DE3938027A1

DE3938027A1 - Replacing rotating elements in voltametric diffusion cell - by equivalent liq. movements into and out of apertured central vessel

Info

Publication number: DE3938027A1
Application number: DE3938027A
Authority: DE
Inventors: Waldfried Prof Dr Plieth
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-11-13
Filing date: 1989-11-13
Publication date: 1991-05-23

Abstract

In voltametric processes such as chronoamperometry or cyclical voltametry involving control of diffusion, based on hydrodynamic flow and derived from concn. differences between a main body of electrolyte and that at the surface of a rotating disc or combination of disc and ring, similar conditions are produced by moving the liq. itself rather than an immersed disc etc.. In suitable appts. the cell contains an inner cylindrical vessel (2) contg. a fixed electrode and counter-electrode (5a, 5b) and with holes or slots in floor and base for inward and outward movement of electrolyte under the stirring action of a submerged magnetic bar rotated by a standard external unit (4). ADVANTAGE - Provides suitable flow conditions without problems of contacts and centering.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Strömungsverhältnissen in Flüssigkeiten, vorzugsweise Elektrolyten, wie sie an einer rotierenden Scheibe oder an einer rotierenden Scheiben-Ring-Kombination auftreten.The invention relates to a method for generating flow conditions in liquids, preferably electrolytes, such as those on a rotating Disc or on a rotating disc-ring combination.

Üblicherweise wird zur Kontrolle der Diffusion bei der Voltammetrie, der zyklischen Voltammetrie, der Chronoamperometrie, der Chronopotentiometrie und ähnlicher voltametrischer Verfahren eine Scheibe, eine Kombination Scheibe Ring, oder eine Einbettung in einen rotationssymmetrischen Körper, in rotierende Bewegung gesetzt, wobei sich an der Stirnseite des Rotationskörpers aufgrund der Gesetze der Hydrodynamik eine Strömung einstellt, in der sich stabile Diffusionsverhältnisse bei Konzentrationsunterschieden zwischen der Oberfläche des entsprechenden Körpers und dem bewegten Teil der Lösung ein stellen.To control diffusion in voltammetry, the cyclic voltammetry, chronoamperometry, chronopotentiometry and similar voltametric methods one disc, a combination disc Ring, or an embedding in a rotationally symmetrical body, in rotating movement set, being on the front side of the rotating body due to the laws of hydrodynamics there is a flow in which stable diffusion ratios with concentration differences between the Surface of the corresponding body and the moving part of the solution put.

Ein Nachteil der bekannten Methoden sind Kontaktprobleme sowie Probleme der Zentrierung der zylindersymmetrischen Anordnung.A disadvantage of the known methods are contact problems as well as problems of Centering the cylindrical symmetrical arrangement.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Zurverfügungstellung eines Verfahrens, welches unter Vermeidung von Kontaktproblemen und ohne Zentrierungsmaßnahmen analoge Strömungsverhältnisse wie bei rotierenden Scheiben oder Scheiben-Ring-Kombinationen erzeugt.The object of the present invention is therefore to provide a Process, which avoiding contact problems and without Centering measures analogous flow conditions as with rotating Discs or disc-ring combinations generated.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs gelöst.This task is accomplished by a procedure according to the characterizing part of the Claim resolved.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Kennzeichnungsteilen der Unteransprüche zu entnehmen.Further refinements of the invention are the labeling parts of the Take subclaims.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht unter Rotation einer Flüssigkeit die Erzeugung von Strömungsverhältnissen, wie sie üblicherweise an rotierenden Scheiben, rotierenden Scheiben-Ring-Kombinationen und ähnlichen Abwandelungen, wie zum Beispiel Ring-Ring-Scheiben-Kombinationen oder Ring-Scheiben-Kombina tionen mit getrennten Ringen, auftreten. The method according to the invention enables the rotation of a liquid Generation of flow conditions, as is usually the case on rotating Discs, rotating disc-ring combinations and similar modifications, such as ring-ring-disc combinations or ring-disc combinations with separate rings.

Desgleichen können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Strömungsverhältnisse erzeugt werden, wie sie üblicherweise an beliebigen Stirnflächen, eingebettet in einen zylindersymmetrischen Körper, durch Rotation des zylindersymmetrischen Körpers erzeugt werden können.Similarly, with the method according to the invention Flow conditions are generated, as they are usually at any End faces, embedded in a cylindrically symmetrical body, by rotation of the cylindrically symmetrical body can be generated.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird damit anwendbar zur Kontrolle der Diffusion bei der Voltammetrie, der zyklischen Voltammetrie, der Chronoamperometrie, der Chronopotentiometrie und ähnlicher voltametrischer Verfahren. Es ist auch anwendbar zur Kontrolle der Diffusion bei der Ring-Scheiben-Elektrode. Es ist außerdem anwendbar zur Kontrolle der Strömungs- und Diffusionsverhältnisse bei nicht-elektrochemischen und kombiniert elektrochemischen und nicht-elektrochemischen Anwendung der genannten Systeme.The method according to the invention can thus be used to control the diffusion in voltammetry, cyclic voltammetry, chronoamperometry, the Chronopotentiometry and similar voltametric methods. It is also applicable to control the diffusion of the ring-disc electrode. It is can also be used to control the flow and diffusion conditions non-electrochemical and combined electrochemical and non-electrochemical application of the systems mentioned.

Überraschenderweise lassen sich die Strömungsverhältnisse an einem solchen System dadurch vorteilhaft simulieren, wenn man anstelle der Elektrode die Lösung beziehungsweise den Elektrolyten in eine rotierende Bewegung versetzt.Surprisingly, the flow conditions can be such This advantageously simulates the system if instead of the electrode the Solution or the electrolyte in a rotating movement.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt in besonders vorteil hafter Weise in einer speziellen Zellkonstruktion oder einem bestimmten Zelleinsatz in üblichen Zellkonstruktionen. Diese vorteilhafte Zellkonstruktion stellt ein zylindrisches Gefäß dar, in dem die Wand und der Boden der inneren Zelle gleichmäßig mit Löchern, Schlitzen oder anderen geometrischen Öffnungs formen versehen sind, so daß bei Rotation des Elektrolyten der innere Zellenteil eine pumpenähnliche Wirkung entfaltet, die zur Abströmung des Elektrolyten nach den Seiten und zum Ansaugen von Elektrolyt durch den Boden der inneren Zelle führt.The method according to the invention is carried out particularly advantageously in a special cell construction or a specific one Cell insert in common cell constructions. This advantageous cell construction represents a cylindrical vessel in which the wall and the bottom of the inner Cell evenly with holes, slits or other geometrical opening Shapes are provided so that when the electrolyte rotates the inner Cell part unfolds a pump-like effect that leads to the outflow of the Electrolytes to the sides and to suck electrolyte through the floor the inner cell leads.

Die Strömungsverhältnisse in einer schematischen Zellkonstruktion sind in Fig. 1 dargestellt: in Fig. 2 sind Einsätze in üblichen Zellen dargestellt, wie sie zur Simulation der entsprechenden Strömungsverhältnisse in diesen Zellen verwendet werden können. In Fig. 3 ist die Aufsicht auf eine derartige Zelle mit solchen Einsätzen abgebildet.The flow conditions in a schematic cell construction are shown in FIG. 1: FIG. 2 shows inserts in conventional cells, as can be used to simulate the corresponding flow conditions in these cells. In Fig. 3, the supervisory is depicted in such a cell with such operations.

In Fig. 4 ist ein modifizierter Dichtring, ausgebildet als Träger für den zylindrischen Gefäßeinsatz mit perforierter Wand und perforiertem Boden ge zeigt.In Fig. 4 is a modified sealing ring, designed as a carrier for the cylindrical vessel insert with perforated wall and perforated bottom shows ge.

Hierin bedeuten
1 erfindungsgemäße Elektrolytzelle
2 zylindrischer Gefäßeinsatz mit perforierter Wand und perforiertem Boden
3 Magnetstab
4 Magnetrührer
5a Scheibenelektrode beziehungsweise Ring-Scheibenelektrode
5b Gegenelektrode
6 übliche Elektrolytzelle
7 Deckel mit erfindungsgemäßem zylindrischem Einsatz
8 Öffnungen zum Einsatz von Elektroden, Gaszu- und ableitung, Thermometer unter anderem
9 DichtringMean here
1 electrolyte cell according to the invention
2 cylindrical tube insert with perforated wall and perforated bottom
3 magnetic rod
4 magnetic stirrers
5 a disc electrode or ring disc electrode
5 b counter electrode
6 common electrolyte cell
7 cover with cylindrical insert according to the invention
8 openings for the use of electrodes, gas inlet and outlet, thermometer among others
9 sealing ring

Die Rotation kann zum Beispiel in der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch einen Magnetstab (3) im inneren Zellteil (2) erfolgen, gekoppelt an einen Magnetrührer (4) geeigneter Konstruktion. Die Elektrode (6) ist im Gegensatz zu den rotierenden Systemen eine stationäre Elektrode, so daß Kontaktprobleme, wie sie bei rotierenden Scheiben- oder Ringscheibenelektroden auftreten, entfallen. Probleme der Zentrierung der zylindersymmetrischen Anordnung, der rotierenden Scheiben, rotierenden Ringscheiben oder zylindersymmetrischen Systeme sind damit ebenfalls gelöst. Desgleichen entfällt der aufwendige Aufbau für eine stabile Halterung der rotierenden Systeme. The rotation can take place, for example, in the device according to the invention by means of a magnetic rod ( 3 ) in the inner cell part ( 2 ), coupled to a magnetic stirrer ( 4 ) of a suitable construction. In contrast to the rotating systems, the electrode ( 6 ) is a stationary electrode, so that contact problems such as occur with rotating disk or ring disk electrodes are eliminated. Problems of centering the cylindrically symmetrical arrangement, the rotating disks, rotating ring disks or cylindrically symmetrical systems are thus also solved. Likewise, the complex structure for a stable mounting of the rotating systems is eliminated.

In Fig. 5 ist schließlich das Beispiel einer elektrochemischen Reaktion nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt. Selbst bis zu Umdrehungsgeschwin digkeiten von 2000 U/min wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die optimale Simulation der rotierenden Scheibenelektrode im betreffenden Fall verwirklicht.Finally, FIG. 5 shows the example of an electrochemical reaction using the method according to the invention. Even up to speeds of 2000 revolutions per minute, the optimal simulation of the rotating disk electrode is realized in the case in question according to the inventive method.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung von Strömungsverhältnissen in Flüssigkeiten, vorzugsweise Elektrolyten, wie sie an einer rotierenden Scheibe oder an einer rotierenden Scheiben-Ring-Kombination auftreten, dadurch gekennzeich net, daß anstelle der Scheibe die Flüssigkeit in Bewegung gesetzt wird.1. A method for generating flow conditions in liquids, preferably electrolytes, as they occur on a rotating disc or on a rotating disc-ring combination, characterized in that the liquid is set in motion instead of the disc.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1 zur Erzeugung von Strömungsverhältnissen, wie sie an beliebigen geometrischen Flächen an der Stirnseite einer zylinder symmetrischen Einbettung auftreten.2. The method according to claim 1 for generating flow conditions as they on any geometric surface on the face of a cylinder symmetrical embedding occur.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 zur Erzeugung der Diffusionsverhältnisse, wenn von oder zu der Scheibe ein Material-, Wärme- oder sonstiger Transport stattfindet, insbesondere, wenn die Scheibe als Elektrode in einer elektro chemischen Zelle verwendet und an der Elektrode eine Elektrolyse durchge führt wird.3. The method according to claim 1 for generating the diffusion ratios when material, heat or other transport from or to the pane takes place, especially if the disc as an electrode in an electro chemical cell used and electrolysis on the electrode leads.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1 zur Erzeugung der Diffusionsverhältnisse, wenn von der Scheibe ein Material-, Wärme- oder sonstiger Transport ausgeht, der an dem Ring durch elektrochemische optische oder sonstige Verfahren detektiert werden kann, insbesondere, wenn die Scheiben-Ring-Kombination als Scheiben-Ring- Elektrode oder als Scheiben-Elektrode mit optisch trans parentem Ring zur photometrischen Detektion verwendet wird.4. The method according to claim 1 for generating the diffusion ratios when material, heat or other transport emanates from the pane, which on the ring by electrochemical optical or other methods can be detected, especially if the disc-ring combination as a disc ring electrode or as a disc electrode with optically trans parent ring is used for photometric detection.

5. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 4. 5. Apparatus for performing the method according to claims 1 to 4.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus einem in einer üblichen Elektrolytzelle angeordneten zylindrischen Gefäß mit Rührstab, vorzugsweise einem mittels eines Magnetrührers betriebenen Magnetstabs, besteht, in dem die Wände und der Boden mit Löchern, Schlitzen oder anderen geometrischen Öffnungsformen versehen sind.6. The device according to claim 5, characterized in that it consists of a in a cylindrical vessel arranged with a conventional electrolyte cell Stirring rod, preferably one operated by means of a magnetic stirrer Magnetic wand, is made up of walls and floor with holes, slits or other geometric opening shapes are provided.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese als Verschlußdeckel gestaltet ist.7. The device according to claim 6, characterized in that these as Cap is designed.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß diese in üblichen Elektrolytzellen verwendet werden kann, mit denen ohne Veränderung dieser Zellen das obige Verfahren auf übliche Zellkonstruktionen übertragen werden kann.8. The device according to claim 5, characterized in that these in usual Electrolytic cells can be used with which without changing this Cells the above procedure can be transferred to conventional cell constructions can.