JP2021532981A - 電気化学フロー反応器 - Google Patents
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Abstract
Description
反応チャンバと、
第1の電極と、
第2の電極と、
第1の電極と第2の電極との間に配置されたセパレータとを備える電気化学フローセルが提供され、
セパレータは、第1の流体流を第1の電極と接触させて収容するように構成された反応チャンバ内の第1のチャネルと、第2の流体流を第2の電極と接触させて収容するように構成された反応チャンバ内の第2のチャネルとを、少なくとも部分的に画定し、
セパレータは、流体流を介して第1の電極と第2の電極とのイオン連通を可能にすると同時に、流体流間の流体交換を制限する透過膜を備え、
第1の電極は、第1の電極の長さに沿った複数の位置で第1の流体流を複数の支流に分割する複数の分割構造を画定する静的ミキサ部を備える。
流体流の流動性フローを提供するポンプと、
電極を流れる電流または電極に印加される電圧を制御する電源と、
濃度、流量、温度、圧力、及び滞留時間を含むシステムの1つ以上のパラメータを制御するコントローラと、
を備える。
200m−1より多く第1の流体流を分割することによるカオス的移流であって、200m−1は、第1の流体流を第1の電極の静的ミキサ部に沿って所与の長さ内で分割する回数に対応する、カオス的移流、
少なくとも約10,000のペクレ(Pe)数、
約100〜100,000(Pa/m単位)の第1の電極にわたる圧力降下、
少なくとも約0.1ml/分の第1の流体流の体積流量、
約1μA m−2〜約1000A m−2の第1の電極及び第2の電極の電流密度、
のうちの少なくとも1つを提供するように作動し得る。
本明細書全体を通して、具体的に別段明記されない限り、または文脈上他の意味に解すべき場合を除き、単一のステップ、事象構成、ステップ群、または事象構成群への言及は、これらのステップ、事象構成、ステップ群、または事象構成群のうちの1つ及び複数(すなわち1つ以上)を包含すると解釈されるものとする。従って、本明細書で使用される単数形「a」、「an」、及び「the」には、文脈上明白に他の意味を指示する場合を除いて、複数の態様が含まれる。例えば、「a」への言及には単一並びに2つ以上が含まれ、「an」への言及には単一並びに2つ以上が含まれ、「the」への言及には単一並びに2つ以上が含まれることなどが挙げられる。
反応チャンバ、静的ミキサ部を備える第1の電極、第2の電極、及び第1の電極と第2の電極との間に配置されたセパレータを備える電気化学フローセルが提供され得る。
例えば前述の電気化学フローセルなどの電気化学フロー反応器は、連続フロー電気化学管状反応器の形態で提供され得る。連続フロー電気化学管状反応器は、電気化学フローセルに関して本明細書で説明される任意の実施形態または実施例に従って提供され得る。
セパレータ202は、イオン輸送を可能にするが流体の流れを妨げる任意の多孔質材料を含み得る。セパレータには、透過膜、半透膜、または選択的透過膜が含まれ得る。いくつかの実施形態では、セパレータ202は、不織布繊維(綿、ナイロン、ポリエステル、ガラス)、ポリマーフィルム(ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニル)、セラミック、及び自然発生物質(ゴム、アスベスト、木材)という材料のうちのいずれか1つ以上で形成され得る。いくつかの実施形態では、セパレータ202は、20Å未満の細孔を有するポリマー材料を含み得る。セパレータ202は、乾式及び/または湿式製造プロセスを使用して形成され得る。不織布セパレータ202は、一方向にまたはランダムに配向された繊維で製造されたシート、ウェブ、またはマットを含み得る。
上記で論述されたように、第1の電極104、または第2の電極106、または第1の電極104及び第2の電極106の両方は、静的ミキサ部を備え得、これは、静的ミキサ部を通ってまたは静的ミキサ部の周りを流れる流体の混合を促進する形状を画定する。これは、静的ミキサ電極、すなわちSMEと称され得る。
・螺旋を有する開放構成
・ブレードを有する開放構成
・波形プレート
・多層設計
・チャネルまたは穴を有する閉鎖構成
・支柱、凹凸、起伏、及び突起の連動ネットワーク
対電極は、導電性であることが理解されよう。対電極は、印加される電流の方向に応じて、アノードまたはカソードとして動作し得る。対電極は、静的ミキサ電極に関して前述された任意の実施形態または実施例に従った材料から成り得る、またはそのような任意の実施形態または実施例に従って構成され得る。
反応器は、反応器筐体、第1の電極、第2の電極、セパレータ、及び1つまたは2つの任意の端部キャップを備えたアセンブリとして提供され得る。端部キャップは、反応器筐体を密封するように構成され得、さらに任意で、第1の電極、第2の電極、セパレータのうちの1つ以上と結合して、反応器の組み立て及び動作の構造及び配置を支援するように構成され得る。
連続フロー電気化学反応を提供するシステムは、本明細書で説明される任意の1つ以上の態様、実施形態、または実施例による電気化学フローセルまたは電気化学管状反応器を備え得る。
本明細書で説明される実施形態または実施例のうちのいずれかによる1つ以上の静的ミキサ電極を備える連続フロー電気化学反応器と、
反応器を通る1つ以上の流体反応物及びその任意の生成物の流体の流れを提供するポンプと、
反応物濃度、流量、電流の流れ、印加電圧、圧力、及び滞留時間から選択されるシステムのパラメータのうちの1つ以上を制御する制御手段と、
を備える。
本明細書で説明される任意の実施形態または実施例による電気化学フロー反応器、電気化学フローセル、または連続フロー電気化学管状反応器は、金属回収、廃水及び鉱山廃水からの重金属及び貴金属回収、廃水処理、水の消毒または浄化(例えば飲み水)、及び固体廃棄物(例えばスラッジ、テーリング、及び廃棄生成物)からの金属回収、及び様々な生成物の電気合成(例えばガス生成、エネルギー貯蔵及び変換、試薬再生、及び重合)を含む様々な用途に使用され得る。
本明細書で説明される実施形態または実施例のうちのいずれかによる静的ミキサ電極またはシステムを備える連続フロー電気化学反応器を提供することと、
少なくとも第1の流体反応物を、反応物入口を介して反応器に提供することと、
静的ミキサ電極を介して少なくとも第1の流体流反応物の流れ及び反応をもたらすように、反応器またはその制御手段を作動させることと、
少なくとも第1の反応物の反応の生成物を含む流出流を得ることと、
のステップを含む。
例えば、一実施形態では、静的ミキサ電極にわたる圧力降下は、約10〜250,000、100〜100,000、または1,000〜50,000(Pa/m単位)の範囲であり得る。これに関して、本明細書に説明される静的ミキサ電極、反応器、システム、及びプロセスは、産業用途に好適なパラメータで提供され得る。上記の圧力降下またはその範囲は、体積流量が少なくとも0.1、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、100、500、1000ml/分である場合に提供され得る。
電気化学フロー反応器が用意され、これは、セパレータ200(図2)に加えて、セルへ流れ込む電解質を制御する蠕動ポンプ120(複数可)(リモートI/O付きMasterflex L/S可変速ドライブ、600rpm)を含む液体供給ラインと、セルを通して流れる印加された電気化学的な電位/電流を制御する電源110(オランダUtrechtのMetrohm Autolab BVのAutolab 302Nポテンシオスタット)とを備える。
0.01MのH2SO4内に10〜100ppmのCu2+を含む酸性汚染液から銅イオンを除去する場合の電気化学フローセルの効率が、電気化学フローセルの分離構成の実施形態で、ステンレス鋼静的ミキサ電極(すなわち作用電極)とガラス状炭素菅(すなわちアノード)とを使用して、10〜1000mL min−1の範囲の流量で、評価された。図10に示されるように、50mL min−1を超えて流量を増加させると、電気活性イオンが作用電極の表面上で還元反応を完了するための滞留時間が減ったことが原因で、除去効果は低下した(図10a)。一方で、流量を増加させると、作用電極を通過する電荷が増加し、これに応じて電流回復が増加した(図10b)。ただし、電気活性イオンの電極表面での滞留時間が減ることに起因して効率が低下する点を超えるまでは、流量を増やすことは効率的である。
電気化学フローセルが一定量の汚染された水溶液から銅イオンをいかに効果的に除去できるかを示すために、網羅的な電気分解実験も行われた。銅汚染された2リットルの水溶液(すなわち0.01MのH2SO4内に100ppmのCuSO4.4H2O)が、電気化学フローセルを使用して、24時間50mL min−1の一定流量で処理された。光学画像及びSEM/EDSの結果により、静的ミキサ作用電極上に銅イオンの堆積が確認され(図11)、ICP−MS結果により、電気化学フローセルの分離構造において24時間で99.7%の銅濃度減少が達成されたことが示された(図12)。
Claims (29)
- 反応チャンバと、
第1の電極と、
第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に配置されたセパレータとを備える電気化学フローセルであって、
前記セパレータは、第1の流体流を前記第1の電極と接触させて収容するように構成された前記反応チャンバ内の第1のチャネルと、第2の流体流を前記第2の電極と接触させて収容するように構成された前記反応チャンバ内の第2のチャネルとを、少なくとも部分的に画定し、
前記セパレータは、前記流体流を介して前記第1の電極と前記第2の電極との電気的連通を可能にすると同時に、前記流体流間の流体交換を制限する透過膜を備え、
前記第1の電極は、前記第1の電極の長さに沿った複数の位置で前記第1の流体流を複数の支流に分割する複数の分割構造を画定する静的ミキサ部を備える、
前記電気化学フローセル。 - 前記電気化学フローセルは、連続フロー管状反応器である、請求項1に記載の電気化学フローセル。
- 前記第1の電極の前記静的ミキサ部の直径は、前記第1のチャネルの直径にほぼ等しい、請求項1または2に記載の電気化学フローセル。
- 前記第1の電極は、前記セパレータと接触して配置される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電気化学フローセル。
- 前記セパレータ及び前記第2の電極は、前記第1の電極の中心長手方向軸と同心円状かつ同軸状に配置される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電気化学フローセル。
- 前記セパレータ及び前記第2の電極は、略円筒形である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の電気化学フローセル。
- 前記第2の電極は、前記反応チャンバの壁の少なくとも一部を形成する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の電気化学フローセル。
- 前記静的ミキサ部の隣接する分割構造は、前記静的ミキサ部の中心長手方向軸の周りに、異なる回転角で配置される、請求項1〜7のいずれか1項に記載の電気化学フローセル。
- 前記静的ミキサ部は、前記静的ミキサ部の長さに沿って連続して配置された複数の実質的に類似する構造モジュールを備える請求項1〜8のいずれか1項に記載の電気化学フローセル。
- 前記静的ミキサ部を備える前記第1の電極は、200m−1より多く前記第1の流体流を分割することにより、カオス的移流を向上させるように構成され、前記200m−1は、前記第1の流体流を前記第1の電極の前記静的ミキサ部に沿って所与の長さ内で分割する回数に対応する、請求項1〜9のいずれか1項に記載の電気化学フローセル。
- 前記静的ミキサ部を備える前記第1の電極は、少なくとも約10,000のペクレ(Pe)数で作動するように構成される、請求項1〜10のいずれか1項に記載の電気化学フローセル。
- 前記静的ミキサ部を備える前記第1の電極は、約1000〜100,000(Pa/m単位)の前記第1の電極にわたる圧力降下で作動するように構成される、請求項1〜11のいずれか1項に記載の電気化学フローセル。
- 前記静的ミキサ部を備える前記第1の電極は、前記第1のチャネル内で、少なくとも約0.1ml/分の前記第1の流体流の体積流量を提供して作動するように構成される、請求項1〜12のいずれか1項に記載の電気化学フローセル。
- 請求項1〜13のいずれか1項に記載の少なくとも第1の電気化学フローセルを備える、電気化学フローシステム。
- 請求項1〜13のいずれか1項に記載の第2の電気化学フローセルと、
前記第1の電気化学フローセルの前記第1のチャネルが前記第2の電気化学フローセルの前記第2のチャネルと流体連通し、前記第1の電気化学フローセルの前記第2のチャネルが前記第2の電気化学フローセルの前記第1のチャネルと流体連通するように、前記第1の電気化学フローセルを前記第2の電気化学フローセルに接続する複数のフローラインと、
をさらに備える、請求項14に記載の電気化学フローシステム。 - 前記流体流の流動性フローを提供するポンプと、
前記電極を流れる電流または前記電極に印加される電圧を制御する電源と、
濃度、流量、温度、圧力、及び滞留時間を含む前記システムの1つ以上のパラメータを制御するコントローラと、
をさらに備える、請求項14または15に記載の電気化学フローシステム。 - 請求項1〜13のいずれか1項に記載の電気化学フローセル、または請求項14〜16のいずれか1項に記載のシステムを含む流体流の電気化学処理の方法。
- 廃水処理、流体流からの溶存金属イオンの除去、または流体流からの金属回収を行う、請求項17に記載の方法。
- 前記第1の流体流から溶存金属種の除去を行う前記方法であって、前記金属種の前記除去は、前記第1の電極の前記静的ミキサ部の表面上で行われる、請求項17に記載の方法。
- 前記静的ミキサ部を含む前記第1の電極を備える前記電気化学フローセルは、200m−1より多く前記第1の流体流を分割することにより、カオス的移流を向上させるように作動し、前記200m−1は、前記第1の流体流を前記第1の電極の前記静的ミキサ部に沿って所与の長さ内で分割する回数に対応する、請求項17〜19のいずれか1項に記載の方法。
- 前記静的ミキサ部を含む前記第1の電極を備える前記電気化学フローセルは、少なくとも約10,000のペクレ(Pe)数を提供するように作動する、請求項17〜20のいずれか1項に記載の方法。
- 前記静的ミキサ部を含む前記第1の電極を備える前記電気化学フローセルは、約1000〜100,000(Pa/m単位)の前記第1の電極にわたる圧力降下を提供するように作動する、請求項17〜21のいずれか1項に記載の方法。
- 前記電気化学フローセルは、少なくとも約0.1ml/分の前記第1の流体流の体積流量を提供するように作動する、請求項17〜22のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1の流体流は、約0.01(mol/L単位)未満の濃度の溶存金属種を含む、請求項17〜23のいずれか1項に記載の方法。
- 前記電気化学フローセルは、前記第1の流体流内の汚染物質または金属種の回収効率が、前記第1の流体流内に最初に存在する前記汚染物質または前記金属種の少なくとも約90%となるように作動する、請求項17〜24のいずれか1項に記載の方法。
- 前記電気化学フローセルは、前記静的ミキサ電極及び前記対電極に対し、1μA m−2〜約1000A m−2の範囲の電流密度を提供するように作動する、請求項17〜25のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1の電気化学フローセルの前記第1のチャネルが前記第2の電気化学フローセルの前記第2のチャネルと流体連通し、前記第1の電気化学フローセルの前記第2のチャネルが前記第2の電気化学フローセルの前記第1のチャネルと流体連通するように、複数のフローラインは、前記第1の電気化学フローセルを前記第2の電気化学フローセルに接続する、請求項1〜13のいずれか1項に記載の第1の電気化学フローセル及び第2の電気化学フローセルの動作を含む請求項17〜26のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項1〜13のいずれか1項に記載の電気化学フローセル、または請求項14〜16のいずれか1項に記載のシステムを含む製品の電気化学合成の方法。
- 前記電気化学フローセルの前記第1のチャネルにおいて、1つ以上の反応物を含む第1の流体流を反応させることと、前記反応の生成物を含む流出流を得ることと、を含む請求項28に記載の方法。
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0899082A (ja) * | 1994-08-15 | 1996-04-16 | Sulzer Chemtech Ag | 紫外線による流動体の処理装置 |
JP2003073876A (ja) * | 2001-08-30 | 2003-03-12 | Kobe Steel Ltd | 電気化学的処理用電極、電気化学的処理方法及び電気化学的処理装置 |
JP2011005369A (ja) * | 2009-06-23 | 2011-01-13 | Yokogawa Electric Corp | マイクロ処理装置 |
KR20150000005U (ko) * | 2013-06-24 | 2015-01-02 | 김헌익 | 나선형 정적믹서를 전극으로 채용한 유수처리 방전셀 |
Family Cites Families (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3859195A (en) * | 1972-09-20 | 1975-01-07 | Du Pont | Apparatus for electrochemical processing |
US4388162A (en) * | 1982-02-08 | 1983-06-14 | Institute Of Gas Technology | Continuous flow electrochemical cell and process |
US5296107A (en) * | 1992-03-04 | 1994-03-22 | Hydro-Quebec | Indirect cerium medicated electrosynthesis |
JPH1157720A (ja) * | 1996-11-07 | 1999-03-02 | Honda Motor Co Ltd | 電解機能水、その製造方法及び製造装置 |
US6942767B1 (en) * | 2001-10-12 | 2005-09-13 | T-Graphic, Llc | Chemical reactor system |
JP2006101876A (ja) * | 2005-09-12 | 2006-04-20 | Green Kankyo Technology:Kk | ポリ乳酸の製造方法、及び乳酸製造装置 |
CN103596883B (zh) * | 2011-06-06 | 2015-06-10 | 安克信水技术公司 | 使用电化学电池有效处理废水 |
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KR20140008781A (ko) * | 2012-07-12 | 2014-01-22 | 김헌익 | 전기분해와 교반기능을 겸하는 유수 처리용 전극관로 및 그의 제작방법 |
US8974940B1 (en) * | 2012-12-21 | 2015-03-10 | Vizn Energy Systems, Inc. | Electrode configured for turbulence |
DE102014203372A1 (de) * | 2014-02-25 | 2015-08-27 | Condias Gmbh | Elektrodenanordnung für eine elektrochemische Behandlung einer Flüssigkeit |
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JP2011005369A (ja) * | 2009-06-23 | 2011-01-13 | Yokogawa Electric Corp | マイクロ処理装置 |
KR20150000005U (ko) * | 2013-06-24 | 2015-01-02 | 김헌익 | 나선형 정적믹서를 전극으로 채용한 유수처리 방전셀 |
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