PT762927E - Celulas de electrolise simples e multiplas bem como disposicoes de tais celulas para a desionizacao de meios aquosos - Google Patents

Description

Descrição “Células de electrólise simples e múltiplas, bem como disposições de tais células para a desionização de meios aquosos” A invenção refere-se a uma célula electroquímica, de acordo com as características do preâmbulo da reivindicação 1, a células de electrólise múltiplas, bem como a disposição de células de electrólise simples e múltiplas.

Para a desionização de soluções aquosas, em especial no caso da preparação de água com o grau máximo de pureza, utilizam-se hoje células de electrodiálise, com a técnica do leito misto, Neste caso, concebe-se uma unidade de electrodiálise, de acordo com o pedido de patente EP 0 170 895, de modo tal que se formam, entre o cátodo e o ânodo, canais, que são separados uns dos outros por membranas permeáveis catiónicas e aniónicas. As câmaras de eléctrodo, respectivamente nas duas extremidades laterais das células, são formadas como câmaras de salmoura, que conduzem na corrente de salmoura. Aos dois canais de salmoura segue-se, para o interior da célula, respectivamente, uma câmara cheia de permutador de iões, que contêm um leito misto de resina permutadora, quer de aniões, quer de iões. Os dois canais de resina são de novo separados por um canal de salmoura colocado no meio da unidade de electrólise (comparar também GOT Fachz. Lab. 3/94, p. 190-198). Uma tal célula de electrólise pode ampliar-se, interligando entre as câmaras de eléctrodos formadas como câmaras de salmoura, outros canais de resina e de salmoura, em sequência alternada de uns com os outros.

As células de electrólise deste tipo, cheias com resinas mistas, têm no entanto o inconveniente de garantir uma regeneração electroquímica do leito de permutadores de iões, apenas se a água for dissociada em protões e hidroxiliões. 2 /? A patente DE-PS 967 953 apresenta um processo para a dessalinização de soluções, numa célula de electrodiálise que apresenta uma membrana selectiva, com a qual pode obter-se uma pureza e uma concentração residual de 0,0086 mol/1. O objectivo da presente invenção consiste em proporcionar uma célula electroquímica que pode ser regulada e controlada directamente pelo campo eléctrico aplicado e a corrente eléctrica aplicada. Além disso, é um objecto da invenção proporcionar células de electrólise múltiplas, bem como disposições de células de electrólise simples e múltiplas. O problema a resolver, que está na base da invenção, é resolvido enchendo as câmaras dos eléctrodos com material permutador de iões, mais precisamente a câmara de ânodo, com permutador aniónico, e a câmara do cátodo com permutador catiónico, e colocando-se os eléctrodos em contacto directo com os leitos de resina aniónico e catiónico e colocando, além disso, a câmara da salmoura directamente adjacente às câmaras dos eléctrodos. Isso tem como consequência que os ET ou, respectivamente os CH“ necessários para a regeneração do leito de resina, são gerados directamente no leito de resina e, desse modo, regeneram os permutadores de iões, o que possibilita um serviço contínuo das células e provoca uma regeneração electroquímica dos leitos de resina, desde a entrada à saída das câmaras de resina. A regeneração e o estado estacionário de carga da resina pode, no caso das células de acordo com a invenção, ser controlados pela variação de densidade de corrente aplicada. Além disso, a célula de acordo com a invenção é muito favorável, do ponto de vista da operação e da manutenção, devido à construção simples das células, com apenas poucas câmaras e com poucas membranas.

Uma outra vantagem da célula de acordo com a invenção consiste em que, (7 3 devido ao desenvolvimento de gases oxidantes nos ânodos, directamente na corrente principal da água a tratar, evitar-se ou diminui-se a possível criação de gérmens no leito de resina e na água purificada.

Uma outra vantagem da célula de acordo com a invenção consiste em que, pela reacção do oxigénio dissolvido nos cátodos da resina permutadora de aniões, em especial os que possuem grupos quaternários de trimetilamónio, são protegidos contra a decomposição oxidante. O hidrogénio resultante nos cátodos ainda reforça este efeito. A célula electroquímica de acordo com a invenção pode, além disso ser constituída como célula de electrólise múltipla, dispondo-se pelo menos duas das células uma ao lado da outra, de modo tal que as câmaras de eléctrodos associadas a eléctrodos iguais se situam uma ao lado da outra e possuem um eléctrodo comum, ou de modo que câmaras de eléctrodos associadas a eléctrodos diferentes se situam uma ao lado da outra, sendo estas separadas por uma membrana bipolar ou um eléctrodo bipolar. As células de electrólise múltiplas, assim formadas, são particularmente vantajosas para uma utilização eficaz dos eléctrodos. Pode duplicar--se a capacidade da célula apenas por acrescento de um eléctrodo e duas membranas permutadoras de iões. Por meio da constituição das células de electrólise múltiplas, mantém-se também constante a densidade de corrente local, a todo o comprimento da câmara. Outras formas de realização aperfeiçoadas vantajosas são células de electrólise múltiplas que possuem uma combinação qualquer de células com câmaras de eléctrodos, que possuem um eléctrodo comum e aquelas que são constituídas por uma membrana bipolar ou um eléctrodo bipolar separados uma do outro.

Além disso, as células de electrólise, simples ou múltiplas, podem ser ligadas em série, em qualquer combinação. Os circuitos desse tipo tem o efeito vantajoso de poderem aplicar-se diferentes densidades de corrente nas diferentes células, de modo que podem trabalhar duas células sob valores limites da densidade de corrente. Proporciona-se assim um melhor rendimento de corrente.

Uma outra vantagem das células de electrólise múltiplas ligadas em série consiste em que pode estabelecer-se entre as células um afastamento espacial tal que se faça a desionização parcial numa estação central e a desionização completa, para obter a água purificada, próximo do consumidor final.

Se, além disso, se fizer a condução da salmoura, tendo em atenção as células de electrólise combinadas entre si se fizer, em contracorrente em relação à solução a tratar pela permutação de iões, isso conduz, além disso, ao efeito vantajoso de, pela diminuição da retrodifúsão para uma segunda célula de electrólise, se melhorar a qualidade da água purificada.

Convenientemente, deriva-se além disso a condução da salmoura da entrada para a solução a tratar pela permutação de iões. Isto tem a vantagem de a corrente de salmoura, depois de atravessar a câmara de salmoura, poder ser de novo enviada para a solução de tratamento, num andar de pré-tratamento e evitando-se desse modo a produção de águas residuais de salmoura.

Adicionalmente, as câmaras de salmoura das células de acordo com a invenção que conduzem a corrente de salmoura são preenchidas com espaçadores género redes e/ou com resina(as) permutador(as) de iões, podendo a resina permutadora de iões ser quer uma resina permutadora de aniões, quer uma resina permutadora de catiões ou ainda uma mistura das duas. Por meio do enchimento da resina, aumenta-se a condutibilidade iónica e, portanto, diminui-se substancialmente a tensão total nas células. Depois de terminar o processo de desionização, a corrente de salmoura pode então reenviar-se para um andar de pré-tratamento, por exemplo para a entrada de uma osmose inversa, ligada antes, de modo que, no fim de contas, apenas resulta um meio desionizado e melhora-se a relação entre a água purificada e a água em bruto.

Uma outra forma de realização vantajosa da célula de acordo com a invenção é que as membranas que separam as câmaras da salmoura das câmaras dos eléctrodos são membranas permutadoras de aniões e membranas permutadoras de catiões.

Nos desenhos anexos estão representados esqumaticamente exemplos de realização, os quais vão ser descritos a seguir. A fig. 1 mostra uma célula electroquímica simples, na qual a câmara do cátodo (1) está preenchida com permutador de aniões e a câmara do ânodo (3) está cheia com permutador de catiões. Limitada imediatamente pela câmara do cátodo (1) e pela câmara do ânodo (3), está a câmara da salmoura (2), que é separada das duas câmaras dos eléctrodos pela membrana permutadora de aniões (4) e pela membrana de catiões (5). Através da entrada (6), a solução a tratar é conduzida primeiramente através da câmara (1) do cátodo, através do permutador de aniões aí contido e em seguida através da câmara (3) do ânodo, através do permutador de catiões aí contido. O meio desionizado é fínalmente escoado através da saída (7). A partir da entrada (6) da corrente principal, ramifica-se a conduta (8) da salmoura, através da qual é conduzida a corrente de salmoura, através da câmara da salmoura (2) . Aí, a corrente de salmoura recebe os iões e os catiões que passam através das membranas (4) e (5), os quais são em seguida escoados com a corrente de salmoura, através da derivação (9).

Na fíg. 2 estão indicadas 2 células da fíg. 1, dispostas uma ao lado da outra, e que possuem um ânodo comum. A câmara do ânodo (3), desse modo resultante, é separada das duas câmaras de cátodo (1, Γ), por duas câmaras (2, 2’) de salmoura, sendo novamente as câmaras limitadas pelas membranas permutadoras de aniões (4, 4’) e as membranas permutadoras de catiões (5, 5’). Além disso, está ilustrado, a título de exemplo, o modo como a corrente principal e a corrente de salmoura são conduzidas através de uma tal célula de electrólise múltipla: no caso representado, conduz-se através da entrada (6) a solução a tratar, em corrente directa, primeiro através das duas câmaras de cátodo (1, Γ). As duas correntes parciais são em seguida conduzidas conjuntamente numa corrente principal, que é mais desionizada, na câmara de ânodo (3) e, fínalmente, escoada através da saída (7). A corrente de salmoura derivada da entrada (6) da corrente principal através da entrada (8) é primeiramente conduzida através da câmara de salmoura (2) e, em seguida, através da câmara de salmoura (2’), de modo que a passagem desta corrente, relativamente à corrente principal, se faz quer em concorrência, quer em contracorrente. A célula de electrólise múltipla representada na fíg. 2 pode, se necessário, ser modificada, acrescentando-lbe uma ou mais das células representadas na fíg. 1, de modo tal que se situam outras câmaras associadas a eléctrodos iguais, umas ao lado das outras, possuindo um eléctrodo comum, de modo que as câmaras de cátodo e de ânodo se sucedem de maneira alternada e separadas respectivamente por câmaras de salmoura A célula de electrólise múltipla representada na fíg. 3 difere da célula representada da fig. 2, na medida em que aqui se dispõem duas células de acordo com a fig. 1, uma ao lado da outra, de modo que a câmara do ânodo (3) se segue directamente a câmara do cátodo (Γ), da célula acrescentada, ficando as duas câmaras separadas por uma membrana (10) bipolar (10) ou um eléctrodo bipolar (10). Também neste desenho se ilustra, a título de exemplo, a passagem da corrente principal e da corrente da salmoura através de câmaras individuais da célula. No caso aqui representado, a condição das correntes faz-se através das câmaras da célula, de maneira alternada.

Também a célula de electrólise múltipla representada na fig. 3 podem ligar-se de maneira apropriada.

Além disso, podem ligar-se, umas às outras, células de acordo com a fig. 1, e de acordo com a fig. 2, bem como de acordo com a fig. 3, de modo que resultam células de electrólise múltiplas, nas quais podem situar-se, umas ao lado das outras, câmaras de eléctrodos associadas a eléctrodos iguais, com eléctrodos comuns, como câmaras de eléctrodos associadas a eléctrodos diferentes, separadas umas das outras por um elemento bipolar.

Na fig. 4 estão ligadas em série 2 das células, representadas na fig. 2. Neste caso, a corrente principal da solução a tratar é conduzida em primeiro lugar através da célula (1), como já se representou na fig. 2 e se descreveu anteriormente. Depois da desionização do meio, na câmara do ânodo (3), a corrente é conduzida para a célula (Π) e atravessa esta da mesma maneira que a célula (I). A condução da salmoura faz-se, pelo contrário, tendo em atenção as duas células combinadas entre si, nas duas células combinadas entre si, nas duas células combinadas em contracorrente com a contracorrente com a corrente principal, isto é, a corrente da 8 salmoura derivada da corrente principal é conduzida primeiro para a célula (Π). Aí, a corrente de salmoura atravessa as duas câmaras de salmoura (2) e (2’), em corrente concordantes, é depois disso conduzido à célula (I) e atravessa aí igualmente as duas câmaras de salmoura em corrente concordantes. Numa forma de realização concreta, de acordo com a fig. 4, a corrente principal (6), através das células (I) e (Π) tem o valor de 130 1/h. A capacidade na entrada tem um valor de cerca de 30 ps/cm, na saída da célula (I) 0,8 - 0,5 ps/cm e na saída (7) da célula (II) 0,055 ps/cm (25°C). A corrente de salmoura (8) tinha um valor de cerca de 10 1/h, com uma condutividade de cerca de 150 ps/cm. Esta corrente parcial pode ser reconduzida através de uma instalação UO, anterior, de novo para o processo. As correntes eléctricas aplicadas às células (I) e (Π) tinham um valor de 5 A e 1 A, no caso de volumes de resina de 0,8 1 por célula de resina aniónica e resina catiónica.

Nas fig. 5 e 6 representam-se outras possibilidades da condução da corrente principal através das células ligadas em série, sendo a corrente principal de acordo com a fig. 5 através da câmara do cátodo e de acordo com a fig. 6 através da câmara do ânodo. Evidentemente as conduções da corrente através das células ligadas em série representadas, podem combinar-se de uma maneira qualquer.

Lisboa, 7 de Novembro de 2001

Claims (10)

1. >V /? 1 Reivindicações 1. Célula electroquímica para a desionização de soluções aquosas, através de permutação de iões, equipada com entradas (6) e saídas (7), para a solução a tratar por permutação de iões, bem como com uma condução de corrente de salmoura (8) e um esgoto (9) de salmoura, estando além disso equipada com permutadores de iões e com eléctrodos, aos quais se seguem, para o interior, as câmaras de eléctrodos, a câmara de cátodo e a câmara de ânodo (1, 3), entre as quais se encontram, separadas por membranas (4, 5), uma câmara da salmoura (2) limitadas directamente pelas câmaras de eléctrodos (1, 3) e as câmaras de eléctrodos estão preenchidas com material permutador de iões, contendo a câmara (1) do cátodo um permutador aniónico e a câmara (3) do ânodo um permutador catiónico, e encontrando-se os eléctrodos em contacto directo com os leitos de resinas permutadora aniónica e permutadora catiónica, e por a câmara de cátodo (1) e a câmara de ânodo (2) estarem em ligação, do lado oposto à entrada (6) e à saída (7), por uma conduta.
2. 2. Célula electroquímica que consiste pelo menos em duas células de acordo com a reivindicação 1, dispostas uma ao lado da outra, de modo que câmaras de eléctrodos associadas a eléctrodos iguais ficam situadas uma ao lado da outra e possuem um eléctrodo comum.
3. 3. Célula electroquímica, constituída por pelo menos duas células de acordo com a reivindicação 1, dispostas uma ao lado da outra de modo que câmaras 2

   de eléctrodos diferentes se situam uma ao lado da outra, sendo estas separadas por uma membrana bipolar (10) ou um eléctrodo bipolar (10).
4. 4. Célula electroquímica constituída por uma combinação qualquer de células de acordo com as reivindicações 2 e 3.
5. 5. Célula electroquímica constituída por pelo menos duas células electroquímicas de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, ligadas umas a seguir às outras, em série, em qualquer combinação.
6. 6. Célula electroquímica de acordo com a reivindicação 5 que estão ligadas de modo tal que a condução (8) da salmoura, relativamente às células de electrólise combinadas entre si, é feita em contracorrente com a solução a tratar por permutação de iões.
7. 7. Célula electroquímica de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por a condução (8) da salmoura ser derivada a partir da entrada para a solução (6) a tratar por permutação de iões.
8. 8. Célula electroquímica de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por as câmaras (2) que conduzem a corrente de salmoura serem preenchidas com espaçadores tipo rede e/ou com resina permutadora de iões.
9. 9. Célula electroquímica de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por a resina permutadora de iões ser uma resina permutadora de aniões ou uma resina permutadora de catiões ou uma mistura de ambas.
10. 10. Célula electroquímica de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por as membranas (4, 5), que separam as câmaras de salmoura (2) das câmaras de eléctrodos (1, 3), serem membranas permutadoras de aniões (4) e membranas permutadoras de catiões (5). Lisboa, 7 de Novembro de 2001 O Ageete Oíiciai da Propi eclode Industrial

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