SK280162B6 - Anódové zariadenie a zariadenie na elektrokinetick - Google Patents

Description

Anódové zariadenie a zariadenie na elektrokinetické odstránenie solí z muriva je tvorené aspoň jednou elektródou na odstránenie solí, uloženou v stene alebo na stene, v styku s pufrom imobilizujúcim ióny a aspoň jednou zápornou elektródou, proti ktorej sa privádza jednosmerné napätie, pričom kladná elektróda (12, 17) je až na svoje prívody celkom uložená do vrstvy (9. 13,

18) pufra, pričom pufer je obklopený vrstvou (10, 14,

19) separátora.

Oblasť techniky

Vynález sa týka anódového zariadenia na použitie v zariadení na elektrokinetické odstránenie solí z muriva. Zariadenie je tvorené aspoň jednou kladnou elektródou, uloženou na murive alebo v murive v poréznom pufri s obsahom vody a s aspoň jednou zápornou elektródou pod jednosmerným napätím.

Doterajší stav techniky

Princíp elektrokinetického delenia iónov v elektrickom poli podľa ich náboja pod vplyvom jednosmerného napätia je známy a je v technickom meradle využívaný napríklad na získanie solí z morskej vody. Spôsob odstraňovania solí z muriva na základe elektrokinetického účinku je taktiež známy a využívaný.

Najčastejšie sa vyskytujúce nežiaduce soli v murive sú sírany, chloridy a dusičnany. Pôvod týchto solí je veľmi rôzny, napríklad zo stavebného materiálu, ktorý je vyrábaný väčšinou z prírodných surovín,

- z hnojív z okolitej pôdy, ktoré sa do muriva dostávajú kapilárnym transportom,

- zo soli, použitých napríklad na posypanie chodníkov a ciest a

- z atmosféry, napríklad pri „kyslých dažďoch“.

Soli v murive sú väčšinou hygroskopické a prijímajú teda v závislosti od relatívnej vlhkosti zo vzduchu. Toto zvýšenie objemu kryštálikov soli vyvoláva veľké tlaky, ktoré môžu postupne rozrušovať stavebný materiál.

Uvedené soli okrem toho rozrušujú oceľ v betóne a predpínaciu oceľ v dôsledku korózie.

Sušenie elektrofyzikálnymi postupmi na princípe elektroosmózy v poréznom murive môže byť funkčné len v tom prípade, že sa medzi murivom a elektrolytom vytvára dostatočný potenciál Zeta. Pri vysokej koncentrácii rozpustných solí k vzniku tohto potenciálu nedochádza a sušenie elektroosmózou je nemožné. Je preto potrebné pred použitím elektroosmózy zbaviť murivo solí.

Podstata odstraňovania soli z muriva spočíva vo využití elektrokinetického delenia na báze odlišného náboja.

Pri vložení jednosmerného napätia postupujú z elektrolytu ióny s rôznym napätím v elektrickom poli k zodpovedajúcim elektródam a hromadia sa na týchto elektródach a v ich okolí. Anióny, ktoré sú záporne nabité putujú k anóde a kladne nabité katióny putujú ku katóde. Potom je možné vysoké koncentrácie aniónov priebežne odstraňovať z okolia anódy z muriva. Rýchlosť putovania iónov závisí od ich povahy, veľkosti a na vonkajších podmienok, ako je tlak, teplota, koncentrácia a podobne.

Dôležitým faktorom je tiež použité rozpúšťadlo. Pre niektoré ióny bude ďalej uvedená rýchlosť putovania: OH' 0,00167 cm²/sV

CL- 0,00062 cm²/sV

NO3· 0,00058 cm²/sV

SO4- 0,00059 cm²/sV

V murive je postup iónov podstatne pomalší, ale ešte dostatočný na to, aby bolo možné murivo v prijateľnom časovom období zbaviť solí.

Známe postupy na elektrokinetické odstraňovanie solí z muriva väčšinou využívajú kovové anódy, ktoré môžu podliehať korózii a ktorých kvapalné produkty korózie je zvyčajne potrebné odstraňovať z muriva žliabkom z plastu.

Je známy aj ďalší postup na odstraňovanie solí z betónu, pričom armatúra betónu slúži ako katóda a anióny sú na svojej ceste k povrchovo uloženej anóde viazané na aniónovú živicu alebo na hydroxid, uhličitan a/alebo oxid vápenatý. Pri oboch uvedených postupoch môže dochádzať k spätnej difúzii reakčných produktov do muriva. Týnt sa znižuje prúd a uskutočnenie postupu sa stáva nákladným a zložitým.

Vynález si kladie za úlohu navrhnúť zariadenie na elektrokinetické odstraňovanie solí z muriva pri odstránení nevýhod známych zariadení a postupov. Použitie zariadenia by malo byť jednoduché a nenákladné a malo by byť možné použiť najmä vopred pripravené elektródy, prípadne zariadenia s obsahom týchto elektród.

Podstata vynálezu

Zariadenie podľa vynálezu spočíva v tom, že kladná elektróda je okrem prívodov celkom uložená do vrstvy pufra, o ktorú sa opiera vrstva separátora.

Výhoda tohto usporiadania spočíva predovšetkým v tom, že elektróda je vrstvou pufra optimálne chránená pred koróziou, okrem toho vrstva separátora vytvára bariéru proti spätnej difúzii reakčných produktov do muriva. Vrstva separátorov má byť po celom povrchu v styku s vrstvou pufra tam, kde sa vrstva pufra priamo opiera o murivo.

Ďalšie výhodné uskutočnenia zariadenia podľa vynálezu spočívajú v tom, že pufer môže byť celkom uzavretý do vrstvy separátora alebo ním môže byť oddelený od muriva v prípade plošného uskutočnenia. Separátor je tvorený výhodne mikroporéznou membránou, prípadne selektívnou pre ióny.

Vrstva separátora môže byť tvorená mikroporéznou membránou, prípadne selektívnou pre ióny napríklad z PTFE, azbestu, PVC, PE, PP, celulózy, spojenej plastom a/alebo zosilnenej sklenenými vláknami, regenerovanej celulózy, celofánu alebo z dĺženej fólie z plastu.

Anóda môže byť tvorená vodivým plastom alebo kovovým, výhodne medeným vodičom alebo grafitovými vláknami, obklopenými vodivým plastom.

Anódové zariadenie, pozostávajúceho z elektródy, ktorá je v styku s pufrom, pričom táto elektóda je okrem svojho pripojenia celkom obklopená pufrom, na vrstvu pufra je potom uložená vrstva separátora.

Vynález bude ďalej osvetlený formou príkladov v súvislosti s priloženými výkresmi.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na obr. 1 je schematicky znázornené zariadenie na elektrokinetické odstránenie solí z muriva.

Na obr. 2 je znázornené iné uskutočnenie uvedeného zariadenia.

Na obr. 3 až 5 sú znázornené rôzne uskutočnenia anódového zariadenia podľa vynálezu.

SK 280162 Β6

Príklady uskutočnenia vynálezu

Na obr. 1 je znázornené zariadenie na odstránenie solí z muriva s niekoľkými anódami 2, uloženými v otvoroch steny 1, anódy 2 sú spolu spojené vodičmi. Anódy 2 sú okrem svojho pripojenia úplne obklopené pufrom, imobilizujúcim ióny a pufer je obklopený vrstvou separátora, ktorý ho oddeľuje od stien otvorov v stene 1. Pri použití zdroja 3 elektrického prúdu je ku katóde, v tomto prípade tvorenej uzemnením 4, privádzané jednosmerné napätie.

Na obr. 2 je schematicky znázornené zariadenie na odstránenie solí, ktorého plošné anódy 5 sú uložené na stenu

1. Anódy 5 sú až na svoje pripojenie úplne uložené v pufri a spojené vodičmi a súčasne pripojené na zdroj 3 elektrického prúdu, pričom súčasne je proti uzemneniu 4 privádzané jednosmerné napätie. V tomto uskutočnení je vrstva separátora uložená len na tej strane anódy 5, ktorá je privrátená k stene 1.

Na obr. 3 je znázornené anódové zariadenie 6 tvaru náboja, vhodné najmä na uloženie do otvorov v murive. Toto anódové zariadenie je tvorené kovovým, výhodne medeným vodičom 7, ktorý je obklopený vodivým plastom 8. Okolo tejto vrstvy je uložená vrstva 9 pufra, ktorá viaže chemicky a fyzikálne reakčné produkty. Pufer obsahuje v podstate vodu, hydroxid vápenatý, uhličitan vápenatý a/alebo oxid vápenatý alebo ich zmesi, výhodne s prísadou želatinizujúceho činidla. Toto činidlo pôsobí imobilizačne a zadržuje vodu, takže obmedzuje vysušenie oblasti v blízkosti anódy. Vrstva pufra je celkom obklopená vrstvou 10 separátora, tvoreného mikroporéznou membránou, ktorá oddeľuje anódové zariadenie od steny otvoru v stene.

Na obr. 4 je znázornené anódové zariadenie 11 tyčového tvaru. Toto anódové zariadenia 11 je vhodné najmä na uloženie do štrbín v stene. Toto zariadenie je tvorené kladnou elektródou 12, tvorenou kovovým vodičom s obalom z vodivého plastu, kladná elektróda 12 je až na svoje pripojenie obklopená vrstvou 13 pufra, ktorý jc z vonkajšej strany obklopený vrstvou 14 separátora. Vrstva 14 separátora oddeľuje potom anódové zariadenie 11 od muriva.

Na obr. 5 je znázornené anódové zariadenia 16, plošne uložené na stenu 15. Kladná elektróda 17 tvorená vodičom, obaleným vodivým plastom je vytvorená vo forme plošne uložených slučiek, celkom uzavretých do pufra 18. Na strane, privrátenej k stene 15 je pufer od steny 15 oddelený vrstvou 19 separátora.

Anódy môžu byť vytvorené v tyčinkovitej alebo plošnej forme a sú tvorené kovov, tuhým, vodivým plastom. Pufer je tvorený väčšinou vodným roztokom hydroxidu vápenatého, uhličitanu vápenatého a/alebo oxidu vápenatého alebo zmesou týchto látok, výhodne s prísadou želatinizujúceho činidla. Toto činidlo pôsobí imobilizačne a zadržuje vodu, takže obmedzuje vysychanie okolia anódy. Z týchto činidiel sa zvyčajne používajú bežné činidlá, výhodne agar alebo karboxymetylcelulóza.

Vrstva separátora, ktorá je v priamom styku so stenou, vytvára bariéru proti spätnej difúzii reakčných produktov do steny. Separátory tohto typu sú zásadne známe. Ide o mikroporézne membrány, ktoré na základe rozdelenia svojich pólov prepúšťajú najmä niektoré ióny, ale bránia prestupu väčších aglomerátov. Je možné použiť aj membrány, selektívne pre určité ióny.

Membrány na výrobu separátora majú mať zásadne nasledujúce vlastnosti:

dobrú vodivosť pre ióny,

- vysokú selektivitu na transport určitých iónov,

- dobrú zmáčavosť, vysokú mechanickú pevnosť, zlú elektrickú vodivosť, výhodne sú nevodivé,

- chemickú odolnosť proti elektrolytu a reakčným produktom.

Membrány môžu byť tvorené nasledujúcimi materiálmi: PTFE, azbest, PVC, PE, PP, celulóza, viazaná plastom a/alebo zosilnená sklenenými vláknami, regenerovaná celulóza, celofán alebo dĺžené fólie z plastu.

Použité jednosmerné napätie by malo byť čo najvyššie, aby bolo možné dosiahnuť dostatočne rýchly transport iónov, t. j. 10 až 50 V.

Účinnosť zariadenia podľa vynálezu a anódového zariadenia podľa vynálezu bude ďalej doložená výsledkom nasledujúceho pokusu.

V pokusnom zariadení boli použité tyčinkovité elektródy z medeného drôtu, obaleného vrstvou vodivého plastu, táto elektróda bola uložená v zmesi 4 % hmotnostné karboxymetylcelulózy a 96 % hmotnostných uhličitanu vápenatého. Ako separátor bola použitá membrána, zvyčajne používaná na výrobu párkov, uzavretá na oboch stranách. Otvory v stene boli urobené v odparovacej oblasti približne 1 m od základov. Ako protielektróda slúžila železná tyč, uložená do pôdy. Bolo použité jednosmerné napätie 36 V. Stupeň účinnosti putovania aniónov k anóde bol 40 až 50 % podľa obsahu solí a vlhkosti muriva.

Po 60 dňoch bolo spotrebovaných 40 g uhličitanu vápenatého a elektródy môžu byť aj s reakčnými produktmi odstránené zo steny. Analýzou bolo dokázané, že viac ako 90 % reakčných produktov bolo viazaných na elektródu.

Claims (12)

1. Anódové zariadenie na použitie v zariadení na elektrokinetické odstraňovanie solí z muriva, vyznačujúce sa tým, že obsahuje kladnú elektródu (12, 17), ktorá je až na svoje pripojenie celkom uložená do vrstvy (9, 18) pufra, ktorá je obklopená vrstvou (10, 19) separátora.

2. Anódové zariadenie podľa nároku 1, v y z n a čujúce sa tým, že je vytvorené v tvare náboja, tyčinky alebo tyčiek.

3. Anódové zariadenie podľa nároku 1, v y z n a čujúce sa tým, že kladná elektróda (12, 17) je vytvorená plošne v tvare dosky (5).

4. Anódové zariadenie podľa nárokov 1 až 3, v y značujúce sa tým, že vrstva (10, 19) separátora je tvorená mikroporéznou, prípadne pre ióny selektívnou membránou, napríklad z PTFE, azbestu, PVC, PE, PP, celulózy, spojenej plastom a/alebo zosilnenej sklenenými vláknami, z regenerovanej celulózy, celofánu alebo dlženej fólie z plastu.

5. Anódové zariadenie podľa nárokov 1 a 2, vyznačujúce sa tým, že vrstva (10, 19) separátora celkom obklopuje pufer.

6. Anódové zariadenie podľa nárokov 1, 3 a 5, v y značujúce sa tým, že vrstva (10, 19) separátora je uložená na jednej strane a elektróda má formu doštičky, mriežky alebo slučiek, vinutých vo vrstve (9, 18) pufra.

7. Anódové zariadenie podľa nárokov 1 až 6, v y značujúce sa t ý m, že kladná elektróda (12) je tvorená vodivým plastom alebo kovovým vodičom, výhodne medeným vodičom (7) alebo grafitovými vláknami, obalenými vodivým plastom (8).

8. Zariadenie na elektrokinetické odstránenie solí z muriva, tvorené aspoň jedným anódovým zariadením podľa nároku 1, uloženým v stene alebo na stene, v styku s pufrom, imobilizujúcim ióny a aspoň jednou zápornou elektródou, proti ktorej sa privádza jednosmerné napätie, vyznačujúce sa t ý m, že kladná elektróda (12,17) je až na svoje prívody celkom uložená do vrstvy (9, 13, 18) pufra, ktorá je obklopená vrstvou (10, 14, 19) separátora.

9. Zariadenie podľa nároku 8, vyznačujúce sa t ý m , že vrstva (10, 14) separátora celkom obklopuje vrstvu (9, 13) pufra.

10. Zariadenie podľa nároku 8, vyznačujúce sa t ý m , že pri plochej vrstve pufra (18) je uložená vrstva (19) separátora len na jednej jeho strane.

11. Zariadenie podľa nárokov 8 až 10, v y zničujúce sa tým, že vrstva (10, 14, 19) separátora je tvorená mikroporéznou membránou, prípadne selektívnou pre ióny, napríklad z PTFE, azbestu, PVC, PE, PP, celulózy, spojenej plastom a'alebo zosilnenej sklenenými vláknami, regenerovanej celulózy, celofánu alebo z dĺženej fólie z plastu.

12. Zariadenie podľa nároku 8, vyznačujúce sa tým , že kladná elektróda (12. 17) je tvorená vodivým plastom alebo kovovým, výhodne medeným vodičom (7) alebo grafitovými vláknami, obklopenými vodivým plastom (8).

2 výkresy