WO2011066632A1 - Cylindrical electrochemical cell with doped coaxial diamond anode produced by deposition of diamond-bearing films on mechanically resistant cylindrical substrates, for use in aqueous solution purification processes - Google Patents

Cylindrical electrochemical cell with doped coaxial diamond anode produced by deposition of diamond-bearing films on mechanically resistant cylindrical substrates, for use in aqueous solution purification processes Download PDF

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diamond
cylindrical
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Alfredo Carlos Peterlevitz
Hudson Giovani Zanin
Reinaldo Francisco TEÓFILO
Helder José CERAGIOLI
Lauro Tatsuo Kubota
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Universidade Estadual De Campinas - Unicamp
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    • C02F2201/003Coaxial constructions, e.g. a cartridge located coaxially within another

Definitions

  • the present invention is a cylindrical electrochemical cell for use in the purification of aqueous solutions using coaxial doped diamond anode obtained by chemical vapor deposition process where diamond films are deposited on mechanically resistant cylindrical substrates. , previously blasted, and such process allows to obtain uniform, homogeneous and adherent films.
  • the electrochemical cell containing said anode is capable of efficiently electrolyzing undesirable substances contained in aqueous waste or drinking water, rendering such compounds harmless and / or significantly lowering the concentration of toxic compounds; It is effective in direct and indirect oxidation. besides the anode does not undergo significant physical or chemical structural changes in its surface during long periods of operation.
  • the CVD technique is based on the transformation of gaseous molecules into solid materials in the form of thin films on substrate. These films cover different geometries and can be of excellent quality. While the High Pressure High Temperature (HPHT) technique produces diamond crystals that can be attached to, for example, abrasive tools, the CVD technique makes it possible to coat diamond films on surfaces. materials not having a melting or softening point at a temperature below at least 700 ° C.
  • HPHT High Pressure High Temperature
  • Silicon plates for example, are fragile to manipulate. To assemble an electrolytic cell with these plates containing deposited diamond films, they need to be packed in polymeric supports such as Teflon®. During the assembly process, these plates often break together with the diamond film deposited on them and the anode is lost.
  • U.S. 5,900,127; U.S. 5,399,247; EP 0659 691; U.S. 6,375,827 and BRPI0502246-0 describe the possibility of using doped diamond as an electrode for treating contaminants in water.
  • the electrochemical cells are made up of two plates in which the diamond can be used as anode or as anode and cathode.
  • US 5,900,127 describes an electrochemical cell using parallel plates, where neither the anode nor the cathode is cylindrical. In addition to the difference in cell configuration, the invention differs from this document for other reasons, which are listed below.
  • the cathode used in US 5,900,127 was constructed using materials such as platinum, palladium, iridium, ruthenium, osmium, rhodium, etc., and oxides of these metals, such as iridium oxide, etc.
  • the diamond in this patent was preferably grown on titanium or a metal or semi metal that allows carbide generation. Three electrochemical cell configurations were presented: two with double compartments and one with triple compartment.
  • the cell is divided by an ion exchange membrane intimately disposed between the anode and cathode or disposed at the connector portion having a small diameter and spaced from the cathode and anode.
  • the division consists of the following sequence: a cathode attached to an ion exchange membrane, a separation and an ion exchange membrane attached to the anode.
  • US 5,399,247; EP0659691 and BRPI0502246-0 show configurations of electrochemical cells mounted with parallel plates.
  • the boron-doped diamond anode was grown in silicon and purchased from the US company Advanced Technology Materials, Inc.
  • the anode having an area of 3 cm 2 , was fixed to a plate and disposed in parallel. to a 12 cm 2 304 stainless steel plate used as a cathode.
  • a nylon mesh was used between the plates to promote aqueous flow turbulence.
  • BRPI0502246-0 describes an electrochemical oxidation process of organic compounds using a reactor equivalent to that described in US 5,399,247 and EP 0659 691. Although the present invention has in common with BRPI0502246-0 the use of diamond conductor as anode for mounting the electrochemical cell differs in that the cell is assembled with parallel plates, where a silicon plate is glued onto a stainless steel plate using a conductive adhesive in an attempt to increase the mechanical resistance of the electrode. .
  • US 6,375,827 is characterized by the use of diamond as both anode and cathode material, in which the electrochemical cell is assembled with two parallel plates, and an ion exchange membrane can be added between the plates, thus obtaining a cell in two compartments.
  • the present invention has in common with US 6,375,827 the use of conductive diamond as anode for The electrochemical cell assembly differs in that the cell is assembled with parallel plates, where the cathode is also a conductive diamond.
  • U.S. 6,267,866 describes electrode construction using diamond deposition on a metal mesh. It is indicated for use as cathode or anode.
  • the term mesh is defined as a grid of interwoven metallic filaments. The goal would be to make the electrode hollow and with large surface area for electrochemical applications.
  • the present invention has in common with U.S. 6,267,866 the fact that it uses conductive diamond in the electrode assembly, it differs in that it is a plate-shaped assembly. It does not claim an electrochemical cell, but an electrode (anode and cathode).
  • the disadvantage of using this plate is the realization and isolation of the electrical contact and the assembly of the anode - cathode configuration of the cell, as both must be completely immersed in the electrolyte solution without the use of polymeric support.
  • US 7,217,347 describes the construction of the electrode on a Magneli titanium phase. The goal is to extend the life of the diamond when grown on this material.
  • the present invention has in common with US 7,217,347 the fact that it uses conductive diamond in the electrochemical cell assembly, it differs in that it is a wire mesh assembly using a different substrate, most of which of the figures shows the diamond powder mixed with titanium oxide powder. It does not claim an electrochemical cell, but an electrode (anode and cathode).
  • the disadvantage of this technology lies in the electrode manufacturing process, which requires the use of Magneli phase titanium oxide substrate, diamond powder, titanium powder and a catalyst layer. This makes the cost of manufacturing the process relatively high and complex.
  • US 6,306,270 and EP1031645 which refer to the same invention, relate to an electrochemical cell including an anode, a cathode and at least one bipolar electrode arranged between the anode and the cathode.
  • This cell is characterized by a bipolar electrode that includes a substrate and a doped diamond film.
  • Two cell configurations are presented, one with plate electrodes and one with spherical electrodes immersed in an electrolyte solution.
  • the present invention has in common with US 6,306,270 and EP1031645 the use of conductive diamond as a bipolar electrode for the treatment of solutes in liquid solution and one of the assemblies involves a cylindrical cell, it differs in that the cylindrical cell is assembled.
  • the cylinder is placed inside a container, unlike the proposed electrochemical cell, where the cylinder containing the diamond film (anode) is coaxially disposed within another stainless steel or other metal (cathode) cylinder.
  • Diamond-coated anode and cathode polarize diamond-coated spheres. Assembly requires a membrane through which the solution to be degraded crosses and the spheres do not. This is a complex and expensive assembly, unlike the present invention.
  • US 7,232,507 and CA2439744 which refer to the same invention, describe the use of a complex electrochemical reactor for treating low concentration contaminants in low electrical conductivity aqueous solutions and claim the use as a coating material. of cell, a semiconductor diamond.
  • the present invention has in common with US 7,232,507 and CA2439744 the fact that using semiconductor diamond for electrodegradation of organic compounds in water, it differs in that the configuration of the cell and the electrodes are completely different.
  • the complexity of the cell configuration would certainly increase the difficulties of its industrial fabrication, which would result in higher costs compared to the proposed technology. Certainly there would still be the difficulty of perfectly cutting the plates, which are usually imported in the form of silicon wafers.
  • the service life of stainless steel used as anode is a few hours, depending on the pH of the electrolyte used and the current density applied.
  • the metallic iron present in its steel composition undergoes oxidation and dissolves in solution and thus the anode self-oxidizes.
  • EP 1369384 describes the use of conductive plate diamonds as electrodes, but such document refers to the use of oxyacids or oxyacid salts, which should be used in the solution to be treated to improve treatment efficiency.
  • the present invention has in common with EP 1369384 the fact that it makes use of conductive diamond electrodes, it does not consider the effects of oxyacids or oxyacid salts in the solutions to be treated.
  • the focus of this invention is on mounting the electrochemical system and not on chemical additives to be added in the process.
  • BRPI0502245-2 describes a process for preparing an electrochemical cell using diamond electrodes grown on silicon plates. The opposite side of the diamond film is glued to a metal plate, such as stainless steel.
  • a metal plate such as stainless steel.
  • the present invention has in common with BRPI0502245-2 the use of doped diamonds deposited on substrates, it differs in that it avoids the inconvenience of performing a prior step to increase substrate strength and produce efficient electrical contact.
  • the substrate is mechanically strong enough to be easily manipulated.
  • the substrate where the diamond is deposited is protected by a stainless steel cylinder, which ensures greater protection against unwanted breakage.
  • the main problems of the electrochemical cell proposed in document BRPI0502245-2 present the same drawbacks already reported for parallel plates, mainly regarding leakage and difficulty in making electrical contacts.
  • Document BRPI0600897-6 describes a manufacturing process of electrochemically doped diamond electrodes comprising two main steps: i) diamond deposition and ii) the actual construction of the electrodes. In relation to the process of deposition of boron-doped diamond and carbon, it decreases or eliminates the formation of unaddressed carbons on the electrode surface.
  • the electrodes obtained by this process can be used in electrochemistry, electroanalysis and electrosynthesis with the advantage of being resistant to surface passivation by organic compounds.
  • the electrodes now treated have electrical contacts with wires embedded or welded in the doped diamond, and with insulated metal parts, which improves the practicality and ohmic contact of these electrodes in electroanalysis or electrosynthesis as working electrode.
  • the present invention has in common with document BRPI0600897-6 the fact that boron-doped diamond films are deposited using HFCVD reactor, it differs in that in area BRPI0600897-6 the area and size of the substrate are reduced ( wires with a diameter of approximately 238 pm and a length of approximately 30 mm). This is because the application proposed in this document is to obtain electrodes with small areas (approximately 0.030 cm "2 ) in order to be polarizable in electrochemical analysis and studies. In addition, there is no claim of electrochemical cell but of electrode production.
  • the dimensions (diameter from 4.0 mm and length from 30.0 mm) and electrode area are larger (from 4.0 cm 2 ) as it is desired to avoid polarization during
  • the cylindrical configuration of the entire cell including the stainless steel cathode and the production of a doped diamond film on mechanically resistant cylindrical substrates is further claimed, and the cell proposed here has another purpose, ie , electrochemical degradation of persistent chemical compounds.
  • the present invention is interesting since the electrochemical cell proposed for the purification of aqueous solutions simultaneously meets the advantages offered by i) electrochemical cells designed in cylindrical shape; ii) by electrochemical cells using doped diamond anode; and iii) the fact that the diamond anode used is obtained by a chemical deposition process from the vapor phase, where said diamond films are deposited on mechanically resistant cylindrical substrates of larger diameters (from 4.0 mm), previously blasted with iron or steel grit as detailed below.
  • Electrochemical cells designed in cylindrical shape have the following advantages: space minimization; ease in making electrical contacts; easy assembly of large-scale cells - serial or parallel connection - and prevents leaks during cell use.
  • the use of doped diamond anode in the assembly of electrochemical cells, regardless of their shape, has the following advantages: mechanical strength; chemical inertia; operating potential in harsh environments; broad overpotential for oxygen evolution; efficiency to withstand anodic oxygen transfer reactions; high thermal conductivity; High dimensional stability and constant sensitivity.
  • US 5,387,447 describes a diamond coating process on thin strands (diameters ranging from 0.025 to 2.5 mm) of general materials that support the conditions under which the diamond is deposited.
  • the present invention differs from this document in that it proposes a process of depositing uniform, homogeneous and adherent diamond films on cylindrical substrates of larger diameters (from 4.0 mm).
  • the obtained films were uniform and of good quality, but they were peeled, which makes them unfeasible for the application contemplated in the present invention, once that the turbulent flow needed to perform the renovation of the solution on the anode surface would remove all diamond film from the substrate.
  • WO 2004009498-A1 U.S. 20060124453-A1 and U.S. 7422668-B2 describe a cylindrical electrochemical cell that resembles the shape of the object cell of the present invention, however, some differences may be observed. The main difference is in the composition of the materials used.
  • the documents describe the use of ruthenium-coated titanium and iridium oxide and the use of a ceramic material composed of aluminum, zirconium and yttrium oxide. However, the documents do not mention the use of doped diamond. Furthermore, sealing technical details of the invention of the cited documents are different from the present invention.
  • doped diamond films for electrochemical degradation of persistent compounds in aqueous solutions is well described in the literature, as well as the use of titanium electrodes.
  • the working potential window of electrodes mounted with doped diamond anodes is much larger than those of titanium.
  • diamond is an inert material, robust in aggressive solutions and has high passivation resistance, unlike titanium electrodes.
  • Titanium electrodes are not as efficient as diamond electrodes in the total mineralization of persistent organic compounds in aqueous solutions due to anode deactivation (S. Yoshihara and M. Murugananthan, Decomposition of various endocrine-disrupting chemicals at boron-doped diamond electrode. Electrochimic Acts Vol. 54, pp. 2031-2038, 2009).
  • Diamond film coatings are generally performed at temperatures no lower than 500 ° C. Since the coefficient of thermal expansion of the diamond is quite low, when shutting down the CVD reactor, which produces the diamond film, there is a temperature variation large enough to cause cracking in the film. Although the diamond is generally mechanically stronger, it is significantly smaller in thickness than the substrate tube.
  • RK Singh, DR Gilbert, J Fitz-Gerald, S Harkness, Engineered Interfaces for Adherent Diamond Coatings on Large Thermal-Expansion Coefficient Mismatched Substrates. Science Vol. 272, No. 5260, Page 396-398, 1996 discusses the difficulty of obtaining integrally adherent diamond film on some materials due to differences in the coefficient of thermal expansion. Diamond has one of the lowest coefficients of thermal expansion that exists in nature, which provides, even with large temperature variations, very little contraction or expansion of the material.
  • the present invention differs from the state of the art by proposing to obtain a diamond film and doped diamond materials which have adequate adhesion to mechanically resistant cylindrical substrates (which support the substrate pretreatment conditions, in this case blasting with iron or steel grit; and the conditions of the chemical vapor deposition process) such as quartz, titanium, tungsten and stainless steel.
  • Sticking diamond films over large areas is not a trivial task, and the difficulty becomes even greater if the surface is curved.
  • the difference in coefficients of thermal expansion between substrates and movies is the main critical point.
  • diamond is one of the least swelling materials of all known materials, generally this type of film swells less than the substrates on which it is deposited. Therefore, in the case of substrates with relatively large area (between 10 and 50 cm 2 ) or curved, during the process of finishing the chemical deposition the diamond film ends up cracking or peeling. In the case of coating of relatively large diameter cylindrical substrates, the diamond film may crack.
  • quartz as a substrate is an interesting alternative because it supports the deposition conditions of diamond films very well, and still has a coefficient of thermal expansion similar to that of diamond.
  • the present invention was only possible when diamond films could be efficiently, evenly and evenly adhered to the surfaces of quartz tubes, which had to go through a blasting step (substrate pre-grinding).
  • the purpose of the blasting was to increase the roughness and surface area that would receive the CVD film, thus allowing to obtain well adherent films, even in relatively large dimensions (between 10 and 50 cm 2 ).
  • the present invention provides a cylindrical electrochemical cell capable of efficiently electrolyzing undesirable substances contained in aqueous waste or drinking water, rendering such compounds harmless and / or significantly lowering the concentration of toxic compounds.
  • the proposed electrochemical cell which uses a coaxial doped diamond anode obtained by chemical vapor deposition process, where said diamond films are deposited uniformly, homogeneously and adherently on mechanically resistant cylindrical substrates of larger diameters (from previously blasted, provides favorable conditions and ease of handling for industrial applications involving electrochemical treatments related to the decomposition of substances in contaminated waters.
  • the cylindrical shape Cell (closed) allows space minimization, facilitates electrical contacts, facilitates large-scale cell assembly (serial or parallel connection), and prevents leakage during cell assembly. Additionally, the use of the proposed cell in the purification of aqueous solutions presents substantial improvements compared to the prior art similar geometries.
  • the proposed cylindrical electrochemical cell offers the advantage for treatment of low conductivity aqueous solutions, ie, with conductivities between 0.005 S / m and 0.010 S / m and for the treatment of aqueous solutions containing low concentrations of contaminants, ie compounds in concentration at pg range L "1.
  • the anode used in the assembly of said cell can work in extremely acidic or basic solutions ie between pH 1 to 14, which is a characteristic of the diamond anode and stainless steel cathode AISI 304, which are resistant to these conditions.
  • the proposed electrochemical cell allows an external electrical contact to the region where the solution treatment occurs and thus the electrical contact remains protected and immune to any aggressive liquid.
  • the proposed electrochemical cell allows the coupling of electrode series connections.
  • the cylindrical shape has the advantage that it can be arranged in a small cell array and thus gain time in treating large volumes of aqueous solution in an optimized physical space.
  • the configuration of the proposed electrochemical cell allows for ease of handling, ease of assembly and disassembly due to threaded connections and an extremely efficient seal that prevents the leakage of liquids and gases without the use of resins or adhesives.
  • the present invention provides a process of depositing uniform, homogeneous and adherent diamond films on larger diameter tough cylindrical substrates (at from 4.0 mm), preferably between 4 and 20 mm, previously blasted with iron or steel grit, performed by the CVD (Chemical Vapor Deposition) technique to obtain coaxial doped diamond anodes.
  • the process treated here consists basically of two steps. The first stage comprises the preparation of the mechanically resistant cylindrical substrate, and the second stage comprises the deposition of doped diamond films on said substrates.
  • Quartz has a number of advantages when used to receive CVD diamonds, as it can withstand the deposition conditions of diamond films and has a coefficient of thermal expansion similar to that of diamonds.
  • diamond quartz films may crack or peel.
  • the increase of quartz surface roughness is a possible solution to this problem.
  • a sandpaper polish was first performed to increase substrate roughness, but did not give satisfactory results. In this sense, it was decided to blast iron and steel shot, which significantly increased the roughness and surface area of the quartz surface. The results of diamond deposition on the blasted quartz substrate were satisfactory.
  • the growth parameters used for the growth of boron-doped diamond films is well described in the literature (Teófilo et al. Improvement of the electrochemical properties of "as-grown" boron-doped polycrystalline diamond electrodes deposited on tungsten wires using ethanol (J. Solid State Electrochem., 11, pp. 1449-1457, 2007); except for pre-treatment with shot.
  • the deposition was performed in a reactor developed for the growth of carbonic structures (including diamond) on tubes.
  • Conventional HFCVD reactors are generally designed for the growth of diamond films on flat structures.
  • the differential of this reactor is the viability of growing diamond structures in cylindrical or conical geometry, ie, on tubular or conical substrates, due to: (i) implantation of a magnetic coupling system between the substrate and a small electric motor, and (ii) implementation of a thermomechanical filament expansion balance system developed to provide this capability to conventional reactors.
  • the present invention provides the coaxial doped diamond anodes obtained by the chemical deposition process from the thermally decomposed hot phase vapor (CVD) phase of organic compounds from mechanically resistant cylindrical substrates of larger diameter. (from 4.0 mm), preferably between 4 and 20 mm, previously blasted with iron or steel shot.
  • the anodes thus produced have excellent durability.
  • the aqueous tailings should preferably be at pH 2 to 7.
  • cylindrical electrochemical cell conceived in the present invention proposes to provide an electrochemical treatment for oxidizing substances contained in aqueous solution, which can be accomplished by introducing the solution containing substances to be treated into the electrochemical cell with a cylindrical anode and cathode and passing An electric current through them is therefore an additional object of the present invention the use of said cylindrical electrochemical cell in the purification of aqueous solutions, which utilizes coaxial diamond anode obtained by depositing uniform, homogeneous and adherent diamond films on mechanically resistant cylindrical substrates of larger diameters (from 4.0 mm), preferably between 4 and 20 mm, previously blasted with iron or steel grit, performed by the CVD technique.
  • coaxial diamond anode obtained by depositing uniform, homogeneous and adherent diamond films on mechanically resistant cylindrical substrates of larger diameters (from 4.0 mm), preferably between 4 and 20 mm, previously blasted with iron or steel grit, performed by the CVD technique.
  • the compounds to be degraded by the present invention should preferably be in an aqueous solution having some electrical conductivity, preferably between 0.005 S / m and 0.010 S / m with a pH preferably between 2 and 7.
  • the electrolytes providing the conductance may be any inorganic salt. high solubility in water (> 15% w / v), preferably Na 2 SO 4 .
  • FIG. 1 Diagrammatic view illustrating an example of an electrolysis cell for use in the method of the invention for decomposing organic compounds contained in an aqueous solution.
  • the solution to be treated placed in the compartment (1) is transferred by the pump (2) to the cell (3) where the electrolysis occurs following a defined flow (F).
  • the cell is connected to a current source (5) by conductor cables (4) external to the reaction region.
  • the solution recirculates following the defined flow (F), until complete cleaning and is directed to the disposal (6).
  • FIG. 1 Diagrammatic view illustrating an example of a set of electrolysis cells connected in parallel.
  • the solution to be treated passes through a plurality of cells (3) connected in series by conductor cables (4) to a current source (5) and arranged in a compartment (7).
  • Item 8 represents an immediate disposal, without recirculation: the solution goes through the arrangement only once.
  • FIG. 3 Cross-sectional schematic view showing a detailed example of the electrochemical cell (3) with the flow (FE) through the interior of an inner cylindrical electrode (9).
  • the cell is composed of a hollow cylindrical anode, composed of a semiconductor material, in which the doped diamond (10) is deposited on its surface. This anode is placed internally and in the center of a hollow cylinder (11) of conductive material, the cathode.
  • An internal screw cap (12) of inert and non-conductive material, with a conical central opening of a diameter slightly larger than the anode diameter; and an internal screw cap (13) for flow outlet, composes one of the cell sealing items.
  • a high density tapered rubber (14) with a central opening of anode diameter and laterally opening is used to make the seal.
  • Another internal screw cap (15) and a high density inner rubber (16), both with a central opening, are responsible for the complete sealing of the system by pressing the conical rubber (14) over the diamond tube that passes through it. the central openings described.
  • an internal screw cap (17) of inert, nonconductive material is used for sealing on this side.
  • This cap is composed of a hollow, hollow, centered inner tapered pin (18) for supporting the anode and escaping the solution to be treated into the cell.
  • the solution to be treated enters the cylinder (19) that makes up the anode and leaks through holes (18) into the reaction region (20), where the compounds present in the solution to be treated are oxidized between the anode and the cathode.
  • the anode is connected by a positive pole (21) and the cathode by a negative pole (22). Liquid flow follows the indicative arrows (F).
  • FIG 4. Cross-sectional schematic view showing a detailed example of the electrochemical cell with the flow entering through the interior of the inner cylindrical electrode and the presence of a helical turbulence promoter.
  • a helical turbulence promoting device (23) of non-conductive inert material is placed between the anode and the cathode to assist in the contact time of the solution in the reaction medium (20).
  • Figure 5. Cross-sectional schematic view showing a detailed example of the electrochemical cell to be used in which the substrate (9) where the diamond is grown may or may not be hollow, with flow (FE) entering laterally into the cell.
  • the cylindrical substrate is pierced axially by the stainless steel tube (11) and on both open sides of the stainless steel tube, the sealing systems are identical.
  • the solution flow inlet and outlet occur at (24) and (25), respectively.
  • the arrows (FE, FS) indicate the direction of flow.
  • FIG. 6 Cross-sectional schematic view showing a detailed example of the electrochemical cell with the flow entering laterally to the cell and the presence of a helical turbulence-promoting cylindrical device.
  • the helical turbulence promoting device of non-conductive and inert material (23) is placed between the anode and cathode to assist in the contact time of the solution in the reaction medium (20).
  • FIG. 7 Cross-sectional schematic view showing a detailed example of the electrochemical cell with the flow entering laterally to the cell and the presence of an ion exchange membrane intimately bonded to the electrode walls.
  • the membrane is closely adhered to the diamond surface (26) and also to the inner surface of the cathode (27).
  • FIG. 10 Cross-sectional schematic view showing a detailed example of the electrochemical cell sealing system emphasizing the upper cover assembly and the lower cover.
  • the upper cover assembly comprises an internal screw cap (12) made of inert and non-conductive material with a tapered central opening (28) in diameter slightly larger than the anode; a high density conical rubber (14) with a central aperture of a diameter equal to said anode; and an inner screw cap (15) containing a high density inner rubber (16), both with a central opening.
  • the lower cap (17) comprises an internal screw cap, made of inert and non-conductive material, containing a hollow, hollow centralized inner tapered pin (18) when said anode is hollow; or containing a recess for centering said anode when it is not hollow.
  • FIG. 11 Cross-sectional schematic view showing a detailed example of the helical turbulence-promoting cylindrical device (23).
  • a device comprises a hollow cylinder of inert and non-conductive material configured to provide the formation of a turbulent flow in a helical path within said cylinder.
  • a "cylindrical electrochemical cell” means an electrochemical cell composed of a conductive diamond electrode connected to the positive terminus of a direct current source and defined as anode, as well as a metal electrode connected to the negative terminus of a direct current source and defined as a cathode.
  • undivided cylindrical electrochemical cell is understood to mean a cell where the anode and cathode are not separated by plates or membranes but only by an aqueous solution.
  • mechanically resistant cylindrical substrate means quartz substrates, or those selected from metal conductors in general, such as stainless steel, and having a cylindrical or tubular cylindrical shape.
  • blasting means mechanically resistant cylindrical substrates subjected to a homogeneous blasting process with iron or steel grit. This process is performed to increase the contact surface between the deposited diamond film and the resistant cylindrical substrate and thereby increase the friction between the parts.
  • coaxial doped diamond anode means an anode obtained by a chemical vapor deposition process, wherein said diamond films are uniformly, homogeneously and adherently deposited on mechanically resistant cylindrical substrates of diameter upper (from 4.0 mm), preferably between 4 and 20 mm, previously blasted, and said obtained anode is inserted into another hollow cylindrical: the cathode. In this case, both have a common axis.
  • chemical vapor deposition process is a technique based on the transformation of gaseous molecules into solid materials in the form of thin films on a given substrate.
  • All CVD deposition systems share basically the same principle of operation. They require continuous flow feeding of carbon-containing molecules in their structure. These molecules are usually in the gaseous state and usually flow with molecular hydrogen.
  • An energy activation source is used by the system for two purposes: dissociating the precursor molecules into radicals so that they react on the substrate surface; and dissociate hydrogen molecules into atoms.
  • “persistent inorganic and organic compounds” are understood to be highly stable chemical compounds due to the strength of their covalent bonds and structural configuration. They are poorly reactive compounds and do not donate electrons easily and are therefore complicated to oxidize to less toxic or inert products.
  • “treatment and purification of aqueous solutions or treatment of aqueous waste” means the degradation of undesirable organic and inorganic compounds present in said solutions or waste.
  • the present invention provides a cylindrical electrochemical cell for treatment and purification of aqueous solutions or treatment of aqueous waste using coaxial doped diamond anode obtained by chemical deposition process from the vapor phase, where the Said diamond films are uniformly, homogeneously and adherently deposited on mechanically resistant cylindrical substrates of larger diameters (from 4.0 mm), preferably between 4 and 20 mm, previously blasted with iron or steel grit.
  • H optionally means for connecting a plurality of cells to one another (4).
  • the cathode comprises a metallic material, whether or not coated with a doped diamond material.
  • the metal material constituting the cathode should be selected from a stainless material, preferably from the group comprising stainless steel.
  • the doped diamond material optionally lining the cathode metal material comprises a diamond material subjected to electrical conduction by doping with preferably boron.
  • the doped diamond material optionally lining the metal material constituting the cathode may be a p-type, n-type or co-doped semiconductor (donor, electron receptor or both, respectively).
  • the cathode must be less than said anode in length.
  • the cathode must have a diameter larger than said anode.
  • the cathode must be stable at negative potential.
  • the anode may be hollow or not.
  • the mechanically resistant cylindrical substrate constituting the anode comprises an outside diameter from 4 mm, preferably from 4 to 20 mm.
  • the mechanically resistant cylindrical substrate constituting the anode is selected from the group comprising a conductive or insulating material capable of withstanding the conditions of the blasting processes; able to withstand the conditions of chemical deposition processes from the vapor phase; and which may be made of cylindrical or spherical or cylindrical tubular shape.
  • the mechanically resistant cylindrical substrate constituting the anode may be quartz, titanium, tungsten or stainless steel.
  • - doped diamond material lining the anode comprises diamond material subjected to electrical conduction by doping with some selected impurity from the chemical elements boron, phosphorus, bismuth, nitrogen or sulfur.
  • the doped diamond material lining the anode may be a p-type, n-type or co-doped semiconductor (donor, electron receptor or both, respectively).
  • the doped diamond material lining the anode comprises a film of thickness preferably ranging from 0.5 to 50 ⁇ .
  • the cylindrical electrochemical cell can be mounted with a doped diamond cylindrical anode obtained by chemical vapor deposition process, wherein said diamond films are uniformly, homogeneously and adherently deposited on a mechanically resistant quartz cylindrical substrate of 6 mm outside diameter, arranged coaxially inside a 9 mm inside diameter stainless steel cathode.
  • the seals are made with rubber threaded snap rings.
  • In the cathode body there are two connections for inlet and outlet of the solution to be treated. Hoses connect these connections in series with a mechanical pump (to establish solution flow through the system) and a storage container (for solution collection or exchange). Electrical contacts are made on the anode body.
  • Conductive glue is used to establish contact between the conductive wires and the diamond film when the substrate used is insulating. Power is supplied by a direct current stabilized voltage source.
  • the cylindrical electrochemical cell may be divided by one or more ion exchange membranes or resin.
  • the configuration comprising the ion exchange membrane (s) or resin may be used in situations where the solution to be treated has low electrical conductivity.
  • the ion exchange membrane may be fluororesin or hydrocarbon based. In practice, however, a corrosion resistant resin is desired.
  • Commercially available membranes for use in the present invention are: Nafion (DuPont), Aciplex (Asahi Chemical Industry Co., Ltd.), Flemion (Asahi Glass Co., Ltd.), etc.
  • the membrane or resin is preferably used in close contact with the anode and / or cathode.
  • the membrane must be mechanically bonded to each electrode.
  • the ion exchange membrane, if used, should be pressed from 0.1 to 30 kg cm- 2 during electrolysis.
  • the solution containing one substance or many substances to be treated it is used as an electrolyte solution.
  • the solution is placed in contact with the anode made of doped diamond and the cathode made of a conductive material, whether or not doped diamond.
  • Substances may be directly or indirectly oxidized to low molecular weight substances or mineralized to CO 2 .
  • Electrolysis conditions vary depending on the solution to be used, etc., but the temperature is preferably from 5 to 40 ° C and the current density is preferably from 1 to 100 mA cm 2 .
  • the materials that can be used in the construction of the electrochemical cell are glass, titanium, stainless steel, PTFE (Teflon ® ) resin, quartz, tungsten and high density rubber.
  • the goal is to use materials with excellent corrosion resistance, durable and stable when in the presence of strong oxidizers that are produced during the process.
  • the present invention provides for a process of depositing uniform, homogeneous and adherent diamond films on larger diameter tough cylindrical substrates (from 4.0 mm), preferably between 4 and 20 mm, previously shot blasted with grit. iron or steel, made by the CVD (Chemical Vapor Deposition) technique to obtain coaxial doped diamond anodes.
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • c) perform the "sowing” process, which includes the insertion of small diamond grains in the substrate to enable the growth of diamond structures.
  • This process can be performed via ultrasonic bathing on tough (clean and sandblasted) cylindrical substrates in hexane solution with diamond dust;
  • the substrates are inserted into the hot-filament chemical vapor deposition (HFCVD) assisted chemical deposition reactor chamber.
  • Diamond films can be grown from a carbon source in the presence of hydrogen. using the CVD technique.
  • the carbon sources may be organic gases such as methane (CH 4 ), the most commonly used, or liquid gases such as ethanol (C 2 H 5 OH), which was used in the present invention.
  • Diamond synthesis can be performed by the process of chemical deposition from the hot filament vapor phase (HFCVD) with thermal decomposition of organic compounds such as ethanol, methanol, methane, etc. as carbon source in a reducing atmosphere such as as hydrogen gas.
  • HFCVD hot filament vapor phase
  • the doped diamond on the substrate constitutes the active part of the electrode, which thus produced has high potential to be used.
  • j as anode or cathode is excellent durability.
  • said electrode should preferably be used as anode.
  • pretreatment was performed using motor oil. Scanning electron microscope analyzes were performed and it was verified that the film did not present cracks, besides presenting excellent quality and homogeneity.
  • the present invention provides the coaxial doped diamond anodes obtained by the chemical deposition process from the hot filament vapor phase (HFCVD) with thermal decomposition of organic compounds from larger diameter resistant cylindrical substrates, preferably between 4 and 20 mm, previously blasted with iron or steel shot.
  • HFCVD hot filament vapor phase
  • the anodes thus produced have excellent durability.
  • anode comprises a mechanically resistant, hollow or unblasted, uniformly coated, homogeneous and adherent cylindrical substrate adhered by at least one layer of diamond thin film. doped, where:
  • the mechanically resistant cylindrical substrate constituting the anode comprises an outside diameter from 4 mm, preferably from 4 to 20 mm.
  • the mechanically resistant cylindrical substrate constituting the anode is selected from the group comprising a conductive or insulating material capable of withstanding the conditions of the blasting processes; able to withstand the conditions of chemical deposition processes from the vapor phase; and which may be made of cylindrical or spherical or cylindrical tubular shape.
  • the mechanically resistant cylindrical substrate constituting the anode may be quartz, titanium, tungsten or stainless steel.
  • - doped diamond material lining the anode comprises diamond material subjected to electrical conduction by doping with some selected impurity from the chemical elements boron, phosphorus, bismuth, nitrogen or sulfur.
  • the doped diamond material lining the anode may be a p-type, n-type or co-doped semiconductor (donor, electron receptor or both, respectively).
  • the doped diamond material lining the anode comprises a film of thickness preferably ranging from 0.5 to 50 pm.
  • the doped diamond material lining the anode is preferably deposited by the chemical deposition process from the vapor phase.
  • cylindrical electrochemical cell conceived in the present invention proposes to provide an electrochemical treatment for oxidizing substances contained in aqueous solution, which can be accomplished by introducing the solution containing substances to be treated into the electrochemical cell with a cylindrical anode and cathode and passing An electric current through them is therefore an additional object of the present invention the use of said cylindrical electrochemical cell in the purification of aqueous solutions, which utilizes coaxial diamond anode obtained by depositing uniform, homogeneous and adherent diamond films on Cylindrical substrates of larger diameters, preferably between 4 and 20 mm, previously blasted with iron or steel grit, performed by the CVD technique. It is therefore an object of the present invention a cylindrical electrochemical cell assembled with cylindrical electrodes, wherein said cell comprises:
  • an aqueous waste from domestic sewage with the boron-doped diamond coated anode and the stainless steel cathode (AISI 304), an aqueous waste from domestic sewage, with electrolyte (Na 2 SO 4 ) added at pH 2 and compounds phenol, catechol, hydroquinone, p-cresol, m-cresol and guaiacol were oxidized. Concentrations of the compounds in the solution were 94 pg ml -1 for phenol, 10 pg ml -1 for hydroquinone, guaiacol and catechol and 53 pg ml -1 for p-cresol and m-cresol. Therefore, a total concentration of 530 pmol mL "1 .
  • FIG. 8 shows the removal of both. With a current of 35 mA and an average voltage of 6 V the energy cost was 7.56 kW hm "3 for the removal of 64.40% of TOC and 94.95% of molecular fluorescence intensity, the latter being measures total aromaticity removal.

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Abstract

The present invention relates to a cylindrical electrochemical cell for use in the purification of aqueous solutions, utilising a doped coaxial diamond anode produced by chemical vapour deposition, by a process during which the diamond-bearing films are deposited onto previously blasted, mechanically resistant cylindrical substrates, and makes it possible to obtain uniform, homogeneous and adherent films. More specifically, the electrochemical cell containing this anode can efficiently electrolyse undesirable substances contained in aqueous waste or drinking water, rendering these compounds innocuous and/or significantly reducing toxic compound concentration. It is an efficient process for direct and indirect oxidation, and does not cause any significant physical or chemical structural alterations of the anode surface even after long periods of operation.

Description

"CÉLULA ELETROQUÍMICA CILÍNDRICA COM ÂNODO DE DIAMANTE DOPADO COAXIAL OBTIDO POR PROCESSO DE DEPOSIÇÃO DE FILMES DIAMANTÍFEROS SOBRE SUBSTRATOS CILÍNDRICOS MECANICAMENTE RESISTENTES PARA APLICAÇÃO EM PROCESSOS DE PURIFICAÇÃO DE SOLUÇÕES AQUOSAS"  "CYLINDRICAL ELECTROCHEMICAL CELL WITH COAXIAL DYNAMANT DIAMOND ANODE OBTAINED BY THE DEPOSITION PROCESS OF DIAMANTANT FILMS ON MECHANICALLY RESISTANT CYLINDRIC SUBSTRATES FOR APPLICATION IN PURIFICATION SOLUTION PROCESSES"
CAMPO DA INVENÇÃO  FIELD OF INVENTION
A presente invenção trata de uma célula eletroquímica cilíndrica para uso em purificação de soluções aquosas, que se utiliza de ânodo de diamante dopado coaxial obtido por processo de deposição química a partir da fase de vapor, onde os filmes diamantíferos são depositados sobre substratos cilíndricos mecanicamente resistentes, previamente jateados, sendo que tal processo permite obter filmes uniformes, homogéneos e aderentes.  The present invention is a cylindrical electrochemical cell for use in the purification of aqueous solutions using coaxial doped diamond anode obtained by chemical vapor deposition process where diamond films are deposited on mechanically resistant cylindrical substrates. , previously blasted, and such process allows to obtain uniform, homogeneous and adherent films.
Mais especificamente, a célula eletroquímica contendo o dito ânodo é capaz de eletrolisar eficientemente substâncias indesejáveis contidas em rejeitos aquosos ou água potável, tornando tais compostos inofensivos e/ou diminuindo significativamente a concentração de compostos tóxicos; é eficiente em oxidações diretas e indiretas; além do ânodo não sofrer modificações estruturais físicas ou químicas significativas em sua superfície durante longos períodos de operação.  More specifically, the electrochemical cell containing said anode is capable of efficiently electrolyzing undesirable substances contained in aqueous waste or drinking water, rendering such compounds harmless and / or significantly lowering the concentration of toxic compounds; It is effective in direct and indirect oxidation. besides the anode does not undergo significant physical or chemical structural changes in its surface during long periods of operation.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO  BACKGROUND OF THE INVENTION
Tem sido reconhecido, recentemente, que a poluição atmosférica e a deteriorização da qualidade das águas em rios, lagos e mananciais, devido ao lixo industrial e ao meio de vida da humanidade moderna, tem provocado efeitos adversos no meio ambiente e no corpo humano. Assim, há uma urgente necessidade para o desenvolvimento de técnicas preventivas contra estes problemas.  Recently, it has been recognized that air pollution and deterioration of water quality in rivers, lakes and springs due to industrial waste and the livelihood of modern humanity have caused adverse effects on the environment and the human body. Thus, there is an urgent need for the development of preventive techniques against these problems.
Tratamentos biológicos, processos de adsorção em carvão ativado e floculação, são extensivamente utilizados a fim de possibilitar o descarte, em rios ou em locais semelhantes, ou reuso de resíduos industriais e domésticos, que contém compostos indesejáveis. Entretanto, estes r processos não são suficientes para eliminar muitos dos compostos químicos ativos e, assim, necessitam de um tratamento secundário, i.e., a oxidação química. Dentre os processos secundários, muitos podem gerar outros problemas, ainda mais sérios, para a saúde humana e para o meio ambiente, e alguns produzem lama em grande quantidade. Biological treatments, activated carbon adsorption and flocculation processes are extensively used to enable the disposal, in rivers or similar locations, or reuse of industrial and domestic waste containing undesirable compounds. However, these processes r are not sufficient to eliminate many of the chemical compounds active and thus require secondary treatment, ie chemical oxidation. Among the secondary processes, many can create even more serious problems for human health and the environment, and some produce mud in large quantities.
Para o tratamento da água potável, esgoto doméstico e rejeitos aquosos industriais, o cloro tem sido usado para descolorir, diminuir a Demanda Química de Oxigénio (COD) e/ou esterelizar a água. Entretanto, o uso de cloro causa a produção de substâncias cloradas reconhecidamente mais tóxicas. Assim, procedimentos baseados no poder oxidante do cloro tendem a ser proibidos. Na incineração de lixo, compostos carcinogênicos (dioxinas) podem ser produzidos no gás residual e, portanto, a segurança da incineração tem sido questionada. A fim de resolver estes problemas, novos processos têm sido estudados. A reação de Fenton, usada para tratamento de resíduos difíceis de serem oxidados, tem o problema da geração de uma grande quantidade de lama devido à presença do íon ferro, usado como catalisador.  For the treatment of drinking water, domestic sewage and industrial aqueous waste, chlorine has been used to discolor, lower Chemical Oxygen Demand (COD) and / or sterilize water. However, the use of chlorine causes the production of admittedly more toxic chlorinated substances. Thus, procedures based on the oxidizing power of chlorine tend to be prohibited. In waste incineration, carcinogenic compounds (dioxins) can be produced in waste gas and therefore the safety of incineration has been questioned. In order to solve these problems, new processes have been studied. The Fenton reaction, which is used to treat hard to oxidize wastes, has the problem of generating a large amount of sludge due to the presence of the iron ion used as a catalyst.
A seleção de um tratamento considerado ótimo dependerá do controle, confiabilidade, custo-benefício e eficiência (química e económica). Destas tecnologias, a oxidação eletroquímica é considerada uma das mais promissoras (Canizares, et al. Detoxification of synthetic industrial waste-waters using electrochemical oxidation with boron-doped diamond anodes. J. Chem. Technol. Bíotechnol. 81 , pág. 352-358, 2006; Canizares, et al. Electrochemical treatment of the effluent of a fine chemical manufacturing plant. J. Hazard. Mater. 138, 173-181 , 2006; Alfaro, et al. Boron doped diamond electrode for the wastewater treatment. J. Braz. Chem. Soe. 17, 227- 236, 2006).  The selection of an optimal treatment will depend on control, reliability, cost-effectiveness and efficiency (chemical and economic). Of these technologies, electrochemical oxidation is considered one of the most promising (Canizares, et al. Detoxification of synthetic industrial waste-waters using electrochemical oxidation with boron-doped diamond anodes. J. Chem. Technol. Bíotechnol. 81, pp. 352-358 Canizares et al Electrochemical treatment of the effluent of a fine chemical manufacturing plant J. Hazard Mater 138, 173-181 2006 Alfaro et al Boron doped diamond electrode for the wastewater treatment J. Braz Chem Chem 17, 227-236, 2006).
Muitas investigações para busca de eletrodos tem sido realizadas em diversos tipos de materiais, tais como RuO2, PbO2 e SnO2, que são empregados como ânodos para a degradação de poluentes orgânicos e inorgânicos (Poleara et al., Three-dimensional electrodes for the electrochemical combustion of organic pollutants. Electrochim. Acta 46, 389- 394, 2000). Entretanto, estes ânodos se corroem com facilidade e tendem a se desativar, diminuindo sua eficiência e vida útil (Bonfatti et ai, Electrochemical incineration of glucose as a model organic substrate I. Role of the electrode material. J. Electrochem. Soe. 146, Pág. 2175-2179, 1999). Many electrode search investigations have been performed on various types of materials, such as RuO 2 , PbO 2 and SnO 2 , which are used as anodes for the degradation of organic and inorganic pollutants (Poleara et al., Three-dimensional electrodes for the electrochemical combustion of organic pollutants Electrochim Acta 46, 389- 394, 2000). However, these anodes erode easily and tend to deactivate, decreasing their efficiency and useful life (Bonfatti et al, Electrochemical incineration of glucose as a model organic substrate I. Role of the electrode material. J. Electrochem. Soc. 146, Pp. 2175-2179, 1999).
Recentemente, eletrodos de diamante dopado com boro, fabricados pelo processo de deposição química a partir da fase de vapor - Recently, boron-doped diamond electrodes manufactured by the chemical vapor deposition process -
CVD (do inglês, Chemical Vapor Deposition), estão sendo aplicados com i Chemical Vapor Deposition (CVD) are being applied with
sucesso no tratamento de resíduos aquosos contendo compostos persistentes no meio ambiente. Porém, embora a síntese de diamante através do processo de deposição química a partir da fase de vapor seja conhecida desde 1960, o grande inconveniente dessa técnica é a dificuldade de se obter filmes uniformes e homogéneos, e, principalmente, por apresentar baixa taxa de deposição. successfully treating aqueous wastes containing persistent compounds in the environment. However, although diamond synthesis through the chemical vapor deposition process has been known since 1960, the major drawback of this technique is the difficulty of obtaining uniform and homogeneous films, and mainly because of its low deposition rate. .
A técnica CVD fundamenta-se na transformação de moléculas gasosas em materiais sólidos na forma de filmes finos sobre substrato. Esses filmes revestem diferentes geometrias e podem apresentar ótima qualidade. Enquanto a Técnica de Alta Pressão e Alta Temperatura (conhecida pela sigla do inglês, High Pressure High Temperature, HPHT) produz cristais diamantíferos que podem ser fixados, por exemplo, em ferramentas abrasivas, a técnica CVD viabiliza o revestimento com filmes de diamante sobre superfícies de materiais que não tenham ponto de fusão ou amolecimento à temperatura inferior a, pelo menos, 700°C.  The CVD technique is based on the transformation of gaseous molecules into solid materials in the form of thin films on substrate. These films cover different geometries and can be of excellent quality. While the High Pressure High Temperature (HPHT) technique produces diamond crystals that can be attached to, for example, abrasive tools, the CVD technique makes it possible to coat diamond films on surfaces. materials not having a melting or softening point at a temperature below at least 700 ° C.
O diamante é um material com amplo bandgap. (Egap = 5,5 eV), sendo, normalmente, um isolante elétrico. Entretanto, quando o material é dopado com impurezas tais como o boro, a condutividade elétrica é introduzida de uma maneira controlada. A um nível de dopagem abaixo de 1019 B/cm3, o material comporta-se mais como um semicondutor e quando é dopado a níveis mais altos, comporta-se como um semi-metal. Condutividades elétricas de 100-1000 S cm"1 podem ser introduzidas dentro do material sem comprometer as suas outras propriedades únicas, fazendo-o suficientemente condutor para muitas aplicações eletroquímicas. O uso de diamante eletroquimicamente condutor como um material eletródico é bem estabelecido (Baranauskas et al. BRPI0600897-6; Teófilo et al. Improvement of the electrochemical properties of "as-grown" boron-doped polycrystalline diamond electrodes deposited on tungsten wires using ethanol. J. Solid State Electrochem., 1 1 , pág. 1449-1457, 2007; Swain et al., Journal of Electrochemical Society, 141 , pág. 3382-3393, 1994). A ampla aplicabilidade do ânodo de diamante em eletrólise é devido às suas propriedades únicas tecnologicamente importantes para fins eletroquímicos, tais como: (1 ) inércia química e, portanto, alta resistência ao bloqueio eletroquímico por moléculas polares ou por possíveis contaminantes de superfície; (2) resistência à corrosão; (3) extrema dureza; (4) ampla janela de potencial e de transparência ótica; (5) excelente condutividade térmica; (6) corrente de fundo baixa e estável; (7) baixa capacitância; (8) magnífica estabilidade microestrutural e morfológica mesmo sob condições eletroquímicas agressivas; (9) força mecânica (dureza 10 Mohs); (10) estabilidade por longo período de tempo; (11) amplo sobrepotencial para evolução de oxigénio; (12) alta condutividade térmica (20 Wcm" K"1); (13) alta estabilidade dimensional e (14) uma sensibilidade constante. Diamond is a material with wide bandgap. (E gap = 5.5 eV), normally being an electrical insulator. However, when material is doped with impurities such as boron, electrical conductivity is introduced in a controlled manner. At a doping level below 10 19 B / cm 3 , the material behaves more like a semiconductor and when doped to higher levels it behaves like a semi-metal. 100-1000 S cm "1 electrical conductivity can be introduced into the material without compromising its other unique properties, making it sufficiently conductive for many electrochemical applications. The use of electrochemically conductive diamond as an electrode material is well established (Baranauskas et al. BRPI0600897-6; Teófilo et al. J. Solid State Electrochem., 11, pp. 1449-1457, 2007; Swain et al., Journal of Electrochemical Society, 141, pp. 3382-3393, 1994). The wide applicability of the diamond anode in electrolysis is due to its unique technologically important properties for electrochemical purposes such as: (1) chemical inertia and therefore high resistance to electrochemical blockage by polar molecules or possible surface contaminants; (2) corrosion resistance; (3) extreme hardness; (4) wide window of potential and optical transparency; (5) excellent thermal conductivity; (6) low and stable background current; (7) low capacitance; (8) magnificent microstructural and morphological stability even under aggressive electrochemical conditions; (9) mechanical strength (hardness 10 Mohs); (10) long term stability; (11) broad overpotential for oxygen evolution; (12) high thermal conductivity (20 Wcm " K " 1 ); (13) high dimensional stability and (14) a constant sensitivity.
Na eletrólise pelo diamante dopado com boro, a energia elétrica, que é uma energia limpa para muitos países, é usada para controlar a reação química na superfície do eletrodo e assim produzir, em solução aquosa, oxidantes extremamente fortes, tais como oxigénio, ozônio, radical hidroxila e peróxido de hidrogénio. Recentemente, o processo de eletrólise está sendo utilizado para tratamento de águas contaminadas uma vez que é possível, indiretamente, decompor poluentes orgânicos e inorgânicos, ou adsorver os poluentes na superfície do eletrodo e, devido a isso, oxidá-los diretamente.  In boron-doped diamond electrolysis, electrical energy, which is a clean energy for many countries, is used to control the chemical reaction on the electrode surface and thus produce extremely strong oxidizers such as oxygen, ozone, hydroxyl radical and hydrogen peroxide. Recently, the electrolysis process is being used to treat contaminated water as it is possible to indirectly decompose organic and inorganic pollutants, or adsorb pollutants on the electrode surface and, as a result, oxidize them directly.
É esperado, portanto, que o uso de diamante como eletrodo apresente maior eficiência sobre sistemas eletroquímicos com a mesma finalidade. Do ponto de vista prático, melhorias têm sido desejadas para promover o aumento da eficiência das células. Deste modo, a configuração da célula eletroquímica e a disposição do ânodo de diamante são fundamentais para se obter processos eficientes eletroquímica e economicamente. Therefore, it is expected that the use of diamond as an electrode will be more efficient over electrochemical systems with the same purpose. From a practical point of view, improvements have been desired to promote increased cell efficiency. Thus, the configuration of the electrochemical cell and the arrangement of the diamond anode are fundamental for obtaining electrochemically and economically efficient processes.
Os vários documentos de patentes revelados no estado da técnica envolvendo células eletroquímicas e eletrodos de diamante estão relacionados com células eletroquímicas em que os ditos eletrodos são confeccionados na forma de placas, dispostos paralelamente no interior das células. De maneira geral, os principais problemas das células que usam placas paralelas são: vazamentos durante a montagem das células, dificuldade na realização do contato elétrico sobre o diamante e dificuldade no manuseio do eletrodo durante a montagem das células.  The various patent documents disclosed in the state of the art involving electrochemical cells and diamond electrodes are related to electrochemical cells in which said electrodes are made in the form of plates, arranged in parallel within the cells. In general, the main problems of cells using parallel plates are: leaks during cell assembly, difficulty in making electrical contact with the diamond, and difficulty in electrode handling during cell assembly.
Em relação aos vazamentos de eletrólito que ocorrem durante a montagem de uma célula eletroquímica, pode-se afirmar que de um modo geral, quanto maior é a área do eletrodo de diamante em placa que se pretende instalar em uma célula, maior é a dificuldade. Há normalmente problemas com vazamentos de eletrólito devido a vários fatores, dos quais se destaca a fragilidade dos filmes de diamante quando estes são pressionados contra juntas e guarnições de vedação. De outro modo, os adesivos químicos, responsáveis por impermeabilizar as bordas e contornos dos eletrodos, normalmente não são eficazes devido ao desprendimento provocado ou pela evolução de gases ou pela oxidação provocada por oxidantes gerados. Adicionalmente, o uso de colas condutoras para fixar uma placa de silício sobre uma placa metálica, além de aumentar significativamente o custo final da construção de uma célula, tem o risco da cola vir a se degradar durante o processo e, assim, diminuir a eficiência.  Regarding the electrolyte leaks that occur during the assembly of an electrochemical cell, it can be stated that, in general, the larger the area of the plate diamond electrode that is intended to be installed in a cell, the greater the difficulty. There are usually problems with electrolyte leaks due to a number of factors, notably the fragility of diamond films when they are pressed against gaskets and gaskets. Otherwise, chemical adhesives, which are responsible for waterproofing the edges and contours of the electrodes, are usually not effective due to detachment caused by gas evolution or oxidation caused by generated oxidants. Additionally, the use of conductive adhesives to attach a silicon plate to a metal plate, in addition to significantly increasing the final cost of building a cell, has the risk that the glue will degrade during the process and thus decrease the efficiency. .
O contato elétrico é outro fator problemático. Realizar o contato elétrico sobre um semicondutor, tal como o diamante dopado, exige o uso de adesivos condutores metálicos ou soldas. Idealmente, estes materiais adesivos não devem entrar em contato com o eletrólito e muitas vezes estes são isolados com resinas epóxis. Durante o processo de degradação estas resinas são atacadas pelos oxidantes gerados na superfície do eletrodo e são degradadas. Após um curto período de tempo o contato elétrico fica exposto ao eletrólito e o processo deve ser interrompido. Electrical contact is another problematic factor. Making electrical contact with a semiconductor, such as a doped diamond, requires the use of metallic conductive adhesives or welds. Ideally, these adhesive materials should not come into contact with the electrolyte and often these are isolated with epoxy resins. During the degradation process these resins are attacked by the oxidants generated on the electrode surface and are degraded. After a short time the electrical contact is exposed to the electrolyte and the process should be interrupted.
As montagens das células também demandam uma atenção especial. As placas de silício, por exemplo, são frágeis de serem manipuladas. Para realizar a montagem de uma célula eletrolítica com estas placas contendo filmes de diamante depositados, estas precisam ser acondicionadas em suportes poliméricos como o Teflon®. Durante o processo de montagem, muitas vezes estas placas se rompem juntamente com o filme de diamante depositado sobre as mesmas e perde-se o ânodo.  Cell mounts also require special attention. Silicon plates, for example, are fragile to manipulate. To assemble an electrolytic cell with these plates containing deposited diamond films, they need to be packed in polymeric supports such as Teflon®. During the assembly process, these plates often break together with the diamond film deposited on them and the anode is lost.
Alguns documentos envolvendo células eletroquímicas e eletrodos de diamante encontram-se detalhados a seguir:  Some documents involving electrochemical cells and diamond electrodes are detailed below:
Os documentos U.S. 5,900,127; U.S. 5,399,247; EP 0659 691 ; U.S. 6,375,827 e BRPI0502246-0 descrevem a possibilidade do uso de diamante dopado como eletrodo para tratamento de contaminantes em água. Em todos esses documentos as células eletroquímicas são constituídas de duas placas em que o diamante pode ser usado como ânodo ou como ânodo e cátodo.  U.S. 5,900,127; U.S. 5,399,247; EP 0659 691; U.S. 6,375,827 and BRPI0502246-0 describe the possibility of using doped diamond as an electrode for treating contaminants in water. In all these documents the electrochemical cells are made up of two plates in which the diamond can be used as anode or as anode and cathode.
O documento U.S. 5,900,127 descreve uma célula eletroquímica que se utiliza de placas paralelas, onde nem o ânodo e nem o cátodo são cilíndricos. Além da diferença na configuração da célula, a invenção difere deste documento por outras razões, as quais estão listadas a seguir. O cátodo usado no documento U.S. 5,900,127 foi construído usando materiais tais como platina, paládio, irídio, rutênio, ósmio, ródio, etc, e óxidos destes metais, como óxido de irídio, etc. O diamante nesta patente foi crescido preferencialmente sobre titânio ou um metal ou semi metal que permite a geração de carbetos. Três configurações de célula eletroquímica foram apresentadas: duas com compartimentos duplos e uma com compartimento triplo. Nas de compartimento duplo, a célula está dividida por uma membrana de troca iônica intimamente colocada entre o ânodo e o cátodo ou disposta na porção conectora, tendo um pequeno diâmetro e distanciada do cátodo e ânodo. Na de compartimento triplo, a divisão consiste da seguinte sequência: um cátodo ligado a uma membrana de troca iônica, uma separação e uma membrana de troca iônica ligada ao ânodo. US 5,900,127 describes an electrochemical cell using parallel plates, where neither the anode nor the cathode is cylindrical. In addition to the difference in cell configuration, the invention differs from this document for other reasons, which are listed below. The cathode used in US 5,900,127 was constructed using materials such as platinum, palladium, iridium, ruthenium, osmium, rhodium, etc., and oxides of these metals, such as iridium oxide, etc. The diamond in this patent was preferably grown on titanium or a metal or semi metal that allows carbide generation. Three electrochemical cell configurations were presented: two with double compartments and one with triple compartment. In dual compartment cells, the cell is divided by an ion exchange membrane intimately disposed between the anode and cathode or disposed at the connector portion having a small diameter and spaced from the cathode and anode. In the triple compartment, the division consists of the following sequence: a cathode attached to an ion exchange membrane, a separation and an ion exchange membrane attached to the anode.
Os documentos U.S. 5,399,247; EP0659691 e BRPI0502246-0 apresentam configurações de células eletroquímicas montadas com placas paralelas. Nos documentos U.S. 5,399,247 e EP 0659 691 , o ânodo de diamante dopado com boro foi crescido em silício e adquirido da empresa americana Advanced Technology Materials, Inc. O ânodo, tendo uma área de 3 cm2, foi fixada em uma placa e disposta paralelamente a uma placa de aço inox 304 de 12 cm2, usada como cátodo. Uma tela de nylon foi usada entre as placas para promover a turbulência do fluxo aquoso. Embora a presente invenção tenha em comum com os documentos U.S. 5,399,247 e EP0659691 o fato de usar diamante condutor como ânodo para tratamento de solutos em solução líquida, difere-se pelo fato de a célula ser montada com placas paralelas. Este tipo de configuração apresenta os mesmos inconvenientes já relatados para placas paralelas, principalmente no que se refere a vazamentos e dificuldade para se fazer os contatos elétricos. US 5,399,247; EP0659691 and BRPI0502246-0 show configurations of electrochemical cells mounted with parallel plates. In US 5,399,247 and EP 0659 691, the boron-doped diamond anode was grown in silicon and purchased from the US company Advanced Technology Materials, Inc. The anode, having an area of 3 cm 2 , was fixed to a plate and disposed in parallel. to a 12 cm 2 304 stainless steel plate used as a cathode. A nylon mesh was used between the plates to promote aqueous flow turbulence. Although the present invention has in common with US 5,399,247 and EP0659691 the use of conductive diamond as anode for treating solutes in liquid solution, it differs in that the cell is mounted with parallel plates. This type of configuration presents the same drawbacks already reported for parallel plates, especially regarding leaks and difficulty in making electrical contacts.
O documento BRPI0502246-0 descreve um processo eletroquímico de oxidação de compostos orgânicos que se utiliza de um reator equivalente ao descrito nos documentos U.S. 5,399,247 e EP 0659 691. Embora a presente invenção tenha em comum com o documento BRPI0502246-0 o fato de usar diamante condutor como ânodo para montagem da célula eletroquímica, difere-se pelo fato de a célula ser montada com placas paralelas, onde uma placa de silício é colada sobre uma placa de aço inox usando um adesivo condutor na tentativa de se aumentar a resistência mecânica do eletrodo.  BRPI0502246-0 describes an electrochemical oxidation process of organic compounds using a reactor equivalent to that described in US 5,399,247 and EP 0659 691. Although the present invention has in common with BRPI0502246-0 the use of diamond conductor as anode for mounting the electrochemical cell differs in that the cell is assembled with parallel plates, where a silicon plate is glued onto a stainless steel plate using a conductive adhesive in an attempt to increase the mechanical resistance of the electrode. .
O documento U.S. 6,375,827 é caracterizado pelo uso de diamante como material de ambos, ânodo e cátodo, em que a célula eletroquímica é montada com duas placas paralelas, podendo ainda adicionar uma membrana de troca iônica entre as placas, obtendo assim uma célula em dois compartimentos. Embora a presente invenção tenha em comum com o documento U.S. 6,375,827 o fato de usar diamante condutor como ânodo para montagem da célula eletroquímica, difere-se pelo fato de a célula ser montada com placas paralelas, em que o cátodo também é de diamante condutor. US 6,375,827 is characterized by the use of diamond as both anode and cathode material, in which the electrochemical cell is assembled with two parallel plates, and an ion exchange membrane can be added between the plates, thus obtaining a cell in two compartments. . Although the present invention has in common with US 6,375,827 the use of conductive diamond as anode for The electrochemical cell assembly differs in that the cell is assembled with parallel plates, where the cathode is also a conductive diamond.
Os documentos U.S. 6,267,866 e U.S. 7,217,347 descrevem o uso de eletrodos de diamante dopados para eletrólise.  U.S. 6,267,866 and U.S. 7,217,347 describe the use of doped diamond electrodes for electrolysis.
O documento U.S. 6,267,866 descreve a construção do eletrodo usando a deposição de diamante sobre uma malha metálica. É indicado para uso como cátodo ou ânodo. O termo malha é definido como uma grade de filamentos metálicos entrelaçados. O objetivo seria tornar o eletrodo vazado e com grande área superficial para aplicações eletroquímicas. Embora a presente invenção tenha em comum com o documento U.S. 6,267,866 o fato de usar diamante condutor na montagem do eletrodo, difere-se pelo fato de tratar-se de uma montagem em forma de placa. Não reivindica uma célula eletroquímica, mas sim um eletrodo (ânodo e cátodo). A desvantagem do uso desta placa está na realização e isolamento do contato elétrico e na montagem da configuração ânodo - cátodo da célula, uma vez que ambos devem ser mergulhados por completo na solução de eletrólito sem o uso de suporte polimérico.  U.S. 6,267,866 describes electrode construction using diamond deposition on a metal mesh. It is indicated for use as cathode or anode. The term mesh is defined as a grid of interwoven metallic filaments. The goal would be to make the electrode hollow and with large surface area for electrochemical applications. Although the present invention has in common with U.S. 6,267,866 the fact that it uses conductive diamond in the electrode assembly, it differs in that it is a plate-shaped assembly. It does not claim an electrochemical cell, but an electrode (anode and cathode). The disadvantage of using this plate is the realization and isolation of the electrical contact and the assembly of the anode - cathode configuration of the cell, as both must be completely immersed in the electrolyte solution without the use of polymeric support.
O documento U.S. 7,217,347 descreve a construção do eletrodo sobre uma fase titânio de Magneli. O objetivo é prolongar o tempo de vida do diamante quando crescido sobre este material. Embora a presente invenção tenha em comum com o documento U.S. 7,217,347 o fato de usar diamante condutor na montagem da célula eletroquímica, difere-se pelo fato de tratar-se de uma montagem em malha metálica, utilizando um substrato diferente, em que a maior parte das figuras apresenta o diamante em pó misturado com óxido de titânio em pó. Não reivindica uma célula eletroquímica, mas sim um eletrodo (ânodo e cátodo). A desvantagem desta tecnologia está no processo de fabricação do eletrodo, que exige o uso de substrato de óxido de titânio em fase Magneli, diamante em pó, óxido de titânio em pó e uma camada de catalisador. Isto torna relativamente alto o custo da fabricação do processo, além de complexo. Os documentos U.S. 6,306,270 e EP1031645, os quais referem-se a uma mesma invenção, dizem respeito a uma célula eletroquímica que inclui um ânodo, um cátodo e no mínimo um eletrodo bipolar arranjado entre o ânodo e o cátodo. Esta célula é caracterizada por um eletrodo bipolar que inclui um substrato e um filme de diamante dopado. São apresentadas duas configurações de célula, uma com eletrodos em placas e outra com eletrodos esféricos imersos em uma solução eletrolítica. Embora a presente invenção tenha em comum com os documentos US 6,306,270 e EP1031645 o fato de usar diamante condutor como eletrodo bipolar para o tratamento de solutos em solução líquida e uma das montagens envolver célula cilíndrica, difere-se pelo fato de a célula cilíndrica ser montada numa configuração diferente da apresentada na presente invenção, em que a solução passa por pequenas esferas que se polarizam. Além disso, o cilindro é colocado dentro de um container, ao contrário da célula eletroquímica proposta, onde o cilindro contendo o filme de diamante (ânodo) é disposto coaxialmente dentro de outro cilindro de aço inox ou outro metal (cátodo). O ânodo e cátodo revestidos com diamante polarizam esferas também revestidas com diamante. A montagem necessita de uma membrana por onde a solução a ser degradada atravessa e as esferas não. Trata-se de uma montagem complexa e de alto custo, ao contrário da apresentada na presente invenção. US 7,217,347 describes the construction of the electrode on a Magneli titanium phase. The goal is to extend the life of the diamond when grown on this material. Although the present invention has in common with US 7,217,347 the fact that it uses conductive diamond in the electrochemical cell assembly, it differs in that it is a wire mesh assembly using a different substrate, most of which of the figures shows the diamond powder mixed with titanium oxide powder. It does not claim an electrochemical cell, but an electrode (anode and cathode). The disadvantage of this technology lies in the electrode manufacturing process, which requires the use of Magneli phase titanium oxide substrate, diamond powder, titanium powder and a catalyst layer. This makes the cost of manufacturing the process relatively high and complex. US 6,306,270 and EP1031645, which refer to the same invention, relate to an electrochemical cell including an anode, a cathode and at least one bipolar electrode arranged between the anode and the cathode. This cell is characterized by a bipolar electrode that includes a substrate and a doped diamond film. Two cell configurations are presented, one with plate electrodes and one with spherical electrodes immersed in an electrolyte solution. Although the present invention has in common with US 6,306,270 and EP1031645 the use of conductive diamond as a bipolar electrode for the treatment of solutes in liquid solution and one of the assemblies involves a cylindrical cell, it differs in that the cylindrical cell is assembled. in a different embodiment from the present invention, wherein the solution passes through small polarizing spheres. In addition, the cylinder is placed inside a container, unlike the proposed electrochemical cell, where the cylinder containing the diamond film (anode) is coaxially disposed within another stainless steel or other metal (cathode) cylinder. Diamond-coated anode and cathode polarize diamond-coated spheres. Assembly requires a membrane through which the solution to be degraded crosses and the spheres do not. This is a complex and expensive assembly, unlike the present invention.
Outras configurações de células eletroquímicas são apresentadas nos documentos U.S. 7,232,507; CA 2439744; U.S. 6,315,886; CA2355346; U.S. 6,554,977 e EP1369384. Entretanto, essas patentes reivindicam o uso do ânodo de diamante dopado e as configurações das células propostas são fundamentadas em placas paralelas, diferentes da configuração de célula reivindicada na presente invenção.  Other electrochemical cell configurations are disclosed in U.S. 7,232,507; CA 2439744; U.S. 6,315,886; CA2355346; 6,554,977 and EP1369384. However, these patents claim the use of the doped diamond anode and the proposed cell configurations are based on parallel plates, different from the cell configuration claimed in the present invention.
Os documentos U.S. 7,232,507 e CA2439744, os quais referem-se a uma mesma invenção, descrevem o uso de um reator eletroquímico complexo para tratamento de contaminantes de baixa concentração em soluções aquosas de baixa condutividade elétrica e reivindicam a possibilidade de usar, como matéria de revestimento da célula, um diamante semicondutor. Embora a presente invenção tenha em comum com os documentos U.S. 7,232,507 e CA2439744 o fato de utilizar diamante semicondutor para eletrodegradação de compostos orgânicos em águas, difere-se pelo fato da configuração da célula e dos eletrodos serem completamente diferentes. A complexidade da configuração da célula certamente aumentaria as dificuldades de sua confecção industrial, o que acarretaria em custos maiores quando comparada com a tecnologia proposta. Certamente ainda haveria a dificuldade em se cortar perfeitamente as placas, que geralmente são importadas na forma de wafers de silício. US 7,232,507 and CA2439744, which refer to the same invention, describe the use of a complex electrochemical reactor for treating low concentration contaminants in low electrical conductivity aqueous solutions and claim the use as a coating material. of cell, a semiconductor diamond. Although the present invention has in common with US 7,232,507 and CA2439744 the fact that using semiconductor diamond for electrodegradation of organic compounds in water, it differs in that the configuration of the cell and the electrodes are completely different. The complexity of the cell configuration would certainly increase the difficulties of its industrial fabrication, which would result in higher costs compared to the proposed technology. Certainly there would still be the difficulty of perfectly cutting the plates, which are usually imported in the form of silicon wafers.
Ao analisar o documento U.S. 6,554,977, foi possível constatar a possibilidade de se utilizar ânodo e cátodo de diamante condutor, porém o referido documento não aponta para essa possibilidade. Embora a presente invenção tenha em comum com o documento U.S. 6,554,977 o fato de reivindicar uma célula eletroquímica durável para oxidação eletroquímica de contaminantes em soluções aquosas, as semelhanças cessam aqui. A excelência dos mais bem sucedidos eletrodos de aço inox é inúmeras vezes inferior do que a dos eletrodos de diamante. Os eletrodos metálicos, de maneira geral, não produzem em sua superfície radicais hidroxila. Oxidantes fortes, como os radicais hidroxila, atacam os compostos orgânicos e/ou inorgânicos e os degradam. Além disso, vale ressaltar que eletrodos de aço- inox usados como ânodo têm baixa vida útil. A vida útil do aço inox usado como ânodo é de poucas horas, a depender do pH do eletrólito usado e da densidade de corrente aplicada. Ao aplicar um potencial positivo sobre o eletrodo de aço inox, o ferro metálico presente em sua composição do aço sofre oxidação e se dissolve na solução e assim, o ânodo se auto-oxida.  By analyzing U.S. 6,554,977, it was possible to find the possibility of using a conductive diamond anode and cathode, but that document does not point to this possibility. Although the present invention has in common with U.S. 6,554,977 the fact that it claims a durable electrochemical cell for electrochemical oxidation of contaminants in aqueous solutions, the similarities cease here. The excellence of the most successful stainless steel electrodes is countless times lower than that of diamond electrodes. Metal electrodes generally do not produce hydroxyl radicals on their surface. Strong oxidizers, such as hydroxyl radicals, attack organic and / or inorganic compounds and degrade them. In addition, it is noteworthy that stainless steel electrodes used as anode have a short service life. The service life of stainless steel used as anode is a few hours, depending on the pH of the electrolyte used and the current density applied. By applying a positive potential to the stainless steel electrode, the metallic iron present in its steel composition undergoes oxidation and dissolves in solution and thus the anode self-oxidizes.
O documento EP 1369384 descreve o uso de diamantes condutores em placas como eletrodos, mas tal documento refere-se ao uso de oxiácidos ou sais de oxiácidos, que devem ser usados na solução a ser tratada para melhorar a eficiência do tratamento. Embora a presente invenção tenha em comum com o documento EP 1369384 o fato de fazer uso de eletrodos confeccionados com diamante condutor, a mesma não considera os efeitos de oxiácidos ou sais de oxiácidos nas soluções a ser tratadas. Além disso, o foco desta invenção está na montagem do sistema eletroquímico e não em aditivos químicos a serem adicionados no processo. EP 1369384 describes the use of conductive plate diamonds as electrodes, but such document refers to the use of oxyacids or oxyacid salts, which should be used in the solution to be treated to improve treatment efficiency. Although the present invention has in common with EP 1369384 the fact that it makes use of conductive diamond electrodes, it does not consider the effects of oxyacids or oxyacid salts in the solutions to be treated. Furthermore, the focus of this invention is on mounting the electrochemical system and not on chemical additives to be added in the process.
O documento BRPI0502245-2 descreve um processo para preparação dê uma célula eletroquímica usando eletrodos de diamante crescidos em placas de silício. O lado oposto ao que contém o filme de diamante é colado a uma placa metálica, como o aço inox, por exemplo. Embora a presente invenção tenha em comum com o documento BRPI0502245-2 o fato de utilizar diamantes dopados depositados sobre substratos, a mesma difere pelo fato de evitar o inconveniente de realizar uma etapa prévia para aumentar a resistência do substrato e produzir um contato elétrico eficiente. Na presente invenção o substrato é resistente mecanicamente o suficiente para ser manipulado com facilidade. Além disso, o substrato onde o diamante é depositado é protegido por um cilindro de aço inox, que garante uma maior proteção quanto a quebras indesejáveis. Os principais problemas da célula eletroquímica proposta no documento BRPI0502245-2 apresenta os mesmos inconvenientes já relatados para placas paralelas, principalmente no que se refere a vazamentos e dificuldade para se fazer os contatos elétricos.  BRPI0502245-2 describes a process for preparing an electrochemical cell using diamond electrodes grown on silicon plates. The opposite side of the diamond film is glued to a metal plate, such as stainless steel. Although the present invention has in common with BRPI0502245-2 the use of doped diamonds deposited on substrates, it differs in that it avoids the inconvenience of performing a prior step to increase substrate strength and produce efficient electrical contact. In the present invention the substrate is mechanically strong enough to be easily manipulated. In addition, the substrate where the diamond is deposited is protected by a stainless steel cylinder, which ensures greater protection against unwanted breakage. The main problems of the electrochemical cell proposed in document BRPI0502245-2 present the same drawbacks already reported for parallel plates, mainly regarding leakage and difficulty in making electrical contacts.
O documento BRPI0600897-6 descreve um processo de fabricação de eletrodos de diamante dopado para eletroquímica que compreende duas etapas principais: i) deposição do diamante e ii) a construção propriamente dita dos eletrodos. Em relação ao processo de deposição de diamante dopado com boro e com carbono, este diminui ou elimina a formação de carbonos não adiamantados na superfície dos eletrodos. Os eletrodos obtidos por esse processo podem ser utilizados em eletroquímica, eletroanálise e eletrosíntese com a vantagem de serem resistentes à passivação da superfície por compostos orgânicos. Os eletrodos ora tratados possuem contatos elétricos com fios embutidos ou soldados no diamante dopado, e com partes metálicas isoladas, o que melhora a praticidade e o contato ôhmico destes eletrodos em eletroanálise ou eletrosíntese como eletrodo de trabalho. Embora a presente invenção tenha em comum com o documento BRPI0600897-6 o fato de haver deposição de filmes diamantíferos dopados com boro usando reator HFCVD, difere-se pelo fato de que no documento BRPI0600897-6 a área e a dimensão do substrato são reduzidas (fios com diâmetro de aproximadamente 238 pm e comprimento de aproximadamente 30 mm). Isto se deve pois, a aplicação proposta neste documento é para obter eletrodos com pequenas áreas (aproximadamente 0,030 cm"2) de modo a ser polarizáveis em análises e estudos eletroquímicos. Além disso, não há reivindicação de célula eletroquímica e sim da produção do eletrodo. Na presente invenção, as dimensões (diâmetro a partir de 4,0 mm e comprimento a partir de 30,0 mm) e área do eletrodo são maiores (a partir de 4,0 cm2), pois se deseja evitar a polarização durante o seu funcionamento. Reivindica-se ainda a configuração cilíndrica de toda a célula, incluindo o cátodo de aço inox e a produção de um filme aderente de diamante dopado sobre substratos cilíndricos mecanicamente resistentes. Além disso, a célula aqui proposta tem outra finalidade, i.e., degradação eletroquímica de compostos químicos persistentes. Document BRPI0600897-6 describes a manufacturing process of electrochemically doped diamond electrodes comprising two main steps: i) diamond deposition and ii) the actual construction of the electrodes. In relation to the process of deposition of boron-doped diamond and carbon, it decreases or eliminates the formation of unaddressed carbons on the electrode surface. The electrodes obtained by this process can be used in electrochemistry, electroanalysis and electrosynthesis with the advantage of being resistant to surface passivation by organic compounds. The electrodes now treated have electrical contacts with wires embedded or welded in the doped diamond, and with insulated metal parts, which improves the practicality and ohmic contact of these electrodes in electroanalysis or electrosynthesis as working electrode. Although the present invention has in common with document BRPI0600897-6 the fact that boron-doped diamond films are deposited using HFCVD reactor, it differs in that in area BRPI0600897-6 the area and size of the substrate are reduced ( wires with a diameter of approximately 238 pm and a length of approximately 30 mm). This is because the application proposed in this document is to obtain electrodes with small areas (approximately 0.030 cm "2 ) in order to be polarizable in electrochemical analysis and studies. In addition, there is no claim of electrochemical cell but of electrode production. In the present invention, the dimensions (diameter from 4.0 mm and length from 30.0 mm) and electrode area are larger (from 4.0 cm 2 ) as it is desired to avoid polarization during The cylindrical configuration of the entire cell including the stainless steel cathode and the production of a doped diamond film on mechanically resistant cylindrical substrates is further claimed, and the cell proposed here has another purpose, ie , electrochemical degradation of persistent chemical compounds.
Considerando as descrições acima, pode-se observar que uma configuração mais adequada de célula eletroquímica é necessária, especialmente para a purificação de rejeitos aquosos ou água potável que contenham compostos químicos persistentes. Nesse sentido, a presente invenção mostra-se interessante uma vez que a célula eletroquímica proposta para a purificação de soluções aquosas reúne, simultaneamente, as vantagens oferecidas i) por células eletroquímícas concebidas no formato cilíndrico; ii) por células eletroquímícas que se utilizam de ânodo de diamante dopado; e iii) pelo fato do ânodo de diamante utilizado ser obtido por processo de deposição química a partir da fase de vapor, onde os ditos filmes diamantíferos são depositados sobre substratos cilíndricos mecanicamente resistentes de diâmetros superiores (a partir de 4,0 mm), previamente jateados com granalhas de ferro ou aço, conforme detalhado a seguir. Células eletroquímicas concebidas no formato cilíndrico apresentam como vantagens: minimização de espaço; facilidade na realização de contatos elétricos; facilidade na montagem de células em larga escala - conexão em série ou paralelo - e evita vazamentos durante a utilização da célula. Já o uso de ânodo de diamante dopado na montagem de células eletroquímicas, independente do seu formato, apresenta as seguintes vantagens: força mecânica; inércia química; potencial de operação em ambientes agressivos; amplo sobrepotencial para evolução de oxigénio; eficiência para suportar reações de transferência anódica de oxigénio; alta condutividade térmica; alta estabilidade dimensional e sensibilidade constante. Considering the above descriptions, it may be appreciated that a more suitable electrochemical cell configuration is required, especially for the purification of aqueous waste or potable water containing persistent chemical compounds. In this sense, the present invention is interesting since the electrochemical cell proposed for the purification of aqueous solutions simultaneously meets the advantages offered by i) electrochemical cells designed in cylindrical shape; ii) by electrochemical cells using doped diamond anode; and iii) the fact that the diamond anode used is obtained by a chemical deposition process from the vapor phase, where said diamond films are deposited on mechanically resistant cylindrical substrates of larger diameters (from 4.0 mm), previously blasted with iron or steel grit as detailed below. Electrochemical cells designed in cylindrical shape have the following advantages: space minimization; ease in making electrical contacts; easy assembly of large-scale cells - serial or parallel connection - and prevents leaks during cell use. The use of doped diamond anode in the assembly of electrochemical cells, regardless of their shape, has the following advantages: mechanical strength; chemical inertia; operating potential in harsh environments; broad overpotential for oxygen evolution; efficiency to withstand anodic oxygen transfer reactions; high thermal conductivity; High dimensional stability and constant sensitivity.
Contudo, quando os ânodos de diamante dopados a serem utilizados na montagem de células eletroquímicas são obtidos por processo de deposição química a partir da fase de vapor, onde os ditos filmes diamantíferos são depositados sobre substratos cilíndricos mecanicamente resistentes de diâmetros superiores (neste caso, a partir de 4,0 mm), previamente jateados com granalhas de ferro ou aço, as seguintes vantagens são oferecidas: longo tempo de vida útil da célula eletroquímica devido à rigidez mecânica das partes envolvidas, durabilidade devido à inércia química do diamante comparada a outros materiais, reprodutibilidade dos resultados devido à manutenção da integridade do filme diamantífero. Para se obter bons resultados de degradação de compostos orgânicos através de filmes diamantíferos se faz necessário que estes sejam homogéneos, uniformes e bem aderentes aos seus respectivos substratos, para que não haja descascamento do filme, expondo assim o substrato a solução que se deseja degradar. No caso do uso de substratos metálicos, ocorreria contaminação de toda a solução com íons de ferro. Nesse invento, o jateamento com granalhas aumenta a superfície de contato entre o substrato e o filme que o vai revestir assim como aumenta consideravelmente a rugosidade superficial do substrato.  However, when doped diamond anodes to be used in the assembly of electrochemical cells are obtained by chemical deposition process from the vapor phase, where said diamond films are deposited on mechanically resistant cylindrical substrates of larger diameters (in this case, the 4.0mm), previously blasted with iron or steel grit, the following advantages are offered: long service life of the electrochemical cell due to the mechanical rigidity of the parts involved, durability due to the chemical inertness of the diamond compared to other materials , reproducibility of results due to maintenance of diamond film integrity. In order to obtain good degradation results of organic compounds through diamond films it is necessary that they are homogeneous, uniform and well adherent to their respective substrates, so that there is no peeling of the film, thus exposing the substrate to the solution to be degraded. If metal substrates were used, the entire solution would be contaminated with iron ions. In this invention, grit blasting increases the contact surface between the substrate and the film to coat it as well as considerably increases the surface roughness of the substrate.
Adicionalmente, como os filmes de diamante são crescidos sobre substratos cilíndricos mecanicamente resistentes, protegidos por uma carcaça cilíndrica metálica, é possível evitar problemas de quebras e rachaduras durante o manuseio e/ou montagem das células. Como substrato resistente, optou-se pela utilização do quartzo devido à facilidade de aderência do diamante sobre o mesmo. Além disso, o quartzo pode ser facilmente manipulado para adquirir formatos planos e cilíndricos. Additionally, since diamond films are grown on mechanically resistant cylindrical substrates protected by a metallic cylindrical shell, it is possible to avoid breakage problems and cracking during handling and / or assembly of cells. As a resistant substrate, we chose to use quartz due to the ease of adhesion of the diamond on it. In addition, quartz can be easily manipulated to flat and cylindrical shapes.
Processos de aderência de diamante em placas de quartzo, por exemplo, já foram relatados na literatura. A técnica utilizada no trabalho de STOTTER et al (Stotter, J.; Show, Y.; Wang, S.; Swain, G.; Comparison of the Electrícal, Optical, and Electrochemical Properties of Diamond and Indium Tin Oxide Thin-Film Electrodes. Chem. Mater., 2005, 17, 4880-4888) descreve a realização de um tipo de polimento utilizando pó de diamante e lixa. Já o trabalho de JOSEPH et al (Joseph, A.; Tanger, C; Wei, J.; Tzeng, Y. Diamond-Coated Quartz and Sapphire Optical Windows. Diamond Films and Technology, 1995, No 2, Vol. 5, No 2.) retrata um exemplo comum das publicações na literatura que envolvem o revestimento de diamante sobre quartzo, uma vez que não revelam a técnica utilizada na obtenção desses filmes de diamante. Da mesma forma, não mencionam quaisquer testes de aderência que tenham sido feitos para comprovar que os filmes diamantíferos eram mesmo aderentes. Contudo, não foram encontrados documentos na literatura que relatam a deposição de filmes de diamantes em tubos de quartzo, exceto para fios finos.  Diamond adhesion processes in quartz plates, for example, have already been reported in the literature. The technique used in the work of STOTTER et al (Stotter, J .; Show, Y .; Wang, S .; Swain, G .; Comparison of the Electrical, Optical, and Electrochemical Properties of Diamond and Indium Tin Oxide Thin-Film Electrodes Chem. Mater., 2005, 17, 4880-4888) describes the realization of one type of polishing using diamond dust and sandpaper. The work of Joseph et al (Joseph, A.; Tanger, C.; Wei, J.; Tzeng, Y. Diamond-Coated Quartz and Sapphire Optical Windows. Diamond Films and Technology, 1995, No 2, Vol. 5, No 2.) portrays a common example of publications in the literature that involve diamond coating on quartz, as they do not disclose the technique used to obtain these diamond films. Likewise, they do not mention any adhesion tests that have been done to prove that the diamond films were actually adherent. However, no documents were found in the literature reporting the deposition of diamond films on quartz tubes, except for thin wires.
O documento U.S. 5,387,447 descreve um processo de revestimento de diamante sobre fios finos (diâmetros que variam de 0,025 a 2,5 mm) de materiais em geral que suportam as condições nas quais o diamante é depositado. A presente invenção difere deste documento por propor um processo de deposição de filmes diamantíferos uniformes, homogéneos e aderentes sobre substratos cilíndricos de diâmetros superiores (a partir de 4,0 mm). Além disso, ao reproduzir o processo de deposição de diamante conforme proposto no documento U.S. 5,387,447, os filmes obtidos apresentaram-se uniformes e de boa qualidade, porém, os mesmos descascaram, o que os inviabiliza para a aplicação contemplada na presente invenção, uma vez que o fluxo turbulento necessário para realizar a renovação da solução sobre a superfície do ânodo, retiraria todo o filme diamantífero do substrato. Adicionalmente, como ambos os trabalhos referem-se a substratos de dimensões diferentes, as aplicações dos mesmos tornam-se distintas. Por exemplo, para aplicações em eletroanálise (determinação de pesticidas, fármacos, neurotransmissores, metais, compostos nitrogenados, dentre outras classes de compostos orgânicos e inorgânicos), é necessário eletrodos com pequena área, inferiores a 3 mm2. Para aplicações em eletrodegradação, que é o caso da presente invenção, é necessário tilizar-se de eletrodos de diamante que apresentem uma área maior, i.e. maior que 1 cm2 e, para aplicações em larga escala, áreas de 100 a 1000 cm2 seriam ideais. US 5,387,447 describes a diamond coating process on thin strands (diameters ranging from 0.025 to 2.5 mm) of general materials that support the conditions under which the diamond is deposited. The present invention differs from this document in that it proposes a process of depositing uniform, homogeneous and adherent diamond films on cylindrical substrates of larger diameters (from 4.0 mm). Moreover, by reproducing the diamond deposition process as proposed in US 5,387,447, the obtained films were uniform and of good quality, but they were peeled, which makes them unfeasible for the application contemplated in the present invention, once that the turbulent flow needed to perform the renovation of the solution on the anode surface would remove all diamond film from the substrate. Additionally, as both works refer to substrates of different dimensions, their applications become distinct. For example, for electroanalysis applications (determination of pesticides, drugs, neurotransmitters, metals, nitrogenous compounds, among other classes of organic and inorganic compounds), small area electrodes of less than 3 mm 2 are required . For electrodegradation applications such as the present invention, it is necessary to use diamond electrodes having a larger area, ie larger than 1 cm 2, and for large scale applications areas of 100 to 1000 cm 2 would be ideals.
Os documentos WO 2004009498-A1 , U.S. 20060124453- A1 e U.S. 7422668-B2 descrevem uma célula eletroquímica cilíndrica que se assemelha ao formato da célula objeto da presente invenção, porém, algumas diferenças podem ser observadas. A principal diferença está na composição dos materiais utilizados. Os documentos descrevem o uso de titânio recoberto com rutênio e óxido de irídio e o do uso de um material cerâmico composto de alumínio, zircônio e óxido de ítrio. Entretanto, os documentos não citam o uso do diamante dopado. Além disso, detalhes técnicos de vedação da invenção dos documentos citados são diferentes da presente invénção.  WO 2004009498-A1, U.S. 20060124453-A1 and U.S. 7422668-B2 describe a cylindrical electrochemical cell that resembles the shape of the object cell of the present invention, however, some differences may be observed. The main difference is in the composition of the materials used. The documents describe the use of ruthenium-coated titanium and iridium oxide and the use of a ceramic material composed of aluminum, zirconium and yttrium oxide. However, the documents do not mention the use of doped diamond. Furthermore, sealing technical details of the invention of the cited documents are different from the present invention.
A utilização de filmes de diamante dopado para degradação eletroquímica de compostos persistentes em soluções aquosas está bem descrita na literatura, assim como o uso de eletrodos de titânio. Porém, a janela de potencial de trabalho de eletrodos montados com ânodos de diamante dopado é bem maior do que as de titânio. Além disso, o diamante é um material inerte, robusto em soluções agressivas e apresenta alta resistência à passivação, ao contrário dos eletrodos de titânio. Os eletrodos de titânio não são tão eficientes quanto os de diamante na total mineralização de compostos orgânicos persistentes em soluções aquosas devido à desativação do ânodo (S. Yoshihara e M. Murugananthan, Decomposition of various endocrine-disrupting Chemicals at boron-doped diamond electrode. Electrochimica Acta. Vol. 54, Pág. 2031-2038, 2009). Revestimentos de filmes de diamante são geralmente realizados em temperaturas não menores que 500°C. Como o coeficiente de expansão térmica do diamante é bastante baixo, ao desligar o reator CVD, o qual produz o filme diamantífero, há uma variação de temperatura suficientemente grande para promover rachaduras no filme. Apesar de o diamante ser, em geral, mecanicamente mais resistente, este possui espessura significativamente menor que a do tubo do substrato. No trabalho de RK Singh, DR Gilbert, J Fitz-Gerald, S Harkness, Engineered Interfaces for Adherent Diamond Coatings on Large Thermal-Expansion Coefficient Mismatched Substrates. Science. Vol. 272, No. 5260, Pág. 396-398, 1996, é discutido a dificuldade de se obter filme de diamante integralmente aderente sobre alguns materiais devido às diferenças no coeficiente de expansão térmica. O diamante possui um dos menores coeficientes de expansão térmica que existe na natureza, o que proporciona, mesmo com grandes variações de temperatura, pouquíssima contração ou expansão do material. The use of doped diamond films for electrochemical degradation of persistent compounds in aqueous solutions is well described in the literature, as well as the use of titanium electrodes. However, the working potential window of electrodes mounted with doped diamond anodes is much larger than those of titanium. In addition, diamond is an inert material, robust in aggressive solutions and has high passivation resistance, unlike titanium electrodes. Titanium electrodes are not as efficient as diamond electrodes in the total mineralization of persistent organic compounds in aqueous solutions due to anode deactivation (S. Yoshihara and M. Murugananthan, Decomposition of various endocrine-disrupting chemicals at boron-doped diamond electrode. Electrochimic Acts Vol. 54, pp. 2031-2038, 2009). Diamond film coatings are generally performed at temperatures no lower than 500 ° C. Since the coefficient of thermal expansion of the diamond is quite low, when shutting down the CVD reactor, which produces the diamond film, there is a temperature variation large enough to cause cracking in the film. Although the diamond is generally mechanically stronger, it is significantly smaller in thickness than the substrate tube. In the work of RK Singh, DR Gilbert, J Fitz-Gerald, S Harkness, Engineered Interfaces for Adherent Diamond Coatings on Large Thermal-Expansion Coefficient Mismatched Substrates. Science Vol. 272, No. 5260, Page 396-398, 1996, discusses the difficulty of obtaining integrally adherent diamond film on some materials due to differences in the coefficient of thermal expansion. Diamond has one of the lowest coefficients of thermal expansion that exists in nature, which provides, even with large temperature variations, very little contraction or expansion of the material.
Nesse sentido, a presente invenção se diferencia do estado da técnica por propor a obtenção de um filme de diamante e materiais diamantíferos, dopados, que apresentam aderência adequada a substratos cilíndricos mecanicamente resistentes (que suportem as condições de pré- tratamento do substrato, neste caso, jateamento com granalhas de ferro ou aço; e as condições do processo de deposição química a partir da fase de vapor), tais como quartzo, titânio, tungsténio e aço inox.  In this sense, the present invention differs from the state of the art by proposing to obtain a diamond film and doped diamond materials which have adequate adhesion to mechanically resistant cylindrical substrates (which support the substrate pretreatment conditions, in this case blasting with iron or steel grit; and the conditions of the chemical vapor deposition process) such as quartz, titanium, tungsten and stainless steel.
Ainda sobre as dificuldades de se depositar filmes diamantíferos aderentes em substratos cilíndricos, especialmente com diâmetros superiores (neste caso, a partir de 4,0 mm), não foi encontrado nenhum documento que descreva o crescimento, ou que pelo menos cite as dificuldades de se crescer filmes em tubos de dimensões similares as que são objetos da presente invenção.  Still on the difficulties of depositing adherent diamond films on cylindrical substrates, especially with larger diameters (in this case, from 4.0 mm), no document describing growth, or at least mentioning the difficulties of depositing diamonds, was found. grow films into tubes of similar dimensions to those of the present invention.
A aderência de filmes diamantíferos sobre grandes áreas não é uma tarefa trivial, e a dificuldade se torna ainda maior se a superfície é curva. A diferença de coeficientes de dilatação térmica entre os substratos e os filmes é o principal ponto crítico. Como o diamante é um dos materiais que menos dilata entre todos os materiais conhecidos, geralmente esse tipo de filme dilata menos que os substratos nos quais o mesmo é depositado. Por isso, no caso de substratos com área relativamente grande (entre 10 e 50 cm2) ou curvos, durante o processo de finalização da deposição química o filme diamantífero acaba trincando ou descascando. No caso de revestimento de substratos cilíndricos de diâmetro relativamente grande, o filme de diamante pode apresentar rachaduras. Sticking diamond films over large areas is not a trivial task, and the difficulty becomes even greater if the surface is curved. The difference in coefficients of thermal expansion between substrates and movies is the main critical point. As diamond is one of the least swelling materials of all known materials, generally this type of film swells less than the substrates on which it is deposited. Therefore, in the case of substrates with relatively large area (between 10 and 50 cm 2 ) or curved, during the process of finishing the chemical deposition the diamond film ends up cracking or peeling. In the case of coating of relatively large diameter cylindrical substrates, the diamond film may crack.
Neste aspecto, o uso de quartzo como substrato mostrà- se como uma alternativa interessante pelo fato de suportar muito bem as condições de deposição dos filmes diamantíferos, e ainda possui o coeficiente de dilatação térmico similar ao do diamante. Desta forma, o presente invento só foi possível quando se conseguiu aderir eficiente, uniforme e homogeneamente os filmes de diamante sobre as superfícies de tubos de quartzo, os quais tiveram que passar por uma etapa de jateamento (pré-tramento do substrato). A finalidade do jateamento foi de aumentar a rugosidade e a área superficial que receberia o filme CVD, permitindo então a obtenção de filmes bem aderentes, mesmo em dimensões relativamente grandes (entre 10 e 50 cm2). ; BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO In this respect, the use of quartz as a substrate is an interesting alternative because it supports the deposition conditions of diamond films very well, and still has a coefficient of thermal expansion similar to that of diamond. Thus, the present invention was only possible when diamond films could be efficiently, evenly and evenly adhered to the surfaces of quartz tubes, which had to go through a blasting step (substrate pre-grinding). The purpose of the blasting was to increase the roughness and surface area that would receive the CVD film, thus allowing to obtain well adherent films, even in relatively large dimensions (between 10 and 50 cm 2 ). ; BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
Em um primeiro aspecto, a presente invenção provê uma célula eletroquímica cilíndrica capaz de eletrolisar eficientemente substâncias indesejáveis contidas em rejeitos aquosos ou água potável, tornando tais compostos inofensivos e/ou diminuindo significativamente a concentração de compostos tóxicos. A célula eletroquímica proposta, que se utiliza de ânodo de diamante dopado coaxial obtido por processo de deposição química a partir da fase de vapor, onde os ditos filmes diamantíferos são depositados uniforme, homogéneo e aderentemente sobre substratos cilíndricos mecanicamente resistentes de diâmetros superiores (a partir de 4,0 mm), previamente jateados, fornece condições favoráveis e facilidade de manipulação para aplicações industriais envolvendo tratamentos eletroquímicos relacionados à decomposição de substâncias em águas contaminadas. O formato cilíndrico (fechado) da célula permite a minimização de espaço, facilita a realização de contatos elétricos, facilita a montagem de células em larga escala (conexão em série ou paralelo) e evita vazamentos durante a montagem das células. Adicionalmente, o uso da célula proposta na purificação de soluções aquosas apresenta melhorias substanciais quando comparada às geometrias congéneres pertencentes ao estado da técnica. In a first aspect, the present invention provides a cylindrical electrochemical cell capable of efficiently electrolyzing undesirable substances contained in aqueous waste or drinking water, rendering such compounds harmless and / or significantly lowering the concentration of toxic compounds. The proposed electrochemical cell, which uses a coaxial doped diamond anode obtained by chemical vapor deposition process, where said diamond films are deposited uniformly, homogeneously and adherently on mechanically resistant cylindrical substrates of larger diameters (from previously blasted, provides favorable conditions and ease of handling for industrial applications involving electrochemical treatments related to the decomposition of substances in contaminated waters. The cylindrical shape Cell (closed) allows space minimization, facilitates electrical contacts, facilitates large-scale cell assembly (serial or parallel connection), and prevents leakage during cell assembly. Additionally, the use of the proposed cell in the purification of aqueous solutions presents substantial improvements compared to the prior art similar geometries.
Especificamente, a célula eletroquímica cilíndrica proposta oferece a vantagem para tratamento de soluções aquosas de baixa condutividade, i.e., com condutividades entre 0,005 S/m a 0,010 S/m e para o tratamento de soluções aquosas contendo baixas concentrações de contaminantes, i.e., compostos em concentração na faixa de pg L"1. Além dessas vantagens, o ânodo utilizado na montagem da dita célula pode trabalhar em soluções extremamente ácidas ou básicas i.e., entre pH 1 a 14, sendo esta uma característica do ânodo de diamante e do cátodo de aço inox AISI 304, que são resistentes a estas condições. Specifically, the proposed cylindrical electrochemical cell offers the advantage for treatment of low conductivity aqueous solutions, ie, with conductivities between 0.005 S / m and 0.010 S / m and for the treatment of aqueous solutions containing low concentrations of contaminants, ie compounds in concentration at pg range L "1. in addition to these advantages, the anode used in the assembly of said cell can work in extremely acidic or basic solutions ie between pH 1 to 14, which is a characteristic of the diamond anode and stainless steel cathode AISI 304, which are resistant to these conditions.
A célula eletroquímica proposta permite um contato elétrico externo à região onde ocorre o tratamento da solução e desta forma o contato elétrico permanece protegido e imune a qualquer líquido agressivo.  The proposed electrochemical cell allows an external electrical contact to the region where the solution treatment occurs and thus the electrical contact remains protected and immune to any aggressive liquid.
A célula eletroquímica proposta permite o acoplamento de conexões em série de eletrodos. O formato cilíndrico apresenta a vantagem de poder ser organizado em um arranjo de pequenas células e, desta maneira, ter ganho no tempo no tratamento de grandes volumes de solução aquosa em um espaço físico otimizado.  The proposed electrochemical cell allows the coupling of electrode series connections. The cylindrical shape has the advantage that it can be arranged in a small cell array and thus gain time in treating large volumes of aqueous solution in an optimized physical space.
A configuração da célula eletroquímica proposta permite facilidade na manipulação, facilidade na montagem e desmontagem devido às conexões em rosca e uma vedação extremamente eficiente, que evita o vazamento de líquidos e gases sem necessidade de uso de resinas ou adesivos.  The configuration of the proposed electrochemical cell allows for ease of handling, ease of assembly and disassembly due to threaded connections and an extremely efficient seal that prevents the leakage of liquids and gases without the use of resins or adhesives.
Em um segundo aspecto, a presente invenção provê um processo de deposição de filmes diamantíferos uniformes, homogéneos e aderentes sobre substratos cilíndricos resistentes de diâmetro superiores (a partir de 4,0 mm), preferencialmente entre 4 e 20 mm, previamente jateados com granalhas de ferro ou aço, realizado pela técnica CVD (do inglês, Chemical Vapor Deposition), para obtenção de ânodos de diamante dopado coaxial. O processo aqui tratado é composto basicamente por duas etapas. A primeira etapa compreende a preparação do substrato cilíndrico mecanicamente resistente, e a segunda etapa compreende a deposição dos filmes diamantíferos dopados sobre os ditos substratos. In a second aspect, the present invention provides a process of depositing uniform, homogeneous and adherent diamond films on larger diameter tough cylindrical substrates (at from 4.0 mm), preferably between 4 and 20 mm, previously blasted with iron or steel grit, performed by the CVD (Chemical Vapor Deposition) technique to obtain coaxial doped diamond anodes. The process treated here consists basically of two steps. The first stage comprises the preparation of the mechanically resistant cylindrical substrate, and the second stage comprises the deposition of doped diamond films on said substrates.
Especificamente em relação à etapa que compreende a preparação dos substratos cilíndricos resistentes, foi necessário realizar um tratamento das superfícies dos tubos de quartzo. O quartzo apresenta inúmeras vantagens quando de sua utilização para receber o diamante CVD, pois suporta bem as condições de deposição de filmes diamantíferos, além de possuir o coeficiente de dilatação térmico similar ao do diamante. Entretanto, em certas condições experimentais, os filmes diamantíferos sobre quartzo podem trincar ou descascar. Porém, o aumento da rugosidade superficial do quartzo mostra-se como uma possível solução a este problema. Para o presente invento, num primeiro momento foi realizado um polimento com lixa para aumentar a rugosidade do substrato, porém este não apresentou resultados satisfatórios. Nesse sentido, optou-se por realizar um jateamento com granalhas de ferro e aço, o qual aumentou significativamente a rugosidade e a área superficial da superfície do quartzo. Os resultados da deposição de diamante sobre o substrato de quartzo jateado foram satisfatórios.  Specifically in relation to the step comprising the preparation of the resistant cylindrical substrates, it was necessary to perform a surface treatment of quartz tubes. Quartz has a number of advantages when used to receive CVD diamonds, as it can withstand the deposition conditions of diamond films and has a coefficient of thermal expansion similar to that of diamonds. However, under certain experimental conditions, diamond quartz films may crack or peel. However, the increase of quartz surface roughness is a possible solution to this problem. For the present invention, a sandpaper polish was first performed to increase substrate roughness, but did not give satisfactory results. In this sense, it was decided to blast iron and steel shot, which significantly increased the roughness and surface area of the quartz surface. The results of diamond deposition on the blasted quartz substrate were satisfactory.
Já em relação à etapa que compreende a deposição dos filmes diamantíferos dopados sobre os ditos substratos previamente jateados, os parâmetros de crescimento utilizados para o crescimento dos filmes diamantíferos dopados com boro está bem descrito na literatura (Teófilo et al. Improvement of the electrochemical properties of "as-grown" boron-doped polycrystalline diamond electrodes deposited on tungsten wires using ethanol. J. Solid State Electrochem., 11 , pág. 1449-1457, 2007); exceto pelo pré- tratamento com granalhas. A deposição foi realizada em um reator desenvolvido para o crescimento de estruturas carbónicas (diamante inclusive) sobre tubos. Os reatores HFCVD convencionais são geralmente projetados para o crescimento dé filmes diamantíferos sobre estruturas planas. O diferencial desse reator é a viabilidade de crescer estruturas diamantíferas em geometria cilíndrica ou cónica, i.e., sobre substratos tubulares ou cónicos, devido a: (i) implantação de um sistema de acoplamento magnético entre o substrato e um pequeno motor elétrico de pequeno porte, e (ii) implantação de um sistema de balanço de dilatação termomecânica de filamentos desenvolvidos para propiciar essa capacidade aos reatores convencionais. Regarding the stage that comprises the deposition of doped diamond films on said previously blasted substrates, the growth parameters used for the growth of boron-doped diamond films is well described in the literature (Teófilo et al. Improvement of the electrochemical properties of "as-grown" boron-doped polycrystalline diamond electrodes deposited on tungsten wires using ethanol (J. Solid State Electrochem., 11, pp. 1449-1457, 2007); except for pre-treatment with shot. The deposition was performed in a reactor developed for the growth of carbonic structures (including diamond) on tubes. Conventional HFCVD reactors are generally designed for the growth of diamond films on flat structures. The differential of this reactor is the viability of growing diamond structures in cylindrical or conical geometry, ie, on tubular or conical substrates, due to: (i) implantation of a magnetic coupling system between the substrate and a small electric motor, and (ii) implementation of a thermomechanical filament expansion balance system developed to provide this capability to conventional reactors.
Em um terceiro aspecto, a presente invenção provê os ânodos de diamante dopado coaxial obtidos pelo processo de deposição química a partir da fase de vapor por filamento quente (CVD) com decomposição térmica de compostos orgânicos, a partir de substratos cilíndricos mecanicamente resistentes de diâmetro superior (a partir de 4,0 mm), preferencialmente entre 4 e 20 mm, previamente jateados com granalhas de ferro ou aço. Os ânodos assim produzidos têm uma excelente durabilidade. Entretanto, para obter uma degradação adequada, com geração de oxidantes fortes tais como o radical hidroxila (OH ) sobre a superfície do diamante dopado, os rejeitos aquosos devem estar preferencialmente com pH entre 2 e 7.  In a third aspect, the present invention provides the coaxial doped diamond anodes obtained by the chemical deposition process from the thermally decomposed hot phase vapor (CVD) phase of organic compounds from mechanically resistant cylindrical substrates of larger diameter. (from 4.0 mm), preferably between 4 and 20 mm, previously blasted with iron or steel shot. The anodes thus produced have excellent durability. However, to achieve adequate degradation with generation of strong oxidizers such as the hydroxyl radical (OH) on the doped diamond surface, the aqueous tailings should preferably be at pH 2 to 7.
Considerando ainda que a célula eletroquímica cilíndrica concebida na presente invenção propõe fornecer um tratamento eletroquímico para oxidar substâncias contidas em solução aquosa, o que pode ser realizado introduzindo a solução contendo substâncias a ser tratada na célula eletroquímica, com um ânodo e um cátodo cilíndricos e passando uma corrente elétrica através deles é, portanto, um objeto adicional da presente invenção o uso da dita célula eletroquímica cilíndrica na purificação de soluções aquosas, que se utiliza de ânodo de diamante coaxial obtido por processo de deposição de filmes diamantíferos uniformes, homogéneos e aderentes sobre substratos cilíndricos mecanicamente resistentes de diâmetros superiores (a partir de 4,0 mm), preferencialmente entre 4 e 20 mm, previamente jateados com granalhas de ferro ou aço, realizado pela técnica CVD. Whereas the cylindrical electrochemical cell conceived in the present invention proposes to provide an electrochemical treatment for oxidizing substances contained in aqueous solution, which can be accomplished by introducing the solution containing substances to be treated into the electrochemical cell with a cylindrical anode and cathode and passing An electric current through them is therefore an additional object of the present invention the use of said cylindrical electrochemical cell in the purification of aqueous solutions, which utilizes coaxial diamond anode obtained by depositing uniform, homogeneous and adherent diamond films on mechanically resistant cylindrical substrates of larger diameters (from 4.0 mm), preferably between 4 and 20 mm, previously blasted with iron or steel grit, performed by the CVD technique.
Os compostos a serem degradados pela presente invenção devem estar preferencialmente em uma solução aquosa que apresente alguma condutividade elétrica, preferencialmente entre 0,005 S/m a 0,010 S/m com pH preferencialmente entre 2 e 7. Os eletrólitos que fornecem a condutância podem ser qualquer sal inorgânico que apresente alta solubilidade em água (> 15 % m/v), preferencialmente Na2SO4. The compounds to be degraded by the present invention should preferably be in an aqueous solution having some electrical conductivity, preferably between 0.005 S / m and 0.010 S / m with a pH preferably between 2 and 7. The electrolytes providing the conductance may be any inorganic salt. high solubility in water (> 15% w / v), preferably Na 2 SO 4 .
Estes e outros objetos da presente invenção serão melhor compreendidos e valorizados a partir da descrição detalhada da invenção e das reivindicações anexas.  These and other objects of the present invention will be better understood and appreciated from the detailed description of the invention and the appended claims.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS  BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
A descrição apresentada a seguir não tem o intuito de limitar o escopo da presente invenção, mas sim exemplificar algumas possíveis realizações da mesma.  The following description is not intended to limit the scope of the present invention but to exemplify some possible embodiments thereof.
Figura 1. Visão diagramática ilustrando um exemplo de uma célula para eletrólise para uso no método da invenção para decompor compostos orgânicos contidos em uma solução aquosa. Nesta figura, a solução a ser tratada colocada no compartimento (1) é transferida pela bomba (2) para a célula (3) onde ocorre a eletrólise seguindo um fluxo definido (F). A célula é ligada a uma fonte de corrente (5) por cabos condutores (4) externos a região reacional. A solução recircula seguindo o fluxo definido (F), até a completa limpeza e é direcionada para o descarte (6).  Figure 1. Diagrammatic view illustrating an example of an electrolysis cell for use in the method of the invention for decomposing organic compounds contained in an aqueous solution. In this figure, the solution to be treated placed in the compartment (1) is transferred by the pump (2) to the cell (3) where the electrolysis occurs following a defined flow (F). The cell is connected to a current source (5) by conductor cables (4) external to the reaction region. The solution recirculates following the defined flow (F), until complete cleaning and is directed to the disposal (6).
Figura 2. Visão diagramática ilustrando um exemplo de um conjunto de células para eletrólise ligadas em paralelo. Nesta figura, a solução a ser tratada passa através de uma pluralidade de células (3) ligadas em série por cabos condutores (4) a uma fonte de corrente (5) e dispostas em um compartimento (7). O item 8 representa um descarte imediato, sem recirculação: a solução passa uma única vez pelo arranjo.  Figure 2. Diagrammatic view illustrating an example of a set of electrolysis cells connected in parallel. In this figure, the solution to be treated passes through a plurality of cells (3) connected in series by conductor cables (4) to a current source (5) and arranged in a compartment (7). Item 8 represents an immediate disposal, without recirculation: the solution goes through the arrangement only once.
Figura 3. Visão do esquema seccional transversal mostrando um exemplo detalhado da célula eletroquímica (3) com o fluxo entrando (FE) através do interior de um eletrodo cilíndrico interno (9). Nesta figura, a célula é composta de um ânodo cilíndrico oco, composto de um material semicondutor, em que o diamante dopado (10) é depositado sobre a sua superfície. Este ânodo é colocado internamente e no centro de um cilindro oco (11) de material condutor, o cátodo. Uma tampa de rosca interna (12), de material inerte e não condutor, com uma abertura central cónica de diâmetro levemente maior que o diâmetro do ânodo; e uma tampa de rosca interna (13) para saída do fluxo, compõe um dos itens de vedação da célula. Uma borracha cónica de alta densidade (14) com uma abertura central de diâmetro igual ao diâmetro do ânodo e com abertura lateralmente é usada para fazer a vedação. Outra tampa de rosca interna (15) e com uma borracha interna de alta densidade (16), ambas com uma abertura central, são responsáveis pela vedação completa do sistema através da pressão da borracha cónica (14) sobre o tubo de diamante que atravessa todas as aberturas centrais descritas. Do lado oposto da célula, uma tampa de rosca interna (17), de material inerte e não condutor, é usada para vedação deste lado. Esta tampa é composta de um pino cónico interno (18), centralizado, oco e vazado, para apoio do ânodo e escape da solução a ser tratada para dentro da célula. A solução a ser tratada entra pelo cilindro (19) que compõe o ânodo e vaza por orifícios em (18) para a região reacional (20), onde os compostos presentes na solução a ser tratada são oxidados entre o ânodo e o cátodo. O ânodo é ligado por um pólo positivo (21) e o cátodo por um pólo negativo (22). O fluxo do líquido segue as setas indicativas (F). Figure 3. Cross-sectional schematic view showing a detailed example of the electrochemical cell (3) with the flow (FE) through the interior of an inner cylindrical electrode (9). In this figure, the cell is composed of a hollow cylindrical anode, composed of a semiconductor material, in which the doped diamond (10) is deposited on its surface. This anode is placed internally and in the center of a hollow cylinder (11) of conductive material, the cathode. An internal screw cap (12), of inert and non-conductive material, with a conical central opening of a diameter slightly larger than the anode diameter; and an internal screw cap (13) for flow outlet, composes one of the cell sealing items. A high density tapered rubber (14) with a central opening of anode diameter and laterally opening is used to make the seal. Another internal screw cap (15) and a high density inner rubber (16), both with a central opening, are responsible for the complete sealing of the system by pressing the conical rubber (14) over the diamond tube that passes through it. the central openings described. On the opposite side of the cell, an internal screw cap (17) of inert, nonconductive material is used for sealing on this side. This cap is composed of a hollow, hollow, centered inner tapered pin (18) for supporting the anode and escaping the solution to be treated into the cell. The solution to be treated enters the cylinder (19) that makes up the anode and leaks through holes (18) into the reaction region (20), where the compounds present in the solution to be treated are oxidized between the anode and the cathode. The anode is connected by a positive pole (21) and the cathode by a negative pole (22). Liquid flow follows the indicative arrows (F).
Figura 4. Visão do esquema seccional transversal mostrando um exemplo detalhado da célula eletroquímica com o fluxo entrando através do interior do eletrodo cilíndrico interno e com a presença de um promotor de turbulência helicoidal. Nesta figura, um dispositivo promotor de turbulência helicoidal (23), de material não condutor e inerte, é colocado entre o ânodo e o cátodo para auxiliar no tempo de contato da solução no meio reacional (20). Figura 5. Visão do esquema seccional transversal mostrando um exemplo detalhado da célula eletroquímica para ser usada em que o substrado (9) onde o diamante é crescido pode ser ou não oco, com o fluxo (FE) entrando lateralmente à célula. Neste esquema, o substrato cilíndrico é transpassado axialmente pelo tubo de aço inox (11) e em ambos os lados abertos do tubo de aço inox, os sistemas de vedação são idênticos. Nesta figura, a entrada e a saída do fluxo da solução ocorrem em (24) e (25), respectivamente. As setas (FE; FS) indicam o sentido do fluxo. Figure 4. Cross-sectional schematic view showing a detailed example of the electrochemical cell with the flow entering through the interior of the inner cylindrical electrode and the presence of a helical turbulence promoter. In this figure, a helical turbulence promoting device (23) of non-conductive inert material is placed between the anode and the cathode to assist in the contact time of the solution in the reaction medium (20). Figure 5. Cross-sectional schematic view showing a detailed example of the electrochemical cell to be used in which the substrate (9) where the diamond is grown may or may not be hollow, with flow (FE) entering laterally into the cell. In this scheme, the cylindrical substrate is pierced axially by the stainless steel tube (11) and on both open sides of the stainless steel tube, the sealing systems are identical. In this figure, the solution flow inlet and outlet occur at (24) and (25), respectively. The arrows (FE, FS) indicate the direction of flow.
Figura 6. Visão do esquema seccional transversal mostrando um exemplo detalhado da célula eletroquímica com o fluxo entrando lateralmente à célula e com a presença de um dispositivo cilíndrico promotor de turbulência helicoidal. Nesta figura, o dispositivo promotor de turbulência helicoidal de material não condutor e inerte (23) é colocado entre o ânodo e o cátodo para auxiliar no tempo de contato da solução no meio reacional (20).  Figure 6. Cross-sectional schematic view showing a detailed example of the electrochemical cell with the flow entering laterally to the cell and the presence of a helical turbulence-promoting cylindrical device. In this figure, the helical turbulence promoting device of non-conductive and inert material (23) is placed between the anode and cathode to assist in the contact time of the solution in the reaction medium (20).
Figura 7. Visão do esquema seccional transversal mostrando um exemplo detalhado da célula eletroquímica com o fluxo entrando lateralmente à célula e com a presença de uma membrana de troca iônica intimamente ligada às paredes dos eletrodos. A membrana é aderida intimamente à superfície do diamante (26) e também sobre a superfície interna do cátodo (27).  Figure 7. Cross-sectional schematic view showing a detailed example of the electrochemical cell with the flow entering laterally to the cell and the presence of an ion exchange membrane intimately bonded to the electrode walls. The membrane is closely adhered to the diamond surface (26) and also to the inner surface of the cathode (27).
Figura 8. Remoção de COT e intensidade de fluorescência de rejeito aquoso proveniente de esgoto doméstico na presença de eletrólito.  Figure 8. Removal of TOC and fluorescence intensity of aqueous waste from domestic sewage in the presence of electrolyte.
Figura 9. Remoção de COT e intensidade de fluorescência de água potável fornecida por empresa de saneamento na ausência de eletrólito.  Figure 9. Removal of TOC and fluorescence intensity of drinking water provided by sanitation company in the absence of electrolyte.
Figura 10. Visão do esquema seccional transversal mostrando um exemplo detalhado do sistema vedação da célula eletroquímica enfatizando o conjunto de tampas superiores e a tampa inferior. O conjunto de tampas superiores compreende uma tampa de rosca interna (12), constituída de material inerte e não condutor, com abertura central cónica (28) de diâmetro levemente maior que do ânodo; uma borracha cónica de alta densidade (14) com abertura central de diâmetro igual a dó dito ânodo; e uma tampa de rosca interna (15) contendo uma borracha interna de alta densidade (16), ambas com uma abertura central. Já a tampa inferior (17) compreende uma tampa de rosca interna, constituída de material inerte e não condutor, contendo um pino cónico interno (18), centralizado, oco e vazado, quando o dito ânodo for oco; ou contendo um rebaixo para centralização do dito ânodo quando este não for oco. Figure 10. Cross-sectional schematic view showing a detailed example of the electrochemical cell sealing system emphasizing the upper cover assembly and the lower cover. The upper cover assembly comprises an internal screw cap (12) made of inert and non-conductive material with a tapered central opening (28) in diameter slightly larger than the anode; a high density conical rubber (14) with a central aperture of a diameter equal to said anode; and an inner screw cap (15) containing a high density inner rubber (16), both with a central opening. The lower cap (17) comprises an internal screw cap, made of inert and non-conductive material, containing a hollow, hollow centralized inner tapered pin (18) when said anode is hollow; or containing a recess for centering said anode when it is not hollow.
Figura 11. Visão do esquema seccional transversal mostrando um exemplo detalhado do dispositivo cilíndrico promotor de turbulência helicoidal (23). Tal dispositivo compreende um cilindro oco, de material inerte e não condutor, configurado de forma que propicie a formação de um fluxo turbulento em um caminho helicoidal no interior do dito cilindro.  Figure 11. Cross-sectional schematic view showing a detailed example of the helical turbulence-promoting cylindrical device (23). Such a device comprises a hollow cylinder of inert and non-conductive material configured to provide the formation of a turbulent flow in a helical path within said cylinder.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO  DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Os exemplos mostrados a seguir apenas ilustram uma das muitas formas de realizar a invenção. Por isso não devem ser encarados de forma restritiva, mas sim de forma ilustrativa.  The examples shown below only illustrate one of many embodiments of the invention. Therefore they should not be viewed restrictively, but illustratively.
Para efeito dessa invenção, entende-se como "célula eletroquímica cilíndrica" uma célula eletroquímica composta de um eletrodo de diamante condutor ligado ao terminado positivo de uma fonte de corrente contínua e definido como ânodo, bem como de um eletrodo metálico ligado ao terminado negativo de uma fonte de corrente contínua e definido como cátodo.  For the purposes of this invention, a "cylindrical electrochemical cell" means an electrochemical cell composed of a conductive diamond electrode connected to the positive terminus of a direct current source and defined as anode, as well as a metal electrode connected to the negative terminus of a direct current source and defined as a cathode.
Para efeito dessa invenção, entende-se como "célula eletroquímica cilíndrica não dividida" uma célula onde o ânodo e o cátodo não são separados por placas ou membranas, mas unicamente por uma solução aquosa.  For the purpose of this invention, "undivided cylindrical electrochemical cell" is understood to mean a cell where the anode and cathode are not separated by plates or membranes but only by an aqueous solution.
Para efeito dessa invenção, entende-se como "substrato cilíndrico mecanicamente resistente" os substratos de quartzo, ou os selecionados entre os condutores metálicos de forma geral, tal como aço inox, e que apresentarem formato cilíndrico ou tubular cilíndrico. Para efeito dessa invenção, entende-se como "jateado" os substratos cilíndricos mecanicamente resistentes submetidos a um processo de jateamento homogéneo com granalhas de ferro ou aço. Esse processo é realizado para aumentar a superfície de contato entre o filme diamantífero depositado e o substrato cilíndrico resistente e, consequentemente, aumentar o atrito entre as partes. For the purposes of this invention, "mechanically resistant cylindrical substrate" means quartz substrates, or those selected from metal conductors in general, such as stainless steel, and having a cylindrical or tubular cylindrical shape. For the purpose of this invention, "blasting" means mechanically resistant cylindrical substrates subjected to a homogeneous blasting process with iron or steel grit. This process is performed to increase the contact surface between the deposited diamond film and the resistant cylindrical substrate and thereby increase the friction between the parts.
Para efeito dessa invenção, entende-se como "ânodo de diamante dopado coaxial" um ânodo obtido por processo de deposição química a partir da fase de vapor, onde os ditos filmes diamantíferos são depositados uniforme, homogéneo e aderentemente sobre substratos cilíndricos mecanicamente resistentes de diâmetros superiores (a partir de 4,0 mm), preferencialmente entre 4 e 20 mm, previamente jateados, sendo que o dito ânodo obtido está inserido dentro de outro cilíndrico oco: o cátodo. Neste caso, ambos têm um eixo comum.  For the purpose of this invention, "coaxial doped diamond anode" means an anode obtained by a chemical vapor deposition process, wherein said diamond films are uniformly, homogeneously and adherently deposited on mechanically resistant cylindrical substrates of diameter upper (from 4.0 mm), preferably between 4 and 20 mm, previously blasted, and said obtained anode is inserted into another hollow cylindrical: the cathode. In this case, both have a common axis.
Para efeito dessa invenção, entende-se como "processo de deposição química a partir da fase de vapor" uma técnica que se fundamenta na transformação de moléculas gasosas em materiais sólidos na forma de filmes finos sobre um determinado substrato. Todos os sistemas de deposição por CVD partilham, basicamente, do mesmo princípio de funcionamento. Requerem alimentação por fluxo contínuo de moléculas que contenham carbono em sua estrutura. Estas moléculas estão, usualmente, no estado gasoso e fluem, geralmente, com hidrogénio molecular. Uma fonte de ativação energética é utilizada pelo sistema com dois propósitos: dissociar as moléculas precursoras em radicais para que reajam sobre a superfície do substrato; e dissociar as moléculas de hidrogénio em átomos.  For the purpose of this invention, "chemical vapor deposition process" is a technique based on the transformation of gaseous molecules into solid materials in the form of thin films on a given substrate. All CVD deposition systems share basically the same principle of operation. They require continuous flow feeding of carbon-containing molecules in their structure. These molecules are usually in the gaseous state and usually flow with molecular hydrogen. An energy activation source is used by the system for two purposes: dissociating the precursor molecules into radicals so that they react on the substrate surface; and dissociate hydrogen molecules into atoms.
Para efeito dessa invenção, entende-se como "compostos orgânicos e inorgânicos persistentes" compostos químicos altamente estáveis devido à força de suas ligações covalentes e configuração estrutural. São compostos pouco reativos e não doam elétrons facilmente e, portanto, são complicados de serem oxidados a produtos menos tóxicos ou inertes. Para efeito dessa invenção, entende-se como "tratamento e purificação de soluções aquosas ou tratamento de rejeitos aquosos" a degradação de compostos orgânicos e inorgânicos indesejáveis presentes nas ditas soluções ou rejeitos. For the purposes of this invention, "persistent inorganic and organic compounds" are understood to be highly stable chemical compounds due to the strength of their covalent bonds and structural configuration. They are poorly reactive compounds and do not donate electrons easily and are therefore complicated to oxidize to less toxic or inert products. For the purposes of this invention, "treatment and purification of aqueous solutions or treatment of aqueous waste" means the degradation of undesirable organic and inorganic compounds present in said solutions or waste.
Em um primeiro aspecto, a presente invenção provê uma célula eletroquímica cilíndrica para tratamento e purificação de soluções aquosas ou tratamento de rejeitos aquosos, que se utiliza de ânodo de diamante dopado coaxial obtido por processo de deposição química a partir da fase de vapor, onde os ditos filmes diamantíferos são depositados uniforme, homogéneo e aderentemente sobre substratos cilíndricos mecanicamente resistentes de diâmetros superiores (a partir de 4,0 mm), preferencialmente entre 4 e 20 mm, previamente jateados com granalhas de ferro ou aço.  In a first aspect, the present invention provides a cylindrical electrochemical cell for treatment and purification of aqueous solutions or treatment of aqueous waste using coaxial doped diamond anode obtained by chemical deposition process from the vapor phase, where the Said diamond films are uniformly, homogeneously and adherently deposited on mechanically resistant cylindrical substrates of larger diameters (from 4.0 mm), preferably between 4 and 20 mm, previously blasted with iron or steel grit.
É, portanto, um objeto da presente invenção uma célula eletroquímica cilíndrica, montada com eletrodos cilíndricos, onde a dita célula compreende:  It is therefore an object of the present invention a cylindrical electrochemical cell assembled with cylindrical electrodes, wherein said cell comprises:
a. um cátodo cilíndrico oco (11);  The. a hollow cylindrical cathode (11);
b. um ânodo cilíndrico (9) arranjado coaxialmente dentro do dito cátodo, constituído de um substrato cilíndrico mecanicamente resistente, previamente jateado, revestido uniforme, homogéneo e aderentemente por um material diamantífero dopado (10) eletricamente semicondutor;  B. a cylindrical anode (9) arranged coaxially within said cathode, consisting of a mechanically resistant cylindrical substrate, previously blasted, uniformly coated, homogeneously and adhered by an electrically semiconductor doped diamond material (10);
c. meios para vedar a célula;  ç. means for sealing the cell;
d. pelo menos uma conexão para entrada de solução na célula (19; 24); e. pelo menos uma conexão para saída de solução da célula ( 3; 25); f. opcionalmente, um dispositivo promotor de turbulência helicoidal d. at least one connection for solution entry into the cell (19; 24); and. at least one solution outlet connection from the cell (3; 25); f. optionally a helical turbulence promoting device
(23); (23);
g. opcionalmente, uma resina ou membrana de troca iônica; e  g. optionally an ion exchange resin or membrane; and
h. opcionalmente, meios para conectar uma pluralidade de células entre si (4).  H. optionally means for connecting a plurality of cells to one another (4).
onde: - o cátodo compreende um material metálico, revestido ou não por um material diamantífero dopado. Where: - the cathode comprises a metallic material, whether or not coated with a doped diamond material.
- o material metálico que constitui o cátodo deve ser selecionado de um material inoxidável, preferencialmente do grupo que compreende aço inox.  The metal material constituting the cathode should be selected from a stainless material, preferably from the group comprising stainless steel.
- o material diamantífero dopado que reveste opcionalmente o material metálico que constitui o cátodo compreende um material diamantífero submetido à condução elétrica por meio de dopagem com preferencialmente boro.  - the doped diamond material optionally lining the cathode metal material comprises a diamond material subjected to electrical conduction by doping with preferably boron.
- o material diamantífero dopado que reveste opcionalmente o material metálico que constitui o cátodo pode ser um semicondutor do tipo p, do tipo n, ou co-dopado (doador, receptor de elétrons ou ambos, respectivamente). - the doped diamond material optionally lining the metal material constituting the cathode may be a p-type, n-type or co-doped semiconductor (donor, electron receptor or both, respectively).
- o cátodo deve ter comprimento inferior ao dito ânodo.  - the cathode must be less than said anode in length.
- o cátodo deve ter diâmetro superior ao dito ânodo. - the cathode must have a diameter larger than said anode.
- o cátodo deve ser estável a potencial negativo.  - the cathode must be stable at negative potential.
- o ânodo pode ser oco ou não.  - the anode may be hollow or not.
- o substrato cilíndrico mecanicamente resistente que constitui o ânodo compreende diâmetro externo a partir de 4 mm, preferencialmente de 4 a 20 mm.  - the mechanically resistant cylindrical substrate constituting the anode comprises an outside diameter from 4 mm, preferably from 4 to 20 mm.
- o substrato cilíndrico mecanicamente resistente que constitui o ânodo é selecionado do grupo que compreende um material condutor ou isolante capaz de suportar às condições dos processos de jateamento; capaz de suportar às condições dos processos de deposição química a partir da fase de vapor; e que possa ser confeccionado no formato cilíndrico ou esférico ou tubular cilíndrico. - the mechanically resistant cylindrical substrate constituting the anode is selected from the group comprising a conductive or insulating material capable of withstanding the conditions of the blasting processes; able to withstand the conditions of chemical deposition processes from the vapor phase; and which may be made of cylindrical or spherical or cylindrical tubular shape.
- o substrato cilíndrico mecanicamente resistente que constitui o ânodo poder ser quartzo, titânio, tungsténio ou aço inox. - o material diamantífero dopado que reveste o ânodo compreende um material diamantífero submetido à condução elétrica por meio de dopagem com alguma impureza selecionada dentre os elementos químicos boro, fósforo, bismuto, nitrogénio ou enxofre. - the mechanically resistant cylindrical substrate constituting the anode may be quartz, titanium, tungsten or stainless steel. - doped diamond material lining the anode comprises diamond material subjected to electrical conduction by doping with some selected impurity from the chemical elements boron, phosphorus, bismuth, nitrogen or sulfur.
- o material diamantífero dopado que reveste o ânodo pode ser um semicondutor do tipo p, do tipo n, ou co-dopado (doador, receptor de elétrons ou ambos, respectivamente).  - the doped diamond material lining the anode may be a p-type, n-type or co-doped semiconductor (donor, electron receptor or both, respectively).
- o processo de jateamento ser realizado com granalhas de ferro ou aço.  - the blasting process is carried out with iron or steel shot.
- o material diamantífero dopado que reveste o ânodo compreende um filme de espessura que varia preferencialmente de 0,5 a 50 μιτι.  - the doped diamond material lining the anode comprises a film of thickness preferably ranging from 0.5 to 50 μιτι.
A célula eletroquímica cilíndrica pode ser montada com um ânodo cilíndrico de diamante dopado, obtido por processo de deposição química a partir da fase de vapor, onde os ditos filmes diamantíferos são depositados uniforme, homogéneo e aderentemente sobre um substrato cilíndrico mecanicamente resistente de quartzo, de 6 mm de diâmetro externo, arranjado coaxialmente dentro de um cátodo de aço inox de 9 mm de diâmetro interno. As vedações são feitas com anéis de borracha encaixe com rosca. No corpo do cátodo há duas conexões para entrada e saída da solução a ser tratada. Mangueiras conectam essas conexões em série com uma bomba mecânica (para estabelecer o fluxo da solução no sistema) e um recipiente de armazenamento (para coleta ou troca da solução). Os contatos elétricos são feitos no corpo do ânodo. Cola condutora é usada para estabelecer contato entre os fios condutores e o filme de diamante quando o substrato utilizado é isolante. A alimentação elétrica é feita por uma fonte de tensão estabilizada com corrente contínua.  The cylindrical electrochemical cell can be mounted with a doped diamond cylindrical anode obtained by chemical vapor deposition process, wherein said diamond films are uniformly, homogeneously and adherently deposited on a mechanically resistant quartz cylindrical substrate of 6 mm outside diameter, arranged coaxially inside a 9 mm inside diameter stainless steel cathode. The seals are made with rubber threaded snap rings. In the cathode body there are two connections for inlet and outlet of the solution to be treated. Hoses connect these connections in series with a mechanical pump (to establish solution flow through the system) and a storage container (for solution collection or exchange). Electrical contacts are made on the anode body. Conductive glue is used to establish contact between the conductive wires and the diamond film when the substrate used is insulating. Power is supplied by a direct current stabilized voltage source.
Adicionalmente, no espaço da separação entre ânodo e cátodo pode ser colocada alguma malha, tela plástica ou algum outro isolante poroso, ambos inertes, para promover turbulência. Este arranjo minimiza a distância anodo-catodo, reduzindo assim a voltagem da célula. Além disso, desta maneira, é possível tratar soluções de baixa condutividade (0,005 S m"1), i.e. água potável. Additionally, in the space of separation between anode and cathode some mesh, plastic screen or some other porous insulator, both inert, can be placed to promote turbulence. This arrangement minimizes the anode-cathode distance, thereby reducing cell voltage. Besides that, In this way it is possible to treat low conductivity solutions (0.005 S m "1 ), ie drinking water.
Adicionalmente, a célula eletroquímica cilíndrica pode ser dividida por uma ou mais membranas ou resina de troca iônica. A configuração que compreende a(s) membrana(s) ou a resina de troca iônica pode ser usada em situações em que a solução a ser tratada apresenta uma baixa condutividade elétrica. Se usada, a membrana de troca iônica pode ser baseada na fluororesina ou na de hidrocarboneto. Na prática, entretanto, uma resina resistente à corrosão é desejada. As membranas comercialmente disponíveis para uso na presente invenção são: Nafion (Du Pont), Aciplex (Asahi Chemical Industry CO., Ltd.), Flemion (Asahi Glass Co., Ltd.), etc.  Additionally, the cylindrical electrochemical cell may be divided by one or more ion exchange membranes or resin. The configuration comprising the ion exchange membrane (s) or resin may be used in situations where the solution to be treated has low electrical conductivity. If used, the ion exchange membrane may be fluororesin or hydrocarbon based. In practice, however, a corrosion resistant resin is desired. Commercially available membranes for use in the present invention are: Nafion (DuPont), Aciplex (Asahi Chemical Industry Co., Ltd.), Flemion (Asahi Glass Co., Ltd.), etc.
A membrana ou resina é preferencialmente usada em contato íntimo com o ânodo e/ou cátodo. Para este fim, a membrana deve ser previamente ligada mecanicamente em cada um dos eletrodos. Preferivelmente, a membrana de troca iônica, se usada, deve ser prensada de 0,1 a 30 kg cm"2 durante a eletrólise. The membrane or resin is preferably used in close contact with the anode and / or cathode. For this purpose, the membrane must be mechanically bonded to each electrode. Preferably, the ion exchange membrane, if used, should be pressed from 0.1 to 30 kg cm- 2 during electrolysis.
Especificamente em relação à solução que contém uma substância ou muitas substâncias a serem tratadas, esta é usada como uma solução eletrolítica. A solução é colocada em contato com o ânodo, feito de diamante dopado, e o cátodo, feito de um material condutor, diamante dopado ou não. As substâncias podem ser direta ou indiretamente oxidadas a substâncias de baixo peso molecular ou mineralizadas a CO2. Specifically with respect to the solution containing one substance or many substances to be treated, it is used as an electrolyte solution. The solution is placed in contact with the anode made of doped diamond and the cathode made of a conductive material, whether or not doped diamond. Substances may be directly or indirectly oxidized to low molecular weight substances or mineralized to CO 2 .
As condições da eletrólise variam dependendo da solução a ser usada, etc, mas a temperatura é preferivelmente de 5 a 40 °C e a densidade de corrente é preferencialmente de 1 a 100 mA cm2. Electrolysis conditions vary depending on the solution to be used, etc., but the temperature is preferably from 5 to 40 ° C and the current density is preferably from 1 to 100 mA cm 2 .
Os materiais que podem ser usados na construção da célula eletroquímica são vidro, titânio, aço inox, resina PTFE (Teflon®), quartzo, tungsténio e borracha de alta densidade. O objetivo é usar materiais com excelente resistência à corrosão, duráveis e estáveis quando na presença de oxidantes fortes que são produzidos durante o processo. Em um segundo aspecto, a presente invenção provê um processo de deposição de filmes diamantíferos uniformes, homogéneos e aderentes sobre substratos cilíndricos resistentes de diâmetro superiores (a partir de 4,0 mm), preferencialmente entre 4 e 20 mm, previamente jateados com granalhas de ferro ou aço, realizado pela técnica CVD (do inglês, Chemical Vapor Deposition), para obtenção de ânodos de diamante dopado coaxial. The materials that can be used in the construction of the electrochemical cell are glass, titanium, stainless steel, PTFE (Teflon ® ) resin, quartz, tungsten and high density rubber. The goal is to use materials with excellent corrosion resistance, durable and stable when in the presence of strong oxidizers that are produced during the process. In a second aspect, the present invention provides for a process of depositing uniform, homogeneous and adherent diamond films on larger diameter tough cylindrical substrates (from 4.0 mm), preferably between 4 and 20 mm, previously shot blasted with grit. iron or steel, made by the CVD (Chemical Vapor Deposition) technique to obtain coaxial doped diamond anodes.
É, portanto, um adicional objeto da presente invenção um processo de deposição de filmes diamantíferos para obtenção de ânodos de diamante compreendendo as etapas de:  It is therefore a further object of the present invention a diamond film deposition process to obtain diamond anodes comprising the steps of:
(i) Preparação do substrato cilíndrico resistente para posterior deposição do filme de diamante, onde a dita preparação compreende as etapas de:  (i) Preparation of the resistant cylindrical substrate for further deposition of the diamond film, wherein said preparation comprises the steps of:
a) jatear homogeneamente os substratos cilíndricos resistentes com granalhas de ferro ou aço para aumentar a superfície de contato entre o diamante depositado e o substrato e, consequentemente, aumentar o atrito entre as partes;  (a) homogeneously blast resistant cylindrical substrates with iron or steel grit to increase the contact surface between the deposited diamond and the substrate and thereby increase friction between the parts;
b) limpar os substratos cilíndricos resistentes jateados com banho ultra- sônico em solução alcoólica durante 30 minutos;  b) clean the resistant cylindrical substrates blasted with ultrasonic bath in alcoholic solution for 30 minutes;
c) realizar o processo de "semeadura", que compreende a inserção de pequenos grãos de diamante no substrato para viabilizar o crescimento de estruturas diamantíferas. Esse processo pode ser realizado via banho ultra-sônico nos substratos cilíndricos resistentes (limpos e jateados) em solução de hexano com pó de diamante;  c) perform the "sowing" process, which includes the insertion of small diamond grains in the substrate to enable the growth of diamond structures. This process can be performed via ultrasonic bathing on tough (clean and sandblasted) cylindrical substrates in hexane solution with diamond dust;
(ii) deposição do filme de diamante sobre o substrato, onde o dito processo de deposição envolve as etapas de:  (ii) deposition of the diamond film on the substrate, where said deposition process involves the steps of:
a) após o processo de "semeadura", os substratos são inseridos na câmara do reator de deposição química assistido por filamentos quentes HFCVD (do inglês, hot-filament chemical vapor deposition). Filmes de diamante podem ser crescidos a partir de uma fonte de carbono na presença de hidrogénio utilizando a técnica CVD. As fontes de carbono podem ser gases orgânicos como o metano (CH4), o mais usado, ou líquidas, como o etanol (C2H5OH), o qual foi utilizado na presente invenção. a) After the "seeding" process, the substrates are inserted into the hot-filament chemical vapor deposition (HFCVD) assisted chemical deposition reactor chamber. Diamond films can be grown from a carbon source in the presence of hydrogen. using the CVD technique. The carbon sources may be organic gases such as methane (CH 4 ), the most commonly used, or liquid gases such as ethanol (C 2 H 5 OH), which was used in the present invention.
b) Uma solução de até 5% de moléculas orgânicas (por exemplo, etanol) em hidrogénio é inserida na câmara de um reator que se encontra a pressão subatmosférica (entre 20 e 200 Torr). c) As moléculas são transportadas para dentro da câmara do reator HFCVD onde interagem com uma região ativa que, no presente caso, é mantida pelo filamento quente (energizado até atingir ~ 2400°C), no entanto poderia ser qualquer outra, por exemplo, microondas, descarga em arco, plasma ativado. A temperatura elevada dos filamentos propicia a fragmentação dessas moléculas em radicais e átomos que podem incidir sobre a superfície do substrato. Na superfície, mecanismos de adsorção, difusão, recombinações químicas e dessorção ocorrem. Radicais como o metil podem colidir com núcleos diamantíferos pré-existentes e reagir propiciando o crescimento de núcleos diamantíferos. Por volta de 20 horas depois, o filme de diamante recobriu completamente todo o substrato que foi inserido com diamante policristalino de qualidade similar a dos diamantes naturais, no entanto semicondutor.  (b) A solution of up to 5% organic molecules (eg ethanol) in hydrogen is inserted into the chamber of a reactor at subatmospheric pressure (between 20 and 200 Torr). c) The molecules are transported into the HFCVD reactor chamber where they interact with an active region which in the present case is held by the hot filament (energized to ~ 2400 ° C), but could be any other, eg microwave, arc discharge, plasma activated. The high temperature of the filaments enables the fragmentation of these molecules into radicals and atoms that may impact on the substrate surface. On the surface, mechanisms of adsorption, diffusion, chemical recombination and desorption occur. Radicals such as methyl can collide with pre-existing diamond cores and react by favoring the growth of diamond cores. About 20 hours later, the diamond film completely coated the entire substrate that was inserted with polycrystalline diamond of similar quality to natural, yet semiconductor diamonds.
onde:  Where:
- a síntese do diamante pode ser realizada pelo processo de deposição química a partir da fase de vapor por filamento quente (HFCVD) com decomposição térmica de compostos orgânicos tais como etanol, metanol, metano, etc, como fonte de carbono em uma atmosfera redutora tal como de gás hidrogénio.  - Diamond synthesis can be performed by the process of chemical deposition from the hot filament vapor phase (HFCVD) with thermal decomposition of organic compounds such as ethanol, methanol, methane, etc. as carbon source in a reducing atmosphere such as as hydrogen gas.
O diamante dopado sobre o substrato constitui a parte ativa do eletrodo, o qual assim produzido tem alto potencial para ser usado j como ânodo ou cátodo e uma excelente durabilidade. Entretanto, devido à acidez da solução, o dito eletrodo deve ser preferencialmente usado como ânodo. The doped diamond on the substrate constitutes the active part of the electrode, which thus produced has high potential to be used. j as anode or cathode is excellent durability. However, due to the acidity of the solution, said electrode should preferably be used as anode.
Em alguns substratos, o pré-tratamento foi realizado utilizando óleo de motor. Análises em microscópio eletrônico de varredura foram realizadas e verificou-se que o filme não apresentou rachaduras, além de apresentar excelente qualidade e homogeneidade.  On some substrates, pretreatment was performed using motor oil. Scanning electron microscope analyzes were performed and it was verified that the film did not present cracks, besides presenting excellent quality and homogeneity.
Em um terceiro aspecto, a presente invenção provê os ânodos de diamante dopado coaxial obtidos pelo processo de deposição química a partir da fase de vapor por filamento quente (HFCVD) com decomposição térmica de compostos orgânicos, a partir de substratos cilíndricos resistentes de diâmetro superior, preferencialmente entre 4 e 20 mm, previamente jateados com granalhas de ferro ou aço. Os ânodos assim produzidos têm uma excelente durabilidade. Além de serem obtidos em um formato versátil com capacidade de serem colocados dentro de tubulações e com potencial capacidade de serem acoplados em série com economia de espaço.  In a third aspect, the present invention provides the coaxial doped diamond anodes obtained by the chemical deposition process from the hot filament vapor phase (HFCVD) with thermal decomposition of organic compounds from larger diameter resistant cylindrical substrates, preferably between 4 and 20 mm, previously blasted with iron or steel shot. The anodes thus produced have excellent durability. In addition to being obtained in a versatile format that can be placed inside pipes and with the potential for space saving series coupling.
É, portanto, um objeto adicional da presente invenção um ânodo cilíndrico de diamante, onde o dito ânodo compreende um substrato cilíndrico mecanicamente resistente, oco ou não, previamente jateado, revestido uniforme, homogéneo e aderentemente por pelo menos uma camada de filme fino de diamante dopado, onde:  It is therefore a further object of the present invention a diamond cylindrical anode, wherein said anode comprises a mechanically resistant, hollow or unblasted, uniformly coated, homogeneous and adherent cylindrical substrate adhered by at least one layer of diamond thin film. doped, where:
- o substrato cilíndrico mecanicamente resistente que constitui o ânodo compreende diâmetro externo a partir de 4 mm, preferencialmente de 4 a 20 mm.  - the mechanically resistant cylindrical substrate constituting the anode comprises an outside diameter from 4 mm, preferably from 4 to 20 mm.
- o substrato cilíndrico mecanicamente resistente que constitui o ânodo é selecionado do grupo que compreende um material condutor ou isolante capaz de suportar às condições dos processos de jateamento; capaz de suportar às condições dos processos de deposição química a partir da fase de vapor; e que possa ser confeccionado no formato cilíndrico ou esférico ou tubular cilíndrico. - o substrato cilíndrico mecanicamente resistente que constitui o ânodo poder ser quartzo, titânio, tungsténio ou aço inox. - the mechanically resistant cylindrical substrate constituting the anode is selected from the group comprising a conductive or insulating material capable of withstanding the conditions of the blasting processes; able to withstand the conditions of chemical deposition processes from the vapor phase; and which may be made of cylindrical or spherical or cylindrical tubular shape. - the mechanically resistant cylindrical substrate constituting the anode may be quartz, titanium, tungsten or stainless steel.
- o material diamantífero dopado que reveste o ânodo compreende um material diamantífero submetido à condução elétrica por meio de dopagem com alguma impureza selecionada dentre os elementos químicos boro, fósforo, bismuto, nitrogénio ou enxofre.  - doped diamond material lining the anode comprises diamond material subjected to electrical conduction by doping with some selected impurity from the chemical elements boron, phosphorus, bismuth, nitrogen or sulfur.
- o material diamantífero dopado que reveste o ânodo pode ser um semicondutor do tipo p, do tipo n, ou co-dopado (doador, receptor de elétrons ou ambos, respectivamente).  - the doped diamond material lining the anode may be a p-type, n-type or co-doped semiconductor (donor, electron receptor or both, respectively).
- o processo de jateamento ser realizado com granalhas de ferro ou aço.  - the blasting process is carried out with iron or steel shot.
- o material diamantífero dopado que reveste o ânodo compreende um filme de espessura que varia preferencialmente de 0,5 a 50 pm.  the doped diamond material lining the anode comprises a film of thickness preferably ranging from 0.5 to 50 pm.
- o material diamantífero dopado que reveste o ânodo é depositado preferencialmente pelo processo de deposição química a partir da fase de vapor.  - the doped diamond material lining the anode is preferably deposited by the chemical deposition process from the vapor phase.
Considerando ainda que a célula eletroquímica cilíndrica concebida na presente invenção propõe fornecer um tratamento eletroquímico para oxidar substâncias contidas em solução aquosa, o que pode ser realizado introduzindo a solução contendo substâncias a ser tratada na célula eletroquímica, com um ânodo e um cátodo cilíndricos e passando uma corrente elétrica através deles é, portanto, um objeto adicional da presente invenção o uso da dita célula eletroquímica cilíndrica na purificação de soluções aquosas, que se utiliza de ânodo de diamante coaxial obtido por processo de deposição de filmes diamantíferos uniformes, homogéneos e aderentes sobre substratos cilíndricos de diâmetros superiores, preferencialmente entre 4 e 20 mm, previamente jateados com granalhas de ferro ou aço, realizado pela técnica CVD. É, portanto, um objeto da presente invenção uma célula eletroquímica cilíndrica, montada com eletrodos cilíndricos, onde a dita célula compreende: Whereas the cylindrical electrochemical cell conceived in the present invention proposes to provide an electrochemical treatment for oxidizing substances contained in aqueous solution, which can be accomplished by introducing the solution containing substances to be treated into the electrochemical cell with a cylindrical anode and cathode and passing An electric current through them is therefore an additional object of the present invention the use of said cylindrical electrochemical cell in the purification of aqueous solutions, which utilizes coaxial diamond anode obtained by depositing uniform, homogeneous and adherent diamond films on Cylindrical substrates of larger diameters, preferably between 4 and 20 mm, previously blasted with iron or steel grit, performed by the CVD technique. It is therefore an object of the present invention a cylindrical electrochemical cell assembled with cylindrical electrodes, wherein said cell comprises:
Alguns exemplos de aplicação da célula aqui proposta estão descritos a seguir, porém não devem ser considerados como realizações restritivas, mas sim ilustrativas.  Some examples of cell application proposed herein are described below, but should not be considered as restrictive but rather illustrative embodiments.
EXEMPLO 1  EXAMPLE 1
Usando uma célula eletroquímica não dividida com o ânodo revestido com diamante dopado com boro e o cátodo de aço inox (AISI 304), um rejeito aquoso proveniente de esgoto doméstico, com adição de eletrólito (Na2SO4) a pH 2 e dos compostos fenol, catecol, hidroquinona, p- cresol, m-cresol e guaiacol, foi oxidado. As concentrações dos compostos na solução foram de 94 pg ml_"1 para fenol, 1 0 pg mL"1 para hidroquinona, guaiacol e catecol e, 53 pg ml_"1 para p-cresol e m-cresol. Portanto, uma concentração total de 530 pmol mL"1. A medida de carbono orgânico total (COT) e da intensidade de fluorescência molecular foi realizada durante a degradação. A FIG. 8 mostra a remoção de ambas. Com uma corrente de 35 mA e uma voltagem média de 6 V o custo energético foi de 7,56 kW h m"3 para a remoção de 64,40% de COT e 94,95% de intensidade de fluorescência molecular, sendo que esta última mede a remoção de aromaticidade total. Using an undivided electrochemical cell with the boron-doped diamond coated anode and the stainless steel cathode (AISI 304), an aqueous waste from domestic sewage, with electrolyte (Na 2 SO 4 ) added at pH 2 and compounds phenol, catechol, hydroquinone, p-cresol, m-cresol and guaiacol were oxidized. Concentrations of the compounds in the solution were 94 pg ml -1 for phenol, 10 pg ml -1 for hydroquinone, guaiacol and catechol and 53 pg ml -1 for p-cresol and m-cresol. Therefore, a total concentration of 530 pmol mL "1 . Measurement of total organic carbon (TOC) and molecular fluorescence intensity was performed during degradation. FIG. 8 shows the removal of both. With a current of 35 mA and an average voltage of 6 V the energy cost was 7.56 kW hm "3 for the removal of 64.40% of TOC and 94.95% of molecular fluorescence intensity, the latter being measures total aromaticity removal.
EXEMPLO 2  EXAMPLE 2
Usando uma célula eletroquímica não dividida com o ânodo revestido com diamante dopado com boro e o cátodo de aço inox (AISI 304), uma solução de água potável distribuída pela empresa de saneamento de Campinas/SP, sem adição de eletrólito a pH inicial de 7,8 e dos compostos fenol, catecol, hidroquinona, p-cresol, m-cresol e guaiacol, foi oxidada. As concentrações dos compostos na solução foram de 94 pg mL"1 para fenol, 110 pg mL"1 para hidroquinona, guaiacol e catecol e, 53 pg mL"1 para p-cresol e m-cresol. Portanto, uma concentração total de 530 pmol mL"1. A medida de carbono orgânico total (COT) e da intensidade de fluorescência molecular foi realizada durante a degradação. A FIG. 9 mostra a remoção de COT e intensidade de fluorescência. Com uma corrente de 35 mA e uma voltagem média de 31 V o custo energético foi de 54,50 kW h m"3 para a remoção de 60,51 % de COT e 74,50% de aromaticidade total. Se for considerada apenas as primeiras 0,6 A h L"1 de carga passada, o custo energético decresce para 21 ,09 kW h m"3 com remoção de 73,40% de aromaticidade total. Using an undivided electrochemical cell with the boron-doped diamond coated anode and the stainless steel cathode (AISI 304), a potable water solution distributed by the Campinas / SP sanitation company, without the addition of electrolyte at an initial pH of 7 The phenol, catechol, hydroquinone, p-cresol, m-cresol and guaiacol compounds were oxidized. Concentrations of the compounds in the solution were 94 pg mL "1 for phenol, 110 pg mL " 1 for hydroquinone, guaiacol and catechol and 53 pg mL "1 for p-cresol and m-cresol. Therefore, a total concentration of 530 pmol mL "1 . Measurement of total organic carbon (TOC) and molecular fluorescence intensity was performed during degradation. FIG. 9 shows the removal of COT and fluorescence intensity. With a current of 35 mA and an average voltage of 31 V the energy cost was 54.50 kW hm "3 for the removal of 60.51% of TOC and 74.50% of total aromaticity. If only the first 0.6 A h L "1 past load, the energy cost decreases to 21, 09 kW hm " 3 with 73.40% total aromaticity removed.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1. UMA CÉLULA ELETROQUÍMICA CILÍNDRICA, caracterizada por compreender:  1. A CYLINDRICAL ELECTROCHEMICAL CELL, characterized by comprising:
a. um cátodo cilíndrico oco (11);  The. a hollow cylindrical cathode (11);
b. um ânodo cilíndrico (9) arranjado coaxialmente dentro do dito cátodo, constituído de um substrato cilíndrico mecanicamente resistente, previamente jateado, revestido uniforme, homogéneo e aderentemente por um material diamantífero dopado (10) eletricamente semicondutor;  B. a cylindrical anode (9) arranged coaxially within said cathode, consisting of a mechanically resistant cylindrical substrate, previously blasted, uniformly coated, homogeneously and adhered by an electrically semiconductor doped diamond material (10);
c. meios para vedar a célula;  ç. means for sealing the cell;
d. pelo menos uma conexão para entrada de solução na célula (19; 24); e. pelo menos uma conexão para saída de solução da célula (13; 25); f. opcionalmente, um dispositivo promotor de turbulência helicoidal (23);  d. at least one connection for solution entry into the cell (19; 24); and. at least one solution output connection of the cell (13; 25); f. optionally a helical turbulence promoting device (23);
g. opcionalmente, uma resina ou membrana de troca iônica; e  g. optionally an ion exchange resin or membrane; and
h. opcionalmente, meios para conectar uma pluralidade de células entre si.  H. optionally means for connecting a plurality of cells to one another.
2. Célula de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pelo cátodo cilíndrico oco compreender um material metálico, revestido ou não por um material diamantífero dopado.  Cell according to Claim 1, characterized in that the hollow cylindrical cathode comprises a metallic material, whether or not coated with a doped diamond material.
3. Célula de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo material metálico que constitui o cátodo ser um material inoxidável.  Cell according to claim 2, characterized in that the metal material constituting the cathode is a stainless material.
4. Célula de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo material inoxidável ser selecionado do grupo que compreende preferencialmente aço inox.  Cell according to claim 3, characterized in that the stainless material is selected from the group preferably comprising stainless steel.
5. Célula de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, caracterizada pelo material diamantífero dopado que reveste opcionalmente o material metálico compreender um material diamantífero submetido à condução elétrica por meio de dopagem com preferencialmente boro.  Cell according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the doped diamond material optionally coated with the metallic material comprises a diamond material subjected to electrical conduction by doping with preferably boron.
6. Célula de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 5, caracterizada pelo material diamantífero dopado que reveste opcionalmente o material metálico ser um semicondutor selecionado do grupo que compreende tipo p, tipo n e co-dopado. Cell according to any one of claims 2 to 5, characterized in that the doped diamond material optionally coated the material Metallic is a semiconductor selected from the group comprising p-type, n-co-doped type.
7. Célula de acordo com as reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo cátodo ser estável a potencial negativo, ter diâmetro superior e comprimento inferior ao do dito ânodo.  Cell according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the cathode is stable at negative potential, has a larger diameter and a shorter length than said anode.
8. Célula de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pelo ânodo ser oco. Cell according to claim 1, characterized in that the anode is hollow.
9. Célula de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pelo ânodo ser maciço. Cell according to claim 1, characterized in that the anode is solid.
10. Célula de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pelo substrato cilíndrico mecanicamente resistente que constitui o ânodo compreender diâmetro externo a partir de 4 mm.  Cell according to claim 1, characterized in that the mechanically resistant cylindrical substrate constituting the anode comprises an outside diameter from 4 mm.
1 1. Célula de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo diâmetro externo ser preferencialmente de 4 a 20 mm.  Cell according to claim 10, characterized in that the outer diameter is preferably from 4 to 20 mm.
12. Célula de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 , 10 e 1 , caracterizada pelo substrato cilíndrico mecanicamente resistente que constitui o ânodo ser selecionado do grupo que compreende um material condutor ou isolante capaz de suportar às condições dos processos de jateamento; capaz de suportar às condições dos processos de deposição química a partir da fase de vapor; e que possa ser confeccionado nos formatos cilíndrico, esférico, ou tubular cilíndrico.  Cell according to any one of claims 1, 10 and 1, characterized in that the mechanically resistant cylindrical substrate constituting the anode is selected from the group comprising a conductive or insulating material capable of withstanding the conditions of the blasting processes; able to withstand the conditions of chemical deposition processes from the vapor phase; and which may be made in cylindrical, spherical, or cylindrical tubular shapes.
13. Célula de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo material condutor ou isolante ser escolhido do grupo que compreende quartzo, titânio, tungsténio e aço inox.  Cell according to claim 12, characterized in that the conductive or insulating material is chosen from the group comprising quartz, titanium, tungsten and stainless steel.
14. Célula de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo material condutor ou isolante ser preferencialmente quartzo.  Cell according to claim 13, characterized in that the conductive or insulating material is preferably quartz.
15. Célula de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo processo de jateamento ser realizado com granalhas capazes de promover o aumento da rugosidade e da área superficial do dito substrato cilíndrico.  Cell according to Claim 12, characterized in that the blasting process is carried out with shot blasting material capable of increasing the roughness and surface area of said cylindrical substrate.
16. Célula de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pela granalha ser de ferro. Cell according to claim 15, characterized in that the shot is of iron.
17. Célula de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pela granalha ser de aço. Cell according to claim 15, characterized in that the shot is of steel.
18. Célula de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pelo material diamantífero dopado que reveste o ânodo compreender um material diamantífero submetido à condução elétrica por meio de dopagem com alguma impureza selecionada dentre os elementos químicos boro, fósforo, bismuto, nitrogénio e enxofre.  Cell according to claim 1, characterized in that the doped diamond material lining the anode comprises a diamond material subjected to electrical conduction by doping with some impurity selected from the chemical elements boron, phosphorus, bismuth, nitrogen and sulfur.
19. Célula de acordo com as reivindicações 1 e 18, caracterizada pelo material diamantífero dopado que reveste o ânodo ser um semicondutor selecionado do grupo que compreende tipo p, tipo n e co-dopado.  Cell according to claims 1 and 18, characterized in that the anode-doped diamond material is a semiconductor selected from the group comprising type p, type n and co-doped.
20. Célula de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 , 18 e 19, caracterizada pelo material diamantífero dopado que reveste o ânodo compreender um filme de espessura que varia preferencialmente de 0,5 a 50 pm.  Cell according to any one of claims 1, 18 and 19, characterized in that the anode-doped diamond material comprises a film of thickness preferably ranging from 0.5 to 50 µm.
21. Célula de acordo com a reivindicação 1 , é caracterizada pelos meios para vedar a célula compreender um conjunto de tampas superiores e uma tampa inferior. Cell according to claim 1, characterized in that the means for sealing the cell comprises an upper lid assembly and a lower lid.
22. Célula de acordo com as reivindicações 1 e 21 , caracterizada pelo conjunto de tampas superiores compreender uma tampa de rosca interna (12), constituída de material inerte e não condutor, com abertura central cónica (28) de diâmetro levemente maior que do ânodo; uma borracha cónica de alta densidade (14) com abertura central de diâmetro igual a do dito ânodo; e uma tampa de rosca interna (15) contendo uma borracha interna de alta densidade (16), ambas com uma abertura central.  Cell according to claims 1 and 21, characterized in that the upper cover assembly comprises an internal screw cap (12), consisting of inert and non-conductive material, with a conical central opening (28) slightly larger than the anode. ; a high density conical rubber (14) having a central opening of a diameter equal to said anode; and an inner screw cap (15) containing a high density inner rubber (16), both with a central opening.
23. Célula de acordo com as reivindicações 1 e 21 , caracterizada pela tampa inferior compreender uma tampa de rosca interna (17), constituída de material inerte e não condutor, contendo um pino cónico interno (18), centralizado, oco e vazado, quando o dito ânodo for oco. Cell according to claims 1 and 21, characterized in that the lower cap comprises an internal screw cap (17), consisting of inert and non-conductive material, containing a hollow, hollow centralized inner tapered pin (18) when said anode is hollow.
24. Célula de acordo com as reivindicações 1 e 21 , caracterizada pela tampa inferior compreender uma tampa de rosca interna (17), constituída de material inerte e não condutor, contendo um rebaixo para centralização do dito ânodo quando este for maciço. Cell according to Claims 1 and 21, characterized in that the lower cap comprises an internal screw cap (17) made of material. inert and non-conductive, containing a recess for centering said anode when it is massive.
25. Célula de acordo com as reivindicações 1 e 21 , caracterizada tampa inferior compreender uma tampa de rosca interna (12), constituída de material inerte e não condutor; uma borracha cónica de alta densidade (14) com abertura central de diâmetro igual a do dito ânodo; e uma tampa de rosca interna (15) contendo uma borracha interna de alta densidade (16), ambas com uma abertura central. Cell according to claims 1 and 21, characterized in that the lower cap comprises an internal screw cap (12) made of inert and non-conductive material; a high density conical rubber (14) having a central opening of a diameter equal to said anode; and an inner screw cap (15) containing a high density inner rubber (16), both with a central opening.
26. Célula de acordo com as reivindicações 1 e 8, caracterizada pela conexão para entrada de solução na célula ser localizada no ânodo (19). Cell according to claims 1 and 8, characterized in that the solution inlet connection in the cell is located at the anode (19).
27. Célula de acordo com as reivindicações 1 e 8, caracterizada pela conexão para entrada de solução na célula ser localizada no cátodo (24). Cell according to claims 1 and 8, characterized in that the solution inlet connection in the cell is located in the cathode (24).
28. Célula de acordo com as reivindicações 1 e 9, caracterizada pela conexão para entrada de solução na célula ser localizada no cátodo (24).  Cell according to claims 1 and 9, characterized in that the solution inlet connection in the cell is located in the cathode (24).
29. Célula de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pela conexão para saída de solução da célula ser localizada no cátodo (25).  Cell according to claim 1, characterized in that the solution outlet connection of the cell is located at the cathode (25).
30. Célula de acordo com as reivindicações 1 e 21 , caracterizada pela conexão para saída de solução da célula ser localizada na tampa de rosca interna (13). Cell according to claims 1 and 21, characterized in that the solution outlet connection of the cell is located in the internal screw cap (13).
31 . Célula de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pelo dispositivo promotor de turbulência helicoidal (23) compreender um cilindro oco, de material inerte e não condutor, configurado de forma que propicie a formação de um fluxo turbulento em um caminho helicoidal no interior do dito cilindro.31 Cell according to claim 1, characterized in that the helical turbulence-promoting device (23) comprises a hollow cylinder of inert and non-conductive material configured to provide the formation of a turbulent flow in a helical path within said cylinder. .
32. Célula de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pela resina ou membrana de troca iônica compreender um material resistente à corrosão. Cell according to claim 1, characterized in that the ion exchange resin or membrane comprises a corrosion resistant material.
33. Célula de acordo com as reivindicações 1 e 32, caracterizada pela resina ou membrana de troca iônica ser mecanicamente aderida à superfície externa do ânodo (26) e à superfície interna do cátodo (27), de maneira que a dita membrana fique em contato com o eletrólito.  Cell according to claims 1 and 32, characterized in that the ion exchange resin or membrane is mechanically adhered to the outer surface of the anode (26) and the inner surface of the cathode (27), so that said membrane is in contact. with the electrolyte.
34. Célula de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pelos meios para conectar ao menos duas células entre si, em série ou em paralelo, compreender ao menos uma mangueira conectora. Cell according to claim 1, characterized in that the means for connecting at least two cells together, in series or in parallel, comprises at least one connector hose.
35. Célula de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pela célula ser constituída de um material resistente à corrosão, durável e estável na presença de oxidantes fortes. Cell according to Claim 1, characterized in that the cell is made of a corrosion-resistant material, durable and stable in the presence of strong oxidizers.
36. Célula de acordo com a reivindicação 35, caracterizada pelo material resistente ser escolhido preferencialmente do grupo que compreende titânio, aço inox, resina PTFE (Teflon®), quartzo, tungsténio e borracha de alta densidade. Cell according to claim 35, characterized in that the resistant material is preferably chosen from the group comprising titanium, stainless steel, PTFE (Teflon ® ) resin, quartz, tungsten and high density rubber.
37. Célula de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pelo fato de que os contatos elétricos não entram em contato com o líquido a ser tratado.  Cell according to claim 1, characterized in that the electrical contacts do not come into contact with the liquid to be treated.
38. Célula conforme definido nas reivindicações 1 a 37, caracterizada por ser utilizada na oxidação direta ou indireta de contaminantes presentes em solução aquosa ou rejeitos aquosos de baixa condutividade, preferencialmente entre 0,005 S/m a 0,010 S/m, que contém baixas concentrações de contaminantes, preferencialmente na faixa de pg L"1. Cell as defined in claims 1 to 37, characterized in that it is used for the direct or indirect oxidation of contaminants present in aqueous solution or low conductivity aqueous tailings, preferably between 0.005 S / m and 0.010 S / m, which contains low concentrations of contaminants. preferably in the range of pg L "1 .
39. Célula de acordo com a reivindicação 38, caracterizada pelo fato da solução aquosa ou do rejeito aquoso ter preferencialmente pH 2 a 7. Cell according to claim 38, characterized in that the aqueous solution or aqueous waste preferably has pH 2 to 7.
40. UM PROCESSO DE PURIFICAÇÃO DE SOLUÇÕES AQUOSAS OU REJEITOS AQUOSOS, caracterizado por compreender ao menos uma célula eletroquímica cilíndrica conforme definida em todas as reivindicações anteriores. <  A process for purifying aqueous solutions or aqueous waste, comprising at least one cylindrical electrochemical cell as defined in all the preceding claims. <
41. Processo de acordo com a reivindicação 40, caracterizado pela solução aquosa ou rejeito aquoso a ser purificado estar situado em um espaço compreendido entre o ânodo e o cátodo e não ficar em contato com os locais em que se dão os contatos elétricos.  Process according to Claim 40, characterized in that the aqueous solution or aqueous waste to be purified is located in a space between the anode and the cathode and does not come into contact with the locations where the electrical contacts occur.
42. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 40 a 41 , caracterizado pela solução aquosa ou rejeito aquoso a ser purificado compreender baixa condutividade; baixa concentração de contaminantes; e pH ácido a neutro. Process according to any one of claims 40 to 41, characterized in that the aqueous solution or aqueous waste to be purified comprises low conductivity; low concentration of contaminants; and acidic to neutral pH.
43. Processo de acordo com a reivindicação 42, caracterizado pela condutividade compreender preferencialmente 0,005 a 0,010 S/m. Process according to Claim 42, characterized in that the conductivity preferably comprises 0.005 to 0.010 S / m.
44. Processo de acordo com a reivindicação 42, caracterizado pela concentração de contaminantes compreender preferencialmente uma faixa da ordem de g L"1. Process according to Claim 42, characterized in that the concentration of contaminants preferably comprises a range of the order of g L "1 .
45. Processo de acordo com a reivindicação 42, caracterizado por compreender preferencialmente pH 2 a 7.  Process according to Claim 42, characterized in that it preferably comprises pH 2 to 7.
46. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 40 a 45, caracterizado pela densidade de corrente na superfície do ânodo compreender uma faixa preferencial de 1 a 100 mA cm2. Process according to any one of claims 40 to 45, characterized in that the current density at the anode surface comprises a preferred range of 1 to 100 mA cm 2 .
47. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 40 a 46, caracterizado pela temperatura do dito processo compreender uma faixa preferencial de 5 a 40°C.  Process according to any one of claims 40 to 46, characterized in that the temperature of said process comprises a preferred range of 5 to 40 ° C.
48. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 47, caracterizado por compreender ao menos uma célula eletroquímica cilíndrica (3).  Process according to Claims 1 to 47, characterized in that it comprises at least one cylindrical electrochemical cell (3).
49. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 48, caracterizado por compreender uma pluralidade de células ligadas em série ou em paralelo.  A method according to any one of claims 1 to 48, characterized in that it comprises a plurality of cells connected in series or in parallel.
50. PROCESSO DE DEPOSIÇÃO DE MATERIAL DIAMANTIFERO PARA OBTENÇÃO DE ÂNODO DE DIAMANTE DOPADO, em que o aperfeiçoamento compreende uma etapa de tratamento do substrato cilíndrico mecanicamente resistente que antecede o dito processo de deposição.  50. Deposition process of DIAMANTIFERO MATERIAL FOR OBTAINED DIAMOND ANODE, wherein the improvement comprises a step of treating the mechanically resistant cylindrical substrate prior to said deposition process.
51. Processo de acordo com a reivindicação 50, caracterizado pelo substrato cilíndrico mecanicamente resistente compreender diâmetro externo a partir de 4 mm. Process according to Claim 50, characterized in that the mechanically resistant cylindrical substrate comprises an outside diameter from 4 mm.
52. Processo de acordo com a reivindicação 51 , caracterizado pelo diâmetro externo ser preferencialmente de 4 a 20 mm.  Process according to Claim 51, characterized in that the outer diameter is preferably from 4 to 20 mm.
53. Processo de acordo com as reivindicações 50 a 52, caracterizada pelo substrato cilíndrico mecanicamente resistente ser selecionado do grupo que compreende um material condutor ou isolante capaz de suportar às condições dos processos de jateamento; capaz de suportar às condições dos processos de deposição química a partir da fase de vapor; e que possa ser confeccionado no formato cilíndrico ou esférico ou tubular cilíndrico. Process according to Claims 50 to 52, characterized in that the mechanically resistant cylindrical substrate is selected from the group comprising a conductive or insulating material capable of withstanding the conditions of the blasting processes; able to withstand the conditions of chemical deposition processes from the vapor phase; and which may be made of cylindrical or spherical or cylindrical tubular shape.
54. Processo de acordo com a reivindicação 53, caracterizada pelo material condutor ou isolante ser escolhido do grupo que compreende quartzo, titânio, tungsténio e aço inox. Process according to Claim 53, characterized in that the conductive or insulating material is chosen from the group comprising quartz, titanium, tungsten and stainless steel.
55. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 50 a 54, caracterizado pela etapa de tratamento do substrato compreende as etapas de: a) jatear homogeneamente os substratos cilíndricos mecanicamente resistentes com granalhas de ferro ou aço;  Process according to any one of claims 50 to 54, characterized in that the substrate treatment step comprises the steps of: a) homogeneously blasting the mechanically resistant cylindrical substrates with iron or steel shot;
b) limpar os substratos cilíndricos mecanicamente resistentes, previamente jateados, com banho ultra-sônico em solução alcoólica cerca de 30 minutos; e  b) clean mechanically resistant cylindrical substrates, previously blasted, with an ultrasonic bath in alcoholic solution for about 30 minutes; and
c) imergir os substratos cilíndricos mecanicamente resistentes, limpos e jateados, em solução de hexano contendo pó de diamante em banho ultra-sônico.  c) Immerse the clean, sandblasted, mechanically resistant cylindrical substrates in a hexane solution containing diamond dust in an ultrasonic bath.
56. ÂNODO CILÍNDRICO caracterizado por compreender um substrato cilíndrico mecanicamente resistente, oco ou não, previamente jateado, revestido uniforme, homogéneo e aderentemente por um material diamantífero dopado (10) eletricamente semicondutor.  56. Cylindrical anode comprising a mechanically resistant hollow or unblasted cylindrical substrate, pre-blasted, uniformly coated, homogeneous and adhered to by an electrically semiconductor doped diamond material (10).
57. Ânodo de acordo com a reivindicação 56, caracterizado pelo substrato cilíndrico mecanicamente resistente compreender diâmetro externo a partir de 4 mm.  Anode according to claim 56, characterized in that the mechanically resistant cylindrical substrate comprises an outside diameter from 4 mm.
58. Ânodo de acordo com a reivindicação 57, caracterizado pelo diâmetro externo ser preferencialmente de 4 a 20 mm.  Anode according to Claim 57, characterized in that the outer diameter is preferably from 4 to 20 mm.
59. Ânodo de acordo com qualquer uma das reivindicações 56 a 58, caracterizado pelo substrato cilíndrico mecanicamente resistente ser selecionado do grupo que compreende um material condutor ou isolante capaz de suportar às condições dos processos de jateamento capaz de suportar às condições dos processos de deposição química a partir da fase de vapor; e que possa ser confeccionado no formato cilíndrico ou esférico ou tubular cilíndrico. Anode according to any one of claims 56 to 58, characterized in that the mechanically resistant cylindrical substrate is selected from the group comprising a conductive or insulating material capable of withstanding the conditions of blasting processes capable of withstanding the conditions of chemical deposition processes. from the vapor phase; and which may be made of cylindrical or spherical or cylindrical tubular shape.
60. Ânodo de acordo com a reivindicação 59, caracterizado pelo material condutor ou isolante ser escolhido do grupo que compreende quartzo, titânio, tungsténio e aço inox. Anode according to claim 59, characterized in that the conductive or insulating material is chosen from the group comprising quartz, titanium, tungsten and stainless steel.
61. Ânodo de acordo com a reivindicação 59, caracterizado pelo processo de jateamento ser realizado com granalhas capazes de promover o aumento da rugosidade e da área superficial do dito substrato cilíndrico. Anode according to claim 59, characterized in that the blasting process is carried out with shot blasting material capable of increasing the roughness and surface area of said cylindrical substrate.
62. Célula de acordo com a reivindicação 61 , caracterizada pela granalha ser de ferro.  A cell according to claim 61, characterized in that the shot is of iron.
63. Célula de acordo com a reivindicação 61 , caracterizada pela granalha ser de aço.  Cell according to claim 61, characterized in that the shot is of steel.
64. Ânodo de acordo com a reivindicação 56, caracterizado pelo material diamantífero dopado que reveste o ânodo compreender um material diamantífero submetido à condução elétrica por meio de dopagem com alguma impureza selecionada dentre os elementos químicos boro, fósforo, bismuto, nitrogénio e enxofre.  Anode according to claim 56, characterized in that the doped diamond material lining the anode comprises a diamond material subjected to electric conduction by doping with some impurity selected from the chemical elements boron, phosphorus, bismuth, nitrogen and sulfur.
65. Ânodo de acordo com as reivindicações 56 e 64, caracterizado pelo material diamantífero dopado que reveste o ânodo ser um semicondutor selecionado do grupo que compreende tipo p, tipo n e co-dopado.  Anode according to claims 56 and 64, characterized in that the anode-doped diamond material is a semiconductor selected from the group comprising type p, type n and co-doped.
66. Ânodo de acordo com qualquer uma das reivindicações 56 a 65, caracterizado pelo material diamantífero dopado que reveste o ânodo compreender um filme de espessura que varia preferencialmente de 0,5 a 50 Mm.  Anode according to any one of claims 56 to 65, characterized in that the anode-doped diamond material comprises a film of thickness preferably ranging from 0.5 to 50 mm.
67. Ânodo de acordo com a reivindicação 66, caracterizado pelo filme ser depositado preferencialmente pelo processo de deposição química a partir da fase de vapor. Anode according to claim 66, characterized in that the film is preferably deposited by the chemical deposition process from the vapor phase.
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