JP2019503270A - 汚染物質の除去速度が増大された廃水処理用の電気化学セル - Google Patents
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Abstract
Description
a.本明細書に記載の構造を有する電気化学セルを提供するステップであって、この電気化学セルを、処理すべき廃水を含む反応タンク内に浸漬させる、ステップと、
b.電気化学セルに電圧を供給するステップと、
c.電気化学セルを所定の電流密度で動作させて廃水中の汚染物質を分解するステップとを含み、
廃水が、圧縮フレームの圧縮アーム間を流れて開孔メッシュを通り、触媒層に到達して、廃水中の汚染物質を分解する反応を生じる。
a.固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜の第1面に隣接するアノード触媒層と、固体高分子電解質膜の第1面とは反対側の第2面に隣接するカソード触媒層とを設けるステップと、
b.アノード触媒層に隣接して第1の開孔メッシュを配置するとともに、カソード触媒層に隣接して第2の開孔メッシュを配置するステップと、
c.第1の開孔メッシュに隣接して第1の圧縮フレームを配置するとともに、第2の開孔メッシュに隣接して第2の圧縮フレームを配置するステップであって、圧縮フレームの各々が、導電性材料から形成されるとともに、圧縮アームを有し、圧縮アームが、接続部位で互いに接続されるとともに、フレームの外周に囲まれた領域内に広がる、ステップと、
d.留め具を、第1および第2の圧縮フレームの圧縮アームの接続部位に設けられた孔に通し、第1および第2の開孔メッシュに設けられた孔に通し、固体高分子電解質膜およびアノードおよびカソード触媒層に通して挿入するステップと、
e.留め具により提供される圧縮力によって、固体高分子膜、第1の開孔メッシュ、第2の開孔メッシュ、第1の圧縮フレームおよび第2の圧縮フレームを接続部位で圧縮するステップとを含み、
圧縮フレームに囲まれた電気化学セルの領域にわたって実質的に均一な圧縮力を提供するために、接続部位が、フレームの外周に囲まれた領域内に分布している。
a.上述した図1および図2に示す電気化学セル100である電気化学セルに、汚染された廃水の流れを供給するステップであって、電気化学セル100を、汚染された廃水を含む反応タンク302内に浸漬し、廃水を、電気化学セルのアノードおよびカソードの両側に供給する、ステップと、
b.電気化学セルに電圧を供給するステップと、
c.電気化学セルを所定の電流密度で動作させて、廃水中の汚染物質を分解するステップとを含み、
廃水が、圧縮フレームの圧縮アーム間を流れて開孔メッシュの開孔を通り、触媒層に到達して廃水中の汚染物質を分解する反応を生じる。
a.固体高分子電解質膜を提供するステップであって、固体高分子電解質膜が、その第1面に設けられたアノード触媒層と、固体高分子電解質膜の前記第1面とは反対側の第2面に設けられたカソード触媒層とを有する、ステップと、
b.アノード触媒層に隣接して第1の開孔メッシュを、カソード触媒層に隣接して第2の開孔メッシュをそれぞれ配置するステップと、
c.第1の開孔メッシュに隣接して第1の圧縮フレームを、第2の開孔メッシュに隣接して第2の圧縮フレームをそれぞれ配置するステップであって、圧縮フレームの各々が圧縮アームを備え、圧縮アームが、接続部位で互いに接続されるとともに、フレームの外周に囲まれた領域内に広がる、ステップと、
d.留め具を、第1および第2の圧縮フレームの圧縮アームの接続部位に設けられた孔に通し、第1および第2の開孔メッシュに設けられた孔に通し、固体高分子電解質膜およびアノードおよびカソード触媒層に通して挿入するステップと、
e.留め具により提供される圧縮力によって、固体高分子膜、第1の開孔メッシュ、第2の開孔メッシュ、第1の圧縮フレームおよび第2の圧縮フレームを接続部位で圧縮するステップとを含み、
圧縮フレームに囲まれた電気化学セルの領域にわたって実質的に均一な圧縮力を提供するために、圧縮部位が、圧縮フレームの外周に囲まれた領域内に分布する。
注:PGMは白金族金属触媒を表し、EGはエチレングリコールを表す。比較すると、従来の流れ場プレートを使用する電気化学セルの平均汚染物質除去速度は、アンモニアで約6,000mg/m2時間であり、メタノールで約200,000mg/m2時間である。
Claims (32)
- 廃水処理用の電気化学セルであって、
a.固体高分子電解質膜と、
b.前記固体高分子電解質膜の第1面に隣接するアノード触媒層および前記固体高分子電解質膜の前記第1面とは反対側の第2面に隣接するカソード触媒層と、
c.前記アノード触媒層に隣接する第1の開孔メッシュおよび前記カソード触媒層に隣接する第2の開孔メッシュと、
d.前記第1の開孔メッシュに隣接する第1の圧縮フレームおよび前記第2の開孔メッシュに隣接する第2の圧縮フレームであって、各圧縮フレームが、フレーム外周に囲まれた領域内に広がる圧縮アームを有し、それら圧縮アームが、接続部位で互いに接続されている、第1および第2の圧縮フレームと、
e.留め具であって、前記第1および第2の圧縮フレームの圧縮アームの接続部位に設けられた孔を通り、前記第1および第2の開孔メッシュに設けられた孔を通り、前記固体高分子電解質膜およびアノードおよびカソード触媒層を通って突出する留め具とを備え、
前記留め具が、2つの圧縮フレーム間の固体高分子電解質膜、触媒層および開孔メッシュを圧縮する力を提供することを特徴とする電気化学セル。 - 請求項1に記載の電気化学セルにおいて、
前記固体高分子電解質膜には、前記留め具の貫通を可能にする孔が設けられていることを特徴とする電気化学セル。 - 請求項1に記載の電気化学セルにおいて、
前記アノード触媒層および前記カソード触媒層が、前記固体高分子電解質膜の片面にそれぞれ設けられていることを特徴とする電気化学セル。 - 請求項1に記載の電気化学セルにおいて、
前記アノード触媒層が、前記固体高分子電解質膜の第1面に設けられ、前記カソード触媒層が、前記固体高分子電解質の第2面を向く前記第2の開孔メッシュの面に設けられていることを特徴とする電気化学セル。 - 請求項1に記載の電気化学セルにおいて、
前記カソード触媒層が、前記固体高分子電解質膜の第2面に設けられ、前記アノード触媒層が、前記固体高分子電解質の前記第1面を向く前記第1の開孔メッシュの面に設けられていることを特徴とする電気化学セル。 - 請求項1に記載の電気化学セルにおいて、
前記アノード触媒層が、前記固体高分子膜の第1面を向く前記第1の開孔メッシュの面に設けられ、前記カソード触媒層が、前記固体高分子膜の第2面を向く前記第2の開孔メッシュの面に設けられていることを特徴とする電気化学セル。 - 請求項1に記載の電気化学セルにおいて、
前記固体高分子電解質膜が周辺部を有し、前記周辺部が、前記触媒層を越えて延在するとともに、前記第1および第2の圧縮フレームの間に突き出して、2つのフレーム間の電気的遮蔽を提供することを特徴とする電気化学セル。 - 請求項1に記載の電気化学セルにおいて、
前記留め具が非導電性材料で作られていることを特徴とする電気化学セル。 - 請求項1に記載の電気化学セルにおいて、
前記圧縮フレームが導電性材料で作られていることを特徴とする電気化学セル。 - 請求項9に記載の電気化学セルにおいて、
前記圧縮フレームが金属またはセラミック材料で作られていることを特徴とする電気化学セル。 - 請求項1に記載の電気化学セルにおいて、
前記圧縮フレームの厚さが約0.5−約5mmであることを特徴とする電気化学セル。 - 請求項1に記載の電気化学セルにおいて、
前記開孔メッシュが導電性材料で作られていることを特徴とする電気化学セル。 - 請求項12に記載の電気化学セルにおいて、
前記開孔メッシュが金属またはセラミック材料で作られていることを特徴とする電気化学セル。 - 請求項12に記載の電気化学セルにおいて、
前記開孔メッシュ厚さが約10−約5,000ミクロンであることを特徴とする電気化学セル。 - 請求項12に記載の電気化学セルにおいて、
前記開孔メッシュが、約30−約95%の気孔率を有することを特徴とする電気化学セル。 - 請求項1に記載の電気化学セルにおいて、
前記電気化学セルのアノードおよび/またはカソードの活性領域が、約5−約3,500cm2であることを特徴とする電気化学セル。 - 請求項1に記載の電気化学セルにおいて、
前記固体高分子電解質膜が陰イオン固体高分子電解質であることを特徴とする電気化学セル。 - 請求項1に記載の電気化学セルにおいて、
前記固体高分子電解質膜が陽イオン固体高分子電解質であることを特徴とする電気化学セル。 - 廃水処理用の電気化学セルのスタックであって、
請求項1に記載の電気化学セルを少なくとも1つ含むことを特徴とするスタック。 - 請求項19に記載のスタックにおいて、
前記スタックが50個の電気化学セルを含むことを特徴とするスタック。 - 請求項19に記載のスタックにおいて、
前記電気化学セルが少なくとも1本のロッドを介して接続され、かつ隣接する2つの電気化学セルの間に空間を形成するように配置されており、前記空間によって、前記電気化学セル間に生成ガスの流れを形成することが可能になっていることを特徴とするスタック。 - 請求項19に記載のスタックにおいて、
1つの電気化学セルのアノード側が、前記スタック内の隣接する電気化学セルのアノード側を向いていることを特徴とするスタック。 - 請求項19に記載のスタックにおいて、
1つの電気化学セルのアノード側が、前記スタック内の隣接する電気化学セルのカソード側を向いていることを特徴とするスタック。 - 廃水処理用のシステムであって、
請求項19に記載の、電気化学セルの少なくとも1つのスタックを含み、この少なくとも1つのスタックが、処理すべき廃水を含む反応タンク内に浸漬されていることを特徴とするシステム。 - 請求項24に記載のシステムにおいて、
前記スタックが直列または並列に接続されていることを特徴とするシステム。 - 請求項24に記載のシステムにおいて、
前記反応タンクが、ガス抜きポートを有する蓋を含み、スタック動作中に生成された生成ガスが、前記ガス抜きポートを通って前記反応タンクの外部に流れることを特徴とするシステム。 - 請求項24に記載のシステムにおいて、
前記反応タンクがレベルセンサを含むことを特徴とするシステム。 - 廃水処理方法であって、
a.請求項1に記載の少なくとも1つの電気化学セルを準備して、この電気化学セルを、処理すべき廃水を含む反応タンク内に浸漬するステップと、
b.前記電気化学セルに電圧を供給するステップと、
c.前記電気化学セルを所定の電流密度で動作させて廃水中の汚染物質を分解するステップとを含み、
前記廃水が、前記圧縮フレームの圧縮アーム間を流れて前記開孔メッシュを通り、触媒層に到達して、廃水中の汚染物質を分解する反応を生じることを特徴とする方法。 - 請求項28に記載の方法において、
前記電気化学セルに約1.3V−約10Vの電圧を供給するステップを含むことを特徴とする方法。 - 請求項28に記載の方法において、
約0.05−約1.0A/cm2の動作電流密度で前記電気化学セルを動作させるステップを含むことを特徴とする方法。 - 請求項28に記載の方法において、
前記電気化学セルの動作中、予め設定された時間に前記反応タンク内の廃水からサンプルを採取するステップと、
前記サンプルが水質要件を満たすときに、前記廃水を排出タンクに排出するステップとをさらに含むことを特徴とする方法。 - 廃水処理用の電気化学セルの製造方法であって、
a.固体高分子電解質膜と、前記固体高分子電解質膜の第1面に隣接するアノード触媒層と、前記固体高分子電解質膜の前記第1面とは反対側の第2面に隣接するカソード触媒層とを設けるステップと、
b.前記アノード触媒層に隣接して第1の開孔メッシュを配置するとともに、前記カソード触媒層に隣接して第2の開孔メッシュを配置するステップと、
c.前記第1の開孔メッシュに隣接して第1の圧縮フレームを配置するとともに、前記第2の開孔メッシュに隣接して第2の圧縮フレームを配置するステップであって、圧縮フレームの各々が圧縮アームを有し、それら圧縮アームが、接続部位で互いに接続されるとともに、フレームの外周に囲まれた領域内に広がる、ステップと、
d.留め具を、前記第1および第2の圧縮フレームの圧縮アームの接続部位に設けられた孔に通し、前記第1および第2の開孔メッシュに設けられた孔に通し、前記固体高分子電解質膜およびアノードおよびカソード触媒層に通して挿入するステップと、
e.前記留め具により提供される圧縮力によって、前記第1の圧縮フレームと前記第2の圧縮フレームとの間の固体高分子膜、第1の開孔メッシュおよび第2の開孔メッシュを前記接続部位で圧縮するステップとを含み、
前記圧縮フレームに囲まれた電気化学セルの領域にわたって実質的に均一な圧縮力を提供するために、前記接続部位が、フレーム外周に囲まれた領域内に分布していることを特徴とする方法。
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