ES2676493T3

ES2676493T3 - Generación electrocatalítica de dióxido de cloro

Info

Publication number: ES2676493T3
Application number: ES15738374.6T
Authority: ES
Inventors: Kenneth L. Hardee
Original assignee: Industrie de Nora SpA
Current assignee: Industrie de Nora SpA
Priority date: 2014-07-17
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2018-07-20
Anticipated expiration: 2035-07-17
Also published as: TR201811290T4; CL2017000115A1; RU2674688C2; AU2015289095A1; CN106536790A; IL249542A0; AU2015289095B2; PH12016502566A1; JP2017522456A; US20170211194A1; US10590546B2; CA2951002C; MY175177A; EP3169829B1; MX376797B; RU2017104923A; RU2017104923A3; KR102405372B1; EP3169829A1; BR112017000889A2

Abstract

Elemento de electrodo que consiste en un electrodo integral que comprende dos componentes catalizadores distintos dispuestos en una pieza individual independiente, que comprende: - un sustrato metálico de válvula; - un primer componente catalizador aplicado a dicho sustrato, dicho primer componente catalizador adecuado para producir oxígeno a partir de una solución acuosa bajo polarización anódica; - un segundo componente catalizador adecuado para generar dióxido de cloro a partir de una solución de clorato en un ambiente ácido; estando dichos primer y segundo componentes catalizadores aislados eléctricamente uno del otro.

Description

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DESCRIPCION

Generación electrocatalítica de dióxido de cloro Campo de la invención

La invención se refiere a la producción de dióxido de cloro (CIO2) y particularmente a un elemento de electrodo adecuado y a un proceso catalítico para la producción de dióxido de cloro.

Antecedentes de la invención

Históricamente, el CO2 se ha preparado comercialmente por una reacción entre un clorato metálico en una solución acuosa, tal como clorato de sodio (NaClOa), y un ácido relativamente fuerte tal como ácido sulfúrico, fosfórico o clorhídrico.

En general, los procesos para generar CO2 usan una materia prima que contiene clorato alcalino, normalmente NaClOa, que también incluye una sal de haluro de metal alcalino u otros agentes reductores. La materia prima de clorato de sodio para un proceso de producción de CO2 de este tipo es normalmente generada por electrólisis de salmuera de cloruro de sodio en cualquier forma conocida. Cuando los cloruros se usan como el agente reductor, la mezcla de salmuera y clorato se alimenta directamente a uno o más reactores donde la materia prima contacta un ácido deseado y reacciona para formar CO2. Debido a la alta cantidad de acidez requerida, por ejemplo, ácido 5- 10N, junto con la necesidad de un agente reductor, no se realiza la producción a pequeña escala de CO2 a partir de NaClOa. Se presentan ejemplos de procesos de generación de ClO2 por medio de reducción electroquímica o catalítica de clorato de sodio en ácido fuerte, por ejemplo, en los documentos US4501824, US426263, US4381290 y US4362707. Estas enseñanzas del estado de la técnica permiten prescindir de la necesidad de un agente reductor separado, que sigue requiriendo, no obstante, un suministro químico de ácido en el proceso.

El documento US 6.203.688 B1 describe un proceso y un dispositivo para generar dióxido de cloro partiendo de una solución de clorito que comprende una etapa de acidificación en una celda de acidificación y una etapa de evolución de dióxido de cloro en una celda posterior. Los documentos US 3.873.437 A y US 4.388.162 A describen electrodos segmentados provistos con un tipo único de componente catalizador con la misma función en todos los segmentos.

Sumario de la invención

Varios aspectos de la invención están dispuestos en las reivindicaciones adjuntas.

En un aspecto, la invención se refiere a un elemento de electrodo como se define en la reivindicación 1 que comprende un sustrato metálico de válvula; un primer componente catalizador aplicado a dicho sustrato, dicho primer componente catalizador adecuado para producir oxígeno a partir de una solución acuosa bajo polarización anódica; un segundo componente catalizador adecuado para generar dióxido de cloro a partir de una solución de clorato en un ambiente ácido; dicho primer y segundo componente catalizador estando aislado eléctricamente uno del otro.

En virtud de la disposición anterior, la evolución anódica del oxígeno con la consiguiente generación de protones propicia una disminución del pH local en la superficie del primer componente catalizador. En otras palabras, la reacción anódica electroquímica produce la concentración ácida adecuada para realizar la reducción catalítica de clorato a dióxido de cloro sin la necesidad de ninguna adición externa de ácido. El elemento de electrodo de la invención es por lo tanto adecuado para generar dióxido de cloro a partir de agua y una solución de clorato solo, evitando así la manipulación de ácidos minerales fuertes tales como ácido sulfúrico.

Con el elemento de electrodo se pretende en la presente un electrodo integral que comprende dos componentes catalizadores distintos dispuestos en una única pieza independiente, los dos componentes catalizadores estando separados cada uno mediante un separador aislante adecuado, o en contacto íntimo pero aislados eléctricamente uno del otro.

En una realización, el segundo componente catalizador del elemento de electrodo se soporta en un soporte cerámico. El soporte cerámico, por ejemplo, puede estar en la forma de unos medios cerámicos discretos tales como los asientos de destilación.

En otra realización, el segundo componente catalizador del elemento de electrodo está soportado en un soporte metálico.

Este segundo componente catalizador puede ser opcionalmente polarizado hasta un potencial inferior para aumentar la producción de dióxido de cloro.

En una realización, el segundo componente catalizador del elemento de electrodo se conecta a una fuente de

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energía.

En una realización, el primer componente catalizador del elemento de electrodo comprende óxidos de metales nobles.

En una realización, en el elemento de electrodo de acuerdo con la invención el segundo componente catalizador es una mezcla de óxidos de metales nobles seleccionados del grupo que consiste en óxido de rutenio, óxido de iridio, óxido de paladio, óxido de rodio y óxido de platino. Opcionalmente, el segundo componente catalizador también comprende un óxido metálico de válvula.

En una realización, el segundo componente catalizador del elemento de electrodo está en la forma de una lámina o malla cerámica o metálica o de un material poroso.

En otro aspecto, la invención se refiere a una celda electrolítica que comprende al menos un elemento de electrodo como se ha descrito anteriormente.

En una realización, la celda electrolítica está equipada con elementos de electrodo dispuestos como una matriz de primeros componentes catalizadores intercalados aplicados a sustratos y segundos componentes catalizadores, los primeros y segundos componentes catalizadores estando aislados recíprocamente.

En otro aspecto adicional, la invención se refiere a un proceso para la generación de dióxido de cloro sobre un componente catalizador que comprende las etapas de:

- proporcionar una celda electroquímica que comprende al menos un cátodo y al menos un elemento de electrodo como se describe en la reivindicación 1 como el ánodo;

- suministrar dicha celda con una materia prima acuosa que contiene una solución de clorato;

- electrolizar dicha materia prima pasando una corriente eléctrica entre el cátodo y el ánodo formando de esta manera oxígeno y acidez sobre la superficie de dicho primer componente catalizador y suministrando acidez en los alrededores de la superficie de dicha segunda capa de catalizador;

- extraer y recuperar el dióxido de cloro generado sobre la capa catalítica.

Preferentemente, la solución se electroliza a una temperatura de 40 °C a 90 °C.

Los siguientes ejemplos se incluyen para demostrar realizaciones particulares de la invención, cuya viabilidad se ha verificado ampliamente en el intervalo reivindicado de valores. Los expertos en la materia deberían apreciar que las composiciones y técnicas divulgadas en los ejemplos siguientes representan composiciones y técnicas descubiertas por los inventores para funcionar bien en la práctica de la invención; sin embargo, los expertos en la materia deberían, a la luz de la presente divulgación, apreciar que se pueden realizar muchos cambios en las realizaciones específicas y seguir obteniendo un resultado parecido o similar sin apartarse del alcance de la invención.

Ejemplo

Se preparó una celda electroquímica que comprendía una barra de titanio revestida de 0,5 cm de diámetro como el ánodo. El revestimiento del ánodo consistió en 10 g/m2 de óxidos mezclados de iridio y tántalo en una relación molar 2:1. Una malla expandida de titanio revestida que sirve como soporte para el segundo elemento catalizador se enrolló alrededor de la barra con un separador dispuesto entre los mismos para proporcionar aislamiento eléctrico. El revestimiento de la malla de titanio consistió en 10 g/m2 de RuO2/RhO2 en una relación molar 1:2. Una solución de NaClO3 2M se suministró como la materia prima de electrolito. La reacción se realizó a una temperatura de 61 °C y a una densidad de corriente del ánodo de 50 mA/cm2.

El ensayo se llevó a cabo durante 5 horas. Se tomó una muestra cada hora y se caracterizó en un espectrofotómetro UV/VIS (Hach DR 5000). La figura muestra el aumento en la concentración de dióxido de cloro como una función de tiempo.

La descripción anterior no debería tener la finalidad de limitar la invención, que puede usarse de acuerdo con diferentes realizaciones sin apartarse del alcance de la misma, y cuya extensión únicamente viene definida por las reivindicaciones adjuntas.

A lo largo de la descripción y las reivindicaciones de la presente solicitud, el término "comprenden" y sus variaciones tales como "que comprende" y "comprende" no tienen la finalidad de excluir la presencia de otros elementos, componentes o etapas del proceso adicionales.

El análisis de documentos, actas, materiales, dispositivos, artículos y similares se incluye en la presente memoria descriptiva únicamente para el fin de proporcionar un contexto para la presente invención. No se sugiere ni representa que cualquiera o todas estas materias formen parte de la base del estado de la técnica o fueran de

conocimiento general común en el campo pertinente de la presente invención antes de la fecha de prioridad de cada reivindicación de la presente solicitud.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Elemento de electrodo que consiste en un electrodo integral que comprende dos componentes catalizadores distintos dispuestos en una pieza individual independiente, que comprende:

- un sustrato metálico de válvula;

- un primer componente catalizador aplicado a dicho sustrato, dicho primer componente catalizador adecuado para producir oxígeno a partir de una solución acuosa bajo polarización anódica;

- un segundo componente catalizador adecuado para generar dióxido de cloro a partir de una solución de clorato en un ambiente ácido;

estando dichos primer y segundo componentes catalizadores aislados eléctricamente uno del otro.
2. Elemento de electrodo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho segundo componente catalizador está soportado en un soporte cerámico.
3. Elemento de electrodo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho segundo componente catalizador está soportado en un soporte metálico.
4. Elemento de electrodo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho primer componente catalizador comprende óxidos de metales nobles.
5. Elemento de electrodo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho segundo componente catalizador es una mezcla de óxidos de metales nobles seleccionados del grupo que consiste en óxido de rutenio, óxido de iridio, óxido de paladio, óxido de rodio y óxido de platino, comprendiendo opcionalmente un óxido metálico de válvula.
6. Elemento de electrodo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho segundo componente catalizador está en la forma de una lámina, una malla o un material poroso.
7. Celda electrolítica que comprende al menos un elemento de electrodo como se describe en la reivindicación 1.
8. Celda electrolítica de acuerdo con la reivindicación 7, en la que los elementos de electrodo están dispuestos como una matriz de primeros componentes catalizadores intercalados aplicados a sustratos y segundos componentes catalizadores aislados unos de otros.
9. Celda electrolítica que comprende al menos un elemento de electrodo como se describe en la reivindicación 3 y una fuente de energía, en donde dicho segundo componente catalizador está conectado a dicha fuente de energía.
10. Proceso para la generación de dióxido de cloro sobre un componente catalizador, que comprende las etapas de:

- proporcionar una celda electroquímica que comprende al menos un cátodo y al menos un elemento de electrodo como se describe en la reivindicación 1 como ánodo;

- rellenar dicha celda con una materia prima acuosa que contiene una solución de clorato;

- electrolizar dicha materia prima pasando una corriente eléctrica entre el cátodo y el ánodo formando de esta manera oxígeno y acidez sobre la superficie de dicho primer componente catalizador y por lo tanto acidez en contacto estrecho con la superficie de dicha segunda capa de catalizador;

- extraer y recuperar el dióxido de cloro generado sobre dicha segunda capa catalítica.