HUP0900569A2 - Method and automatic instrument for reducing alkali metal content of water by voltage transforming electrosorption - Google Patents

Method and automatic instrument for reducing alkali metal content of water by voltage transforming electrosorption Download PDF

Info

Publication number
HUP0900569A2
HUP0900569A2 HU0900569A HUP0900569A HUP0900569A2 HU P0900569 A2 HUP0900569 A2 HU P0900569A2 HU 0900569 A HU0900569 A HU 0900569A HU P0900569 A HUP0900569 A HU P0900569A HU P0900569 A2 HUP0900569 A2 HU P0900569A2
Authority
HU
Hungary
Prior art keywords
solution
electrodes
voltage
working electrodes
driven shaft
Prior art date
Application number
HU0900569A
Other languages
English (en)
Inventor
Istvan Loerincz
Janos Bota
Gabor Dr Nagy
Imre Dr Toth
Geza Dr Horvath
Pethoe Dora Rippelne
Original Assignee
Tiszai Vegyi Kom Nyrt
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tiszai Vegyi Kom Nyrt filed Critical Tiszai Vegyi Kom Nyrt
Priority to HU0900569A priority Critical patent/HUP0900569A2/hu
Publication of HU0900569D0 publication Critical patent/HU0900569D0/hu
Publication of HUP0900569A2 publication Critical patent/HUP0900569A2/hu

Links

Landscapes

  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)

Description

KÖZZÉTÉTELI PÉLDÁNY
Szolgálati találmány
Eljárás és automata berendezés vizek alkálifém ion tartalmának csökkentésére feszültségváltó elektroszorpcióval
Tiszai Vegyi Kombinát Nyrt., Tiszaújváros
Feltalálók: Lörincz István 25%, Bóta János 15%, Dr. Nagy Gábor 10%, Dr. Horváth Géza 25%, Dr. Tóth Imre 15%, Rippelné Pethő Dóra 10%.
A találmányi bejelentés tárgya eljárás és annak kivitelezésére szolgáló automata berendezés vizek alkálifém ion tartalmának csökkentésére feszültségváltó elektroszorpcióval, különösen lúgos szennyvizek tisztítására.
A technika jelenlegi állása szerint szennyvizek Na-ion koncentrációjának csökkentésére ioncserés vagy kalcináláson alapuló módszereket alkalmaznak.
Az ioncsere művelet hátránya, hogy a kimerült ioncserélő anyagot regenerálni kell. A regenerálás során ennél a módszernél az eredeti sótartalom több mint kétszerese termelődik. Ennek hasznosításáról illetve megfelelő elhelyezéséről a környezetvédelmi előírások miatt gondoskodni kell.
A nátrium tartalom csökkentése megoldható kalcinálással is, amikor kémiai reakcióval NaHCO3 kristályokat választanak ki és hőkezelés következtében kalcinált szóda keletkezik. Ennek a módszernek nagy a hőigénye, valamint hátránya még, hogy a technológiában használt nátronlúg nátrium-tartalma szódaként, mint termékként jelentkezik, és így nem vezethető vissza a technológiai folyamatba.
NaCl tartalmú oldat tisztítására elvi elektroadszorpciós módszert ismertet Oren és Softer (Y. Oren, A. Soffer; J. Electrochem. Soc., 125 (1978), 869-875) oszlopos berendezést alkalmazva, a folyadék ciklikus áramoltatásával megoldva az ionok szeparációját. Ennél az eljárásnál az elektródokat egy membrán alkalmazásával el kell választani egymástól.
·; Szolgálati*taíálhanj ··· ·« · · · · ··
A szennyvíz összetételének ismeretében célunk, olyan technológia megvalósítása, amely a szennyvíz Na-ion csökkentése mellett lehetővé teszi a szennyező anyagként jelentkező Naionnak egy másik rendszerben való dúsítását és a technológiába való visszavezetését. Ennek következtében a környezetbe való káros anyag kibocsátás jelentősen csökkenthető.
Célunk megvalósításához úgy találtuk, hogy a számos alternatív tisztítási technológia közül a feszültségváltó adszorpció (ESA; Electro Swing Adsorption) a legalkalmasabb az alkálifém ion tartalom csökkentésére. Felismertük, hogy az iondúsítást el tudjuk érni membrán alkalmazása nélkül is, ha két külön folyadékteret alkalmazunk és az elektroadszorpciós lépést követően a felületén ionokban dús elektródot kiszakítjuk az oldatból és egy másik oldatba helyezzük át.
Az ESA alapját elektroszorpciós folyamatok képezik, ahol elektroszorpción elektromosan töltött elektródok felületén végbemenő adszorpciót értünk.
Az elektrokémiai módszerek, közöttük az elektroszorpció alkalmazásának feltétlen előnye, hogy nincs szükség kemikáliákra, így nem termelődik környezetszennyező anyag. További előny, hogy az elektrokémiai paraméterek egyszerűen mérhetők és könnyen szabályozhatók, így a művelet automatizálható.
A feszültségváltó adszorpció elválasztásként való alkalmazását az teszi lehetővé, hogy az elektromos térben az elektródok felületén az ionok koncentrációja különbözik az oldatban lévőétől. Tehát a katód felületén a kation koncentrációja megnő, az anódon a kation koncentrációja csökken.
A feszültségváltó adszorpció vázlatos felépítése az 1. ábrán látható. Ahol:
1. feszültségforrás,
2. polaritáskapcsoló,
3. ellenelektród,
4. munkaelektród,
5. szegényítendő oldatot tartalmazó edény,
6. dúsítandó oldatot tartalmazó edény.
Találmányunk szerint a feszültségváltó adszorpciót ciklikus műveletben alkalmazzuk úgy, hogy az elektródra először negatív potenciált kapcsolunk, majd amikor a felületén feldúsultak a kationok, akkor a munka elektródot kiemeljük az oldatból és egy másik oldatba merítjük, ahol megcseréljük a polaritást. Ennek következtében a kationban dús felületű katód anód lesz, amelyről az elektromos tér hatására az oldatba diffundálnak a kationok. A kationok leválása |TVKNyrt. 2 Cg.: 05-10-000065| *: S2oígálati’tiíálfr£irJ
--------------—--“ · · · · · · · ·« · · után a munkaelektródot visszaemeljük az első oldatba és kezdjük a folyamatot elölről. Megfelelő ciklus alkalmazásával a szegényítendő oldatban a kívánt mértékre csökken a kation, jelen esetben Na-ion koncentráció, míg a dúsítandó oldat Na-ion koncentrációja elegendően nagy ahhoz, hogy visszavezethető legyen a technológiába.
Az automatizált készülékkel szembeni elvárás, hogy a paraméterek gyors, széles tartományban állíthatók legyenek, a működés legyen megbízható, stabil, könnyű legyen a kezelhetősége és képes legyen áramló rendszerek mérésére is.
A találmány szerinti automata készülék és a hozzátartozó kiszolgáló berendezések kiviteli alakját a 2. ábra segítségével ismertetjük. Ahol:
1. folyamatirányító számítógép,
2. tápegység,
3. szabályozó egység,
3.1 állítható időkapcsolók,
3.2 kontroll lámpák,
3.3 programozható ciklusszámláló,
4. az automata adszorpciós készülék.
Az alapvezérlést a 1 folyamatirányító számítógép végzi, amelyen a polarizációs feszültségek állíthatók be, valamint ez végzi a mintavételezést is. Az elektroszorpció - deszorpció lezajlását az áramerősség változásai jelzik, ezért a számítógéppel folyamatosan mérjük és regisztráljuk a cellákon átfolyó áram erősségét. A számítógéphez csatlakozik egy 2 tápegység, amely a szükséges feszültségeket állítja elő. Az adszorpciós készülék, és a feszültségforrás között helyezkedik el a 3 szabályzó egység, amelynek két 3.1 állítható időkapcsolójával pontosan beállíthatók a megválasztott adszorpciós és a deszorpciós idők. Az adszorpciós és deszorpciós folyamatok pillanatnyi állapotát a 3.2 kontroll lámpák jelzik. A kívánt ciklusszámot pedig a 3.3 programozható ciklusszámlálón tudjuk beállítani. A rendszer főeleme a 4 automata adszorpciós készülék.
A 4 automata adszorpciós készülék felépítését, elemeit a 3. ábra segítségével mutatjuk be. Ahol:
1. anódtér-kád,
2. katódtér-kád,
3. grafit ellenelektródok, iTVKNyrt.
Cg.: 05-10-000065| ’í S2©lgálati'tálaimén ν
------------—--' · · · · · · · · · · ·
4. mozgatható munkaelektródok,
5. átemelőkar,
6. hajtott tengely,
7. programtárcsa,
8. elektromos motor,
9. mikrokapcsolók.
A 4 mozgatható munkaelektródok egy 6 hajtott tengelyre vannak rögzítve, amelyet egy 5 emelőkar emel át a 1 anódtér-kádból a 2 katódtér-kádba. Az 5 emelőkart a 6 hajtott tengely mozgatja, melynek egyik végén egy 7 programtárcsa és ehhez illeszkedő négy 9 mikrokapcsoló van. Ezek a 9 mikrokapcsolók felelősek az 5 emelőkar leállításáért adott pozícióban, a polarizációs feszültségek be és ki kapcsolásáét valamint a pólusváltásért. A 6 hajtott tengely másik végéhez áttételen keresztül kapcsolódik egy 8 elektromos motor, amely a 6 hajtott tengelyt forgatja. A 1-2 kádakba 3 grafit ellenelektródok vannak rögzítve. Ezek közé helyezzük be a 4 mozgatható munkaelektródokat.
Az automata adszorpciós készülék működését az alábbi konkrét példa bemutatásával ismertetjük:
A 1 anódtér-kádba és a 2 katódtér-kádba 50 cm3 folyadék befogadására alkalmas teret alakítottunk ki, melyekben 6 db grafit ellenelektród van rögzítetten elhelyezve.
A munkaelektródként nagy porozitású 5 db Ni-elektródot használtunk, amely belemerül az anódtér oldali oldatba a grafit ellenelektródok közé. Az így összeállított cellára rákapcsoljuk a megfelelő polarizációs feszültséget úgy, hogy a munkaelektród legyen a negatív (katód), míg az ellenelektród a pozitív (anód). Ekkor a pozitív töltésű ionok a munkaelektródokhoz vándorolnak, és felületükön megkötődnek. Ez az elektroadszorpciós fázis. A munkaelektród telítettsége nyomon követhető a cellán keresztül folyó áram mérésével. Amikor az elektroszorpció folyamata lezajlott, az ionokkal telített munkaelektródot kiemeljük az oldatból, és lekapcsoljuk a polarizációs feszültséget. Ezután áthelyezzük a másik oldatba (katódtér), amelyet töményíteni szeretnénk, majd ellentétes feszültséget kapcsolunk rá. Ekkor a munkaelektród lesz a pozitív, míg a másik cellában lévő ellenelektród a negatív. Ennek hatására a munkaelektród felületéről az elektrosztatikus taszítás következtében az ionok deszorbeálódnak, és a töményítendő oldatba kerülnek. Ezt a folyamatot ugyancsak a cellában folyó áram figyelésével lehet nyomon követni. Ez után a munkaelektródot újra kiemeljük, lekapcsoljuk róla a feszültséget, és kezdődhet a ciklus elölről. Fontos, hogy az elektród |TVK Nyit
Cg.: 05-10-000065|
Szolgálati* tcUálTnanj kiemelése után kapcsoljuk le a polarizációs feszültséget, mert a munkaelektród és az oldat között nyugalmi állapotban, vagy épp a mozgatás következtében is kialakulhat potenciálkülönbség.
Az alapvető cél az, hogy minimális idő, és energia felhasználás mellett a lehető legtöbb Naiont távolítsuk el az anódtéri oldatból és juttassuk át a katódtéri oldatba.
Vizsgáltuk az egyes paraméterek hatását az anyagátvitelre. Anyagátvitel alatt, az adott paraméterek mellett az anód térből a katód térbe átvitt ionok mennyiségét értjük egyetlen ciklus alatt m2-re vonatkoztatva. (Mértékegysége: átvitt ionok tömege / m2, ciklusok száma) A vizsgálatok során változtattuk a ciklusszámot, a polarizációs feszültségeket, az oldat koncentrációját és a deszorpciós időt a megfelelő anyagátvitel és hatásfok elérése érdekében. A méréseket 0,2 m/m %, 2 m/m %, 4 m/m % koncentrációjú NaOH oldatokkal végeztük el és vizsgáltuk a koncentráció hatását az anyagátvitelre a ciklusszám függvényében. A kísérletek során az alábbi paramétereket állandó értéken tartottuk:
Polarizációs feszültség: 1600 mV
Adszorpciós idő (ta): 25 s
Deszorpciós idő (td): 120 s
Ciklusszám: 80 db
Elektród távolság: 2,5 mm
1.táblázat
Az anyagátvitel függése a koncentrációtól és a ciklusszámtól
ciklusszám (db) koncentráció (m/m %) ta (s) td (s) átvitel (mg Na/m2)
10 0,2 25 120 326
2 25 120 7584
4 25 120 10051
20 0,2 25 120 774
2 25 120 7787
4 25 120 11255
40 0,2 25 120 1281
2 25 120 10103
4 25 120 18110
80 0,2 25 120 2968
2 25 120 19439
4 25 120 33210
iTVKNyrt
Cg.: 05-10-000065, *í S2ölgálati'tálálh&n^
-------------------- · · · · · » ·«· · ·
A polarizációs feszültség hatását az anyagátvitelre az alábbi kísérleti adatokkal mutatjuk be. Itt a polarizációs feszültséget 1000 mV és 2400 mV között változtattuk 200 mV-os lépésközzel. Minden mérést a következő állandó paraméterek mellett végeztük:
Oldat koncentrációja 4 m/m %
Adszorpciós idő (ta): 25 s
Deszorpciós idő (td): 120 s
Ciklusszám: 80 db
Elektród távolság: 2,5 mm
1400-1600 mV-nál az anyagátvitelnek minimuma van, mivel ezen a polarizációs potenciálon kezdődik a vízbontás, amely gátolja a felületeken lejátszódó folyamatokat. Nagyobb feszültségeknél ezt a gátlást némileg ellensúlyozza a nagyobb elektrosztatikus tér, így az anyagátvitel nő.
2. táblázat
Az anyagátvitel függése a polarizációs feszültségtől
U(mV) ta (s) td (s) átvitel (mg Na/(m2 ciklus))
1200 25 120 241,04
1400 25 120 151,84
1600 25 120 145,04
1800 25 120 371,79
2000 25 120 489,00
2200 25 120 557,72
2400 25 120 ________422,69________
A következőkben bemutatjuk a deszorpciós idő hatását az anyagátvitelre. Porózus elektródokat alkalmazva számolnunk kell a fellépő pórusdiffúziós gátlással. Megállapítottuk, hogy az adszorpciós folyamatok gyorsabban játszódnak le a deszorpciónál. Ennek következtében az elektród egy adott idő után telítődik nátrium ionnal.
Az anyagátvitel növelése érdekében növeltük a deszorpciós időt is. Az adszorpciós idő 25 s volt, míg a deszorpciós időt 25 - 600 s között változtattuk. A kísérletek alapján elmondható, hogy a pórusdiffuziós gátlás miatt legalább 300 s-os deszorpciós időt kell alkalmaznunk.
|TVK Nyit.
Cg.: 05-10-000065| 'I SMgáíatftáÍálfrianj
Vizsgálatok során a következő állandó paraméterek mellett mértük az anyagátvitel mértékét a deszorpciós idő függvényében:
• Oldat koncentrációja • Polarizációs feszültség • Adszorpciós idő (ta):
• Ciklusszám:
m/m %
1200 mV s
db • Elektród távolság:
2,5 mm
3. táblázat
Az anyagátvitel függése a polarizációs feszültségtől
ta (s) td (s) átvitel (mg Na/(m2 ciklus))
25 60 359,2
25 90 401
25 120 426,8
25 210 470,5
25 240 637,3
25 300 1171
25 600 1234
Természetesen a lejátszódó folyamatok függnek az elektród pórusméret - eloszlásától és szerkezetétől. A megállapított deszorpciós idő (300 s) kizárólag az azonos receptura alapján készített Ni-pasztilla elektródokra vonatkozik. Más típusú elektródokra ezt az értéket újra meg kell határozni, mivel a pórusméret eloszlás nagymértékben függ az elektród gyártási körülményeitől is.
A feszültségváltó elektroszorpció alkalmazásának előnye, hogy nem használ veszélyes kemikáliákat, csak inert elektródokat. Továbbá nem termel környezetszennyező anyagokat, valamint az elektrokémiai paraméterek egyszerűen mérhetők és könnyen szabályozhatók.
Az eljárás alkalmazható olefingyári, finomítói szennyvizek tisztítására, vizek sótalanítására, azzal a feltétellel, hogy azok alkáli ion koncentrációja 0,2-4 m/m % között van. Azt tapasztaltuk, hogy a rendszer 20-30 %-os tisztítási hatásfokkal képes működni, mely javítható, ha kaszkád rendszerben üzemeltetjük.
|TVK Nyrt.
Cg.: 05-10-000065|

Claims (3)

SMgálatrtáláJfnSntf Igénypontok
1. Eljárás vizek alkálifém ion tartalmának csökkentésére feszültségváltó elektroszorpcióval azzal jellemezve, hogy a feszültségváltó adszorpciót ciklikus műveletben alkalmazzuk úgy, hogy az elektródra először negatív potenciált kapcsolunk, majd amikor a felületén feldúsultak a kationok, akkor a munka elektródot kiemeljük az oldatból és egy másik oldatba merítjük, ahol megcseréljük a polaritást, a kationok leválása után a munkaelektródot visszaemeljük az első oldatba és megismételjük a folyamatot.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy grafit ellenelektródokkal ellátott cellába, 0,2-4 m/m % koncentrációjú NaOH oldatba, 1000-2400 mV egyenfeszültség negatív polaritására kapcsolt porózus Ni munkaelektródokat merítünk 1-25 s időtartamig, majd a munkaelektródokat kiemeljük az oldatból és egy másik grafit ellenelektródokkal ellátott cellába, 0,2-4 m/m % koncentrációjú NaOH oldatba merítjük, a munkaelektródokon polaritást váltunk és 25-600 s időtartamig az oldatban tartjuk, a munkaelektródokat kiemelve ebből az oldatból visszavisszük az előző oldatba és ismét polaritást váltunk, a ciklikus műveletet 1-80 alkalommal végezzük el.
3. Az 1. igénypont szerinti eljárás kivitelezésére szolgáló automata berendezés azzal jellemezve, hogy 4 mozgatható munkaelektródjai egy 6 hajtott tengelyre vannak rögzítve, amelyet egy 5 emelőkar emel át az 1 anódtér-kádból a 2 katódtér-kádba, az 5 emelőkart a 6 hajtott tengely mozgatja, melynek egyik végén egy 7 programtárcsa és ehhez illeszkedő négy 9 mikrokapcsolója van, a 6 hajtott tengely másik végéhez áttételen keresztül kapcsolódik egy 8 elektromos motor, amely a 6 hajtott tengelyt forgatja, a 1-2 kádakba 3 grafit ellenelektródok vannak rögzítve, melyek között helyezkedik el a 4 mozgatható munkaelektród.
Tiszaújváros, 2009. szeptember 07.
technológiafejlesztési vezető iTVKNyrt.
Cg.: 05-10-000065|
HU0900569A 2009-09-11 2009-09-11 Method and automatic instrument for reducing alkali metal content of water by voltage transforming electrosorption HUP0900569A2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
HU0900569A HUP0900569A2 (en) 2009-09-11 2009-09-11 Method and automatic instrument for reducing alkali metal content of water by voltage transforming electrosorption

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
HU0900569A HUP0900569A2 (en) 2009-09-11 2009-09-11 Method and automatic instrument for reducing alkali metal content of water by voltage transforming electrosorption

Publications (2)

Publication Number Publication Date
HU0900569D0 HU0900569D0 (en) 2009-11-30
HUP0900569A2 true HUP0900569A2 (en) 2011-05-30

Family

ID=89989238

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
HU0900569A HUP0900569A2 (en) 2009-09-11 2009-09-11 Method and automatic instrument for reducing alkali metal content of water by voltage transforming electrosorption

Country Status (1)

Country Link
HU (1) HUP0900569A2 (hu)

Also Published As

Publication number Publication date
HU0900569D0 (en) 2009-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ghyselbrecht et al. Desalination feasibility study of an industrial NaCl stream by bipolar membrane electrodialysis
Ge et al. Capacitive deionization for nutrient recovery from wastewater with disinfection capability
JP4490422B2 (ja) 電解イオン交換を伴う選択可能なイオン濃度
TWI480094B (zh) 電滲析裝置及製程
Su et al. Membrane-free electrodeionization for high purity water production
Liu et al. Relation between operating parameters and desalination performance of capacitive deionization with activated carbon electrodes
KR101650137B1 (ko) 축전식 탈염장치 및 그 제어방법
KR101083244B1 (ko) 축전식 탈염 장치의 제어 방법
GB2287718A (en) Producing electrolyzed water eg. for use as cleaning/etching agent in semiconductor manufacture
Xing et al. Continuous electrodeionization for removal and recovery of Cr (VI) from wastewater
FI3768879T3 (fi) Järjestelmä ja menetelmä kaasujen tuottamiseksi
WO2007037193A1 (ja) イオン濃度調整方法およびイオン濃度調整装置
JP2012081448A (ja) 殺菌水製造装置および殺菌水の製造方法
CN102372345A (zh) 超级电容器脱盐装置及脱盐方法
Yao et al. Occurrence of re-adsorption in desorption cycles of capacitive deionization
US20160039688A1 (en) Water reclamation system and deionization treatment device, and water reclamation method
Choi et al. The maximum allowable charge for operating membrane capacitive deionization without electrode reactions
Hu et al. Membrane-free electrodeionization using strong-type resins for high purity water production
KR102333809B1 (ko) 탈착공정용 순환탱크를 구비한 축전식 탈염 정수처리 시스템 및 그 제어방법
JP2013545612A (ja) 電気脱イオン化装置
CA3008590A1 (en) Device for generating hydrogen peroxide
HUP0900569A2 (en) Method and automatic instrument for reducing alkali metal content of water by voltage transforming electrosorption
KR20160117751A (ko) 담수 생산 시스템 및 방법
EP2905263A1 (en) Softening apparatus
KR20170131574A (ko) 희석된 불산의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
FA9A Lapse of provisional patent protection due to relinquishment or protection considered relinquished