spécifique Micro-ondes Electrochimique et Micro-Ondes Chimique à effectuer.

D'une manière générale, les paramètres les plus importants à développer sont le pourcentage de la force appliquée de l'énergie électromagnétique et le temps de l'irradiation, c'est ainsi, que la force et le temps correspondant dépendent du type des réactifs, de la composition chimique de l'anolyte, des matériaux de construction de la Cellule Electrochimique.

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Le domaine est à l'état de balbutiements, pour mieux comprendre l'augmentation de la vitesse de réaction connue assisté par le Micro-ondes. L'association de l'échauffement Micro-ondes avec le réacteur électrochimique va dans la direction de l'isolation des composés chimiques nouveaux.

Le type de variantes perfectionnées de ce dispositif dépend de l'application spécifique d'échauffement Micro-ondes sur le Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche ou Cellule Electrochimique, ainsi dans le domaine d'usage final de laboratoire ou de production industrielle, dépendent aussi d'autres techniques et variantes suivant l'invention à associer.

Le dispositif selon l'invention peut s'appliquer dans les domaines suivants, à titre d'exemple non limitatif, synthèses de polymère, synthèses de composant de métaux de transition, synthèses organochimiques à pression atmosphérique et à haute pression, accélération des réactions organiques et organométalliques, des réactions sur substrats, des combinaisons de procédés de génie chimique, ainsi que des combinaisons avec les autres dispositifs perfectionnés de la dite invention.

Suivant une autre forme de réalisation de cette invention, les perfectionnements suivants sont appliqués séparément ou selon diverses combinaisons possibles, soit avec eux-mêmes, soit avec les perfections différentes apportées à l'invention, soit ou avec des autres techniques et des procédés génie chimique en transformant le Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche, en Réacteur Supercritique, Electrochimique-Filtre à Cartouche.

Les dispositifs suivant l'invention peuvent s'appliquer, dans le cas où l'on voudrait effectuer une réaction électrochimique en milieu supercritique dans des caractéristiques physiques tout à fait particulières, certaines sont voisines de celles d'un liquide, d'autres semblables à celles d'un gaz, les avantages que l'on peut attendre de cette méthode offrent une stratégie possible pour un procédé chimique économique, par l'augmentation de vitesse de réaction, prolongeant le temps de vie d'un catalyseur et simplifiant le traitement en aval, en plus l'utilisation de dioxyde de carbone et d'eau comme milieux réactionnels sont des composants attractifs pour les réactions chimiques et catalyses au point de vue de la protection de l'environnement, le fluide supercritique pourra être évacué sous forme de gaz par simple décompression du milieu, et les étapes difficiles d'élimination des solvants en milieu liquide seront donc évitées.

Le dispositif Fig. 45, selon l'invention représente des variantes perfectionnées du dispositif initial des Fig. l, Fig. 3 et 34, caractérisé par un Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche, opérationnel en condition supercritique. Il vise à associer un Réacteur Electrochimique avec un Réacteur Supercritique en modifiant un de ces dispositifs pour qu'il comporte les caractéristiques techniques de l'autre dispositif, afin de produire un Réacteur Supercritique Electrochimique-Filtre à Cartouche Fig. 45, pour effectuer une réaction électrochimique en milieu supercritique caractérisée par un Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche, par exemple la variante Fig. 1, permettant de travailler à hautes températures et pressions, à titre d'exemple non limitatif, 450 C et 40 Mpa. Le réacteur peut être réalisé, à titre d'exemple non limitatif, en acier inoxydable (316 SS), il peut être revêtu avec une couche d'anti-corrosion, et non-conductrice. Il peut être équipé de moyens pour mesurer et réguler les températures et pressions à l'intérieur du réacteur. Il peut être entouré par une résistance chauffante (68), qui assure un chauffage supplémentaire, placée sur les parois externes, pilotée thermiquement, qui peut être si nécessaire, reliée à un programmateur qui assure une montée en température linéaire. Les capteurs de pression et température peuvent être si nécessaire, reliés à un enregistreur permettant de connaître à tous moments l'évolution des pressions et des températures à l'intérieur des réacteurs. Le réacteur peut être calorifugé par moyen d'isolation thermique (70). Si nécessaire, les températures et les pressions sont mesurées en différents points du système, en particulier à l'entrée et à la sortie du réacteur qui peut être équipé de moyens de prélèvements d'échantillons dans le milieu réactionnel à différentes températures

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et à différents temps de réaction, pour suivre l'évolution de la réaction, le fluide est condensé pour être récupéré liquide, et ensuite analysé. Il peut être alimenté par un débit constant de liquide, par l'intermédiaire d'une pompe électrique, il peut être équipé d'une vanne permettant de détendre à pression atmosphérique le fluide supercritique.

Le dispositif selon l'invention peut s'appliquer dans les domaines suivants, à titre d'exemple non limitatif, la fabrication des substrats, en poudres, à base d'oxydes de métaux avec une composition rigoureusement contrôlée, ultra-fines à faible agglomération, en associant la fabrication des substrats avec une réaction de synthèse des catalyseurs organométalliques, pour produire des matières premières nécessaire pour la fabrication des substrats catalytiques, synthèses métallo-organiques en milieux supercritiques, des réactions électrochimiques en milieux supercritiques, des combinaisons de procédés de génie chimique, ainsi que des combinaisons avec les autres dispositifs perfectionnés de ladite invention.

Suivant une autre variante de réalisation de cette invention représentée sur la Fig. 46, les perfectionnements suivants sont appliqués séparément ou selon diverses combinaisons possibles, soit avec eux-mêmes, soit avec des autres techniques, et des procédés de génie chimique, soit ou avec des autres perfectionnements et variantes différents déjà apportés à l'invention, de façon à associer avec la présente variante le résultat de la transformation du Réacteur Electrochimique en Photo-Réacteur Electrochimique et le Réacteur Electrochimique - Filtre à Cartouche en PhotoRéacteur Electrochimique ou Photocatalytique Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche.

Selon le principe général de l'électrochimie, le Photoréacteur Electrochimique et le Photocatalytique Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche fonctionne de manière forcée ou spontanée suivant un procédé de nature inter-faciale.

Les dispositifs selon l'invention peuvent s'appliquer, dans un cas où l'on voudrait effectuer une réaction électrochimique photosensible à travers l'absorption des photons excités, le plus souvent à titre d'exemple non limitatif, dans le champ du spectre ultraviolet.

Selon une variante non-illustrée, le dispositif suivant représente une variante perfectionnée du dispositif initial de Fig. 1, Fig. 3 et Fig. 34, caractérisé par un Réacteur Electrochimique, Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche placé dans un champ, projeté par des irradiations d'énergie d'ultraviolets, ou comportant un ou plusieurs moyens d'émission d'irradiations ultraviolets d'une durée et d'une longueur d'ondes déterminées, visant à photosensibiliser des réactions électrochimiques par l'absorption des photons excités, fonctionnant de manière forcée ou spontanée. L'appareil de ce type trouvant des applications, à titre d'exemple non limitatif, dans les domaines photocatalytiques électrochimiques solaire et synthèse des produits organiques photocatalytiques, organochimiques.

Le type de variantes perfectionnées de ce dispositif dépend de l'application spécifique, photoélectrochimique à réaliser, ainsi que dans le domaine d'usage final.

Suivant une autre variante de réalisation de cette invention représentée sur la Fig. 46, caractérisée par une source d'énergie d'ultaviolets (77) placée dans un Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche, on voit les possibilités de concentrer l'énergie d'ultraviolets, sur les deux électrodes ou sélectivement sur un électrode.

Les dispositifs suivant l'invention peuvent s'appliquer dans les domaines de traitements d'eaux et d'air, de synthèses organiques photocatalytiques, par exemple dans le domaine de traitement d'eau photocatalytique, l'anode est faite de préférence en TiOz en vue de dégrader les composants organiques.

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Il va de soi que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre purement explicatif et nullement limitatif et qu'on pourra y apporter des modifications de détail sans sortir du cadre de ladite invention.

C'est ainsi, en particulier, que plusieurs sources d'énergie peuvent être associées sur le même appareil réacteur électrochimique ou Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche à titre d'exemple non limitatif, on peut associer l'énergie Sonique avec l'énergie du Micro-Ondes pour produire un seul appareil Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche, à effet Acoustique et Micro-Ondes, en vue d'accélérer une réaction électrochimique. On peut aussi associer l'énergie Micro-Ondes avec l'énergie photonique, à titre d'exemple non limitatif, en vue d'accélérer une réaction électrochimique. On peut associer l'énergie acoustique à un Réacteur Supercritique. On peut aussi l'associer à un Réacteur Photosensible et à un Réacteur Photo-catalytique pour produire un seul appareil Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche, à effet acoustique photonique.

C'est ainsi, par ailleurs qu'un Réacteur Electrochimique-Filtre à Cartouche peut comporter sur ses parois plusieurs sources d'énergie.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS 1. -Un dispositif, Réacteur électrochimique de type filtre à cartouche à cellule électrochimique de type cartouche, prévu pour la production électrolytique de composés organiques ou minéraux, ou de non-métaux, et à séparation des métaux déposés à la cathode par réduction cathodique de tous leurs ions, comportant un récipient, dit réacteur électrochimique muni d'au moins un ou plusieurs moyens d'accouplements électriques, de circulations électrolytiques, gazeux et de dégazage, logeant dans son corps au moins une cellule électrochimique de type cartouche, caractérisé par sa structure non pleine comportant en alternance au moins une première et une seconde électrode, caractérisée en ce que, au moins une électrode est poreuse en métal catalysé et choisie parmi les métaux suivant : titane platiné, titane allié avec palladium, titane revêtue d'une couche de métaux ou hydroxyde métallique de : ruthénium, rhodium, osmium ou iridium, acier inoxydable et l'autre électrode poreuse en métal, choisi parmi : acier inoxydable, titane, zinc, mercure, cuivre, nickel, argent, or et d'au moins un ou plusieurs moyens de séparation intercalés entre les électrodes, les électrodes et les séparateurs étant agencés de façon à permettre le passage et la circulation de l'électrolyte.
2. 2-cellule électrochimique de type cartouche, suivant le revendication 1 caractérisé en ce que, au moins une électrode est en matériau non plein poreux contenant les éléments, les oxydes ou les hydroxydes du magnésium, du bore, de l'aluminium, du carbone, du silicium, du titane, du zirconium ou du hafnium imprégné par un catalyseur choisi parmi : des métaux, oxydes ou hydroxydes métalliques niobium, rhénium, des métaux nobles, des métaux du groupe de platine, ruthénium, rhodium, osmium ou iridium.
3. 3-cellule électrochimique de type cartouche, suivant les revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un compartiment cathodique dans lequel se trouve l'électrode ayant la fonction de cathode et au moins un compartiment anodique dans lequel se trouve l'électrode ayant la fonction d'anode, lesdits compartiments étant séparés par un séparateur de moyens échangeurs d'ions à au moins une ou plusieurs formes de fonction ionique.
4. 4-cellule électrochimique de type cartouche suivant les revendications 1 à 3, caractérisée en ce que lesdits compartiments cathodiques et anodiques sont séparés par un séparateur perméable ou protons.
5. 5-cellule électrochimique de type cartouche suivant les revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une électrode à diffusion gazeuse.
6. 6-Cellule électrochimique de type cartouche suivant les revendications 1 à 5 caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une cathode en enveloppe poreuse en alliage hastelloy enfermant du mercure et au moins une anode en titane platiné intercalée par au moins un séparateur en membrane semi-perméable caractérisé par ses matériaux contenant des atomes de fluor.
7. 7-Réacteur électrochimique de type filtre à cartouche suivant le revendication 1 muni d'une cellule électrochimique de type cartouche suivant les revendications 1 à 6 caractérisée en ce que le réacteur est alimenté par un fluide supercritique noyant la cellule électrochimique.
8. 8-Réacteur électrochimique de type filtre à cartouche suivant la revendication 1 ou 7 muni d' une cellule électrochimique suivant les revendications 1 à 6 caractérisée en ce qu'il comporte un moyen d'émission d'impulsions ultrasonores d'une durée et d'une fréquence déterminées en projection en direction de la cellule électrochimique.

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9. 9-Réacteur électrochimique de type filtre à cartouche suivant les revendications 1 ou 8 muni d'une cellule électrochimique suivant les revendications 1 à 6 caractérisée en ce qu'il comporte un moyen d'émission d'impulsions micro-ondes d'une durée et d'une fréquence déterminées de manière discontinue ou continue en projection en direction de la cellule électrochimique.
10. 10-Réacteur électrochimique de type filtre à cartouche suivant les revendications 1 ou 9 muni d'une cellule électrochimique suivant les revendications 1 à 6 caractérisée en ce qu'il comporte un moyen d'émission de photons d'une durée et d'une longueur d'ondes déterminées en projection en direction de la cellule électrochimique.