HU224056B1 - Eljárás és reaktor, fluidumban oldhatatlan anyag, például koromszemcsék elektrokémiai átalakítására, ion-szelektív elektrolit és elektródanyag - Google Patents
Eljárás és reaktor, fluidumban oldhatatlan anyag, például koromszemcsék elektrokémiai átalakítására, ion-szelektív elektrolit és elektródanyag Download PDFInfo
- Publication number
- HU224056B1 HU224056B1 HU9903107A HUP9903107A HU224056B1 HU 224056 B1 HU224056 B1 HU 224056B1 HU 9903107 A HU9903107 A HU 9903107A HU P9903107 A HUP9903107 A HU P9903107A HU 224056 B1 HU224056 B1 HU 224056B1
- Authority
- HU
- Hungary
- Prior art keywords
- electrode
- fluid
- ion
- electrolyte
- electrochemical
- Prior art date
Links
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 107
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 103
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 102
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 90
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 76
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 239000002001 electrolyte material Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 239000004071 soot Substances 0.000 title description 20
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 109
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 86
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims abstract description 57
- 239000002198 insoluble material Substances 0.000 claims abstract description 54
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 53
- 239000002195 soluble material Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 20
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 44
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 35
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 35
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims description 30
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 24
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 23
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims description 20
- 239000010416 ion conductor Substances 0.000 claims description 20
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 16
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 12
- GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N hydron Chemical group [H+] GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 12
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 12
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 9
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 6
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims description 6
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 5
- CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N gadolinium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Gd+3].[Gd+3] CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- BQENXCOZCUHKRE-UHFFFAOYSA-N [La+3].[La+3].[O-][Mn]([O-])=O.[O-][Mn]([O-])=O.[O-][Mn]([O-])=O Chemical compound [La+3].[La+3].[O-][Mn]([O-])=O.[O-][Mn]([O-])=O.[O-][Mn]([O-])=O BQENXCOZCUHKRE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 claims description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 229920005548 perfluoropolymer Polymers 0.000 claims description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 3
- 230000002051 biphasic effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 2
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 2
- GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N Oxozirconium Chemical compound [Zr]=O GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000007764 o/w emulsion Substances 0.000 claims 1
- RPMPQTVHEJVLCR-UHFFFAOYSA-N pentaaluminum;sodium;oxygen(2-) Chemical group [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Na+].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3] RPMPQTVHEJVLCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 15
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 abstract description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 38
- -1 platinum group metals Chemical class 0.000 description 20
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 19
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 19
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 230000006870 function Effects 0.000 description 10
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 10
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 10
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 10
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 7
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 6
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 6
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 5
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 4
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 4
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 3
- 238000007084 catalytic combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 229910001938 gadolinium oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229940075613 gadolinium oxide Drugs 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 229910000873 Beta-alumina solid electrolyte Inorganic materials 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 2
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 2
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000011236 particulate material Substances 0.000 description 2
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 125000001273 sulfonato group Chemical class [O-]S(*)(=O)=O 0.000 description 2
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002228 NASICON Substances 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 229910000416 bismuth oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012824 chemical production Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 229910052963 cobaltite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N dibismuth;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Bi+3].[Bi+3] TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000004043 dyeing Methods 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011245 gel electrolyte Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N heavy water Substances [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 1
- XMHIUKTWLZUKEX-UHFFFAOYSA-N hexacosanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O XMHIUKTWLZUKEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N methane;hydrate Chemical compound C.O VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 1
- 229910052680 mordenite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003305 oil spill Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- AHKZTVQIVOEVFO-UHFFFAOYSA-N oxide(2-) Chemical compound [O-2] AHKZTVQIVOEVFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N palladium Substances [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- ZCUFMDLYAMJYST-UHFFFAOYSA-N thorium dioxide Chemical compound O=[Th]=O ZCUFMDLYAMJYST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/0892—Electric or magnetic treatment, e.g. dissociation of noxious components
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D17/00—Separation of liquids, not provided for elsewhere, e.g. by thermal diffusion
- B01D17/02—Separation of non-miscible liquids
- B01D17/04—Breaking emulsions
- B01D17/042—Breaking emulsions by changing the temperature
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D17/00—Separation of liquids, not provided for elsewhere, e.g. by thermal diffusion
- B01D17/02—Separation of non-miscible liquids
- B01D17/04—Breaking emulsions
- B01D17/048—Breaking emulsions by changing the state of aggregation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D17/00—Separation of liquids, not provided for elsewhere, e.g. by thermal diffusion
- B01D17/06—Separation of liquids from each other by electricity
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/01—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust by means of electric or electrostatic separators
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/467—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction
- C02F1/4672—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction by electrooxydation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
- C02F1/46109—Electrodes
- C02F2001/46133—Electrodes characterised by the material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
- C02F1/46109—Electrodes
- C02F2001/46152—Electrodes characterised by the shape or form
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/32—Hydrocarbons, e.g. oil
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
A találmány tárgya eljárás és az eljárás megvalósítására szolgálóreaktor fluidumban oldhatatlan anyag (21) elektrokémiai átalakításáraa fluidumban oldható anyaggá. Az eljárás és a reaktor lényege, hogy(a) a fluidumot egy belső áramkörrel ellátott reakciózónába vezetik,amely belső áramkör tartalmaz: (i) egy vagy több, a fluidumbanoldhatatlan anyagot a fluidumban oldható anyaggá átalakítóelektrokémiai folyamatból és/vagy folyamatba elektronokat továbbítómunkaelektródot (12), (ii) a munkaelektródon (12) végbemenőelektrokémiai folyamatokat kompenzáló, az adott elektródon egy vagytöbb elektrokémiai folyamatból és/vagy folyamatba elektronokattovábbító egy vagy több ellenelektródot (13), (iii) a munkaelektródon(12) és az ellenelektródon (13) végbemenő elektrokémiai folyamatokközött egy vagy több típusú ionokat szelektíven vezető egy vagy többionszelektív elektrolitot (11), továbbá a reakciózónában azoldhatatlan anyagot egy vagy több, az elektródokon és azelektrolitokon kiképezett nyitott üregbe vagy átmenőnyíláshoz vezetik,és a munkaelektródtól (12) elektrokémiai reakció végbemeneteléhezszükséges elektrokémiai folyamatok lejátszódásához szükségestávolságba helyezik, és a belső áramkört a munkaelektródon (12) és azellenelektródon (13) keresztül külső áramforrással (30) kapcsoljákössze, (b) és a belső áramkörhöz a fluidumban oldhatatlan anyagot afluidumban oldható anyaggá átalakító elektrokémiai folyamathozelektromos feszültségkülönbséget külső áramforrásról (30)csatlakoztatják, és (c) hogy a fluidumban már oldható anyagot areakciózónából egy kimeneten (40) vezetik el. A találmány tárgyatovábbá elektród az eljárás foganatosítására az elektrokémiaireaktorban munkaelektródként vagy ellenelektródként történőalkalmazásra, amely a fémek, illetve kerámiaanyagok közül választottelektromosan vezető anyagból készül, amelyben egy vagy több nyitott ésátmenőüreg található. A találmány tárgya még ionszelektív elektrolit-és elektródanyag keverék amelyben 10–100 ?m szemcseméretű ionszelektívelektrolit (11) anyaga van keverve az elektródanyag 1–10 ?m-esszemcséivel olyan arányban, hogy az elektródanyag szemcséi főleg azionszelektív elektrolit (11) anyagából álló szemcsék felületénhelyezkedjenek el úgy, hogy egymással ne érintkezzenek, miáltal akeverék anyag elektromosan vezető lesz, és ez a vezetőképességnagyságrendileg megegyezik az ionszelektív elektrolit- (11) anyagvezetőképességével.
Description
(54) Eljárás és reaktor, fluidumban oldhatatlan anyag, például koromszemcsék elektrokémiai átalakítására, ionszelektív elektrolit és elektródanyag (57) Kivonat
A találmány tárgya eljárás és az eljárás megvalósítására szolgáló reaktor fluidumban oldhatatlan anyag (21) elektrokémiai átalakítására a fluidumban oldható anyaggá.
Az eljárás és a reaktor lényege, hogy (a) a fluidumot egy belső áramkörrel ellátott reakciózónába vezetik, amely belső áramkör tartalmaz:
(i) egy vagy több, a fluidumban oldhatatlan anyagot a fluidumban oldható anyaggá átalakító elektrokémiai folyamatból és/vagy folyamatba elektronokat továbbító munkaelektródot (12), (ii) a munkaelektródon (12) végbemenő elektrokémiai folyamatokat kompenzáló, az adott elektródon egy vagy több elektrokémiai folyamatból és/vagy folyaHU 224 056 Β1
1. ábra
A leírás terjedelme 30 oldal (ezen belül 15 lap ábra)
HU 224 056 Β1 matba elektronokat továbbító egy vagy több ellenelektródot (13), (iii) a munkaelektródon (12) és az ellenelektródon (13) végbemenő elektrokémiai folyamatok között egy vagy több típusú ionokat szelektíven vezető egy vagy több ionszelektív elektrolitot (11), továbbá a reakciózónában az oldhatatlan anyagot egy vagy több, az elektródokon és az elektrolitokon kiképezett nyitott üregbe vagy átmenőnyíláshoz vezetik, és a munkaelektródtól (12) elektrokémiai reakció végbemeneteléhez szükséges elektrokémiai folyamatok lejátszódásához szükséges távolságba helyezik, és a belső áramkört a munkaelektródon (12) és az ellenelektródon (13) keresztül külső áramforrással (30) kapcsolják össze, (b) és a belső áramkörhöz a fluidumban oldhatatlan anyagot a fluidumban oldható anyaggá átalakító elektrokémiai folyamathoz elektromos feszültségkülönbséget külső áramforrásról (30) csatlakoztatják, és (c) hogy a fluidumban már oldható anyagot a reakciózónából egy kimeneten (40) vezetik el.
A találmány tárgya továbbá elektród az eljárás foganatosítására az elektrokémiai reaktorban munkaelektródként vagy ellenelektródként történő alkalmazásra, amely a fémek, illetve kerámiaanyagok közül választott elektromosan vezető anyagból készül, amelyben egy vagy több nyitott és átmenőüreg található.
A találmány tárgya még ionszelektív elektrolit- és elektródanyag keverék amelyben 10-100 pm szemcseméretű ionszelektív elektrolit (11) anyaga van keverve az elektródanyag 1-10 pm-es szemcséivel olyan arányban, hogy az elektródanyag szemcséi főleg az ionszelektív elektrolit (11) anyagából álló szemcsék felületén helyezkedjenek el úgy, hogy egymással ne érintkezzenek, miáltal a keverék anyag elektromosan vezető lesz, és ez a vezetőképesség nagyságrendileg megegyezik az ionszelektív elektrolit- (11) anyag vezetőképességével.
A találmány tárgya eljárás valamely fluidumban oldhatatlan anyag, például koromszemcsék elektrokémiai át- 25 alakítására ebben a fluidumban oldható anyaggá. A találmány tárgya továbbá elektrokémiai reaktor, ionszelektív elektrolit, az elektródanyagból és ionszelektív elektrolitanyagból álló anyagkeverék, továbbá egy elektród a találmány szerinti eljárásnak elektrokémiai 30 reaktorban történő végrehajtásához, valamint az eljárás és a reaktor alkalmazása koromszemcséknek füstgázból és olajnak szennyvízből történő eltávolítására.
A koromszemcséknek füstgázokból, például Diesel-motorok kipufogógázából történő eltávolítása manapság égetéssel történik, amely tipikusan a speciális szűrőkön felfogott koromszemcséknek tiszta kémiai vagy katalitikus égetése. Az ilyen tiszta kémiai vagy katalitikus égetések hátránya, hogy 400 °C alatt nem mennek végbe elég nagy sebességgel, bár ez a hő- 40 mérséklet még magasabb is, mint a nagy Diesel-motorok kipufogógázában normális körülmények között tipikusan elérhető 300 °C. A maximális hatékonyság elérésére való törekvés során mind az égetőrendszerekben, mind pedig a motorokban is a füstgázok hőmér- 45 sékletét próbálják meg csökkenteni. Ennek azonban az az eredménye, hogy a részlegesen elégett anyag és a koromszemcsék felhalmozódnak a szűrőn, aminek következtében ezeket rendszeresen regenerálni kell a szűrőn felgyülemlett koromrészecskék eltávolításával 50 vagy leégetésével. A regenerálást jellemző módon néhány óránként kell elvégezni, azaz például egy autóbusz napi üzemideje alatt többször is. A regenerálás tipikusan úgy történik, hogy egy égőfejjel vagy elektromos fűtőelemmel felmelegítik a szűrőt. A regenerálási 55 idő folyamán a kipufogógázt a szűrőegység mellett kell elvezetni, minek következtében az ezen idő alatt áthaladó gáz szüretien marad. Az is lehetséges, hogy a regenerálási periódus alatt leállítják a motort. Egy ilyen regenerálás általában néhány perctől húsz percig terjedő időt vesz igénybe. Mivel a szűrőn az üzemidő alatt egyre több korom halmozódik fel, a szűrő eltömődése miatt az ellennyomás megnő. Ez kedvezőtlenül befolyásolja a motor működését. További hátrány, hogy nagy a kockázata annak, hogy a szűrőegység a felgyűlt szén elégetése során keletkező hő hatására túlhevülhet. Ennek a hőhatásnak az lehet a következménye, hogy a szokásosan használatos kerámia szűrőanyag megolvad vagy krakkolódik.
A technika állásának leírása
Az EP 532 031 számú európai bejelentésben egy 35 Diesel-olaj-alapú égetőrendszer van leírva a Diesel-motorok füstgázából kivált részecskék felfogására szolgáló szűrők regenerálására. Az összegyűlt anyagot égőfejes melegítéssel gyújtják be. Ennek a rendszernek azonban hátránya, hogy nem lehet folyamatos üzemben működtetni.
A WO 95/02 117 közzétételi számú bejelentésben olyan szűrőt írnak le, amely a Diesel-motorok kipufogógázában kiváló szemcsés komponensek kiszűrésére szolgál. Ezt a szűrőt a szűrőtest elektromos fűtésével regenerálják, amikor is a szűrőt az összegyűjtött koromrészecskék gyulladási hőmérsékletére melegítik fel. Egy másik megoldás szerint Diesel-olajjal táplált égőfejet használnak a szemcsés anyag gyulladási hőmérsékletének elérésére. Ez a rendszer sem működik folyamatosan, mivel időnként regenerálás céljából ki kell venni.
A WO 94/16 204 számú bejelentés tárgya is egy szűrőrendszer, amelyet elsősorban emelővillás és egyéb Diesel-olajjal működtetett olyan járművek kipufogógázának tisztítására használnak, amelyeket nem utcai forgalomra szántak. A szűrő regenerálása olyan rendszerben történik, ahol az égéshez szükséges levegő és az összegyűlt anyag begyújtásához szükséges elektromos teljesítmény külső forrásból származik. Ennek is azonban az a hátránya, hogy a regenerálás ide60 jére a gépet le kell állítani.
HU 224 056 Β1
Az US 4 946 609 számú szabadalmi leírás olyan rendszert ismertet, amelyben a katalitikus égetés hőmérsékletét az üzemanyaghoz vagy a kenőolajhoz hozzáadott adalék anyag segítségével csökkentik le. Az ezzel az eljárással készített szűrő már kb. 300 °C-on öntisztuló. A rendszert azonban bonyolítja az, hogy az adalék anyag hozzáadására adagolómechanizmust kell beépíteni. Ezen túlmenően az adalék anyag maradványai következtében a szűrő eltömődésének veszélye is megnőhet, valamint az adalékanyag-kibocsátás következtében a külső környezet szennyezésének kockázata is nagyobb lesz.
Az US 4 902 487 számú szabadalmi leírásban olyan szűrőrendszert írnak le, amelynek alkalmazásához nitrogén-oxidok viszonylag magas részaránya kívánatos a kipufogógázban Ezek az oxidok aktív oxidálóanyagként szolgálnak, és így a koromrészecskék katalitikus elégetéséhez szükséges minimális hőmérséklet csökkenthető. Ahhoz azonban, hogy a szűrő 275 °C fölött öntisztuló legyen, a korom mennyiségéhez képest megfelelően nagy nitrogén-oxid-részarányra van szükség. A rendszer tehát csak akkor működik, ha a koromtartalom viszonylag kicsi a kipufogógázban, és ez egy fenntartható állapot. További hátrány, hogy a távozó kipufogógáznak nemkívánatosán magas a nitrogén-oxid-tartalma.
A 4 310 406 számú USA szabadalmi leírás olyan rendszerről számol be, ahol szennyvíz elektrokémiai tisztításánál széngranulátumot, illetve ehhez hasonló anyagot használnak elektródként, és az elektrokémiai reakciót arra hasznosítják, hogy az oldatban lévő szennyezőket, főleg fémionokat, oldhatatlan szemcsés anyaggá alakítsák át, amely azután az elektród anyagán gyűlik össze. Az ellenkező folyamat, amelyben oldhatatlan anyagot alakítunk át oldhatóvá, nincs megemlítve, nem is ajánlják.
A DE 42 36 711 A 1 számú német bejelentésben olyan mérőeszközt írnak le, amely a kipufogógáz koromtartalmának figyelésére van kiképezve. A berendezés elektrokémiai mérőcellán alapul, amelyben oxidion-vezető elektrolit és fém vagy kerámia munka- és referenciaelektródok vannak. A berendezés méri a munkaelektródra lerakodott korom által létrehozott elektromos potenciálkülönbséget, amikor a referenciaelektródon nincs koromleválás. A berendezést állandó hőmérsékletre kell felfűteni. Ez a berendezés nem alakítja át a kormot olyan oldható anyaggá, amely aztán a kipufogógázzal eltávozhatna.
A találmány célja olyan eljárás és elektrokémiai reaktor egy fluidumban oldhatatlan anyag átalakítására ugyanebben a fluidumban oldható anyaggá, amely az ismert megoldásoknál kedvezőbb működésű, és amelyeknek segítségével a füstgázban oldhatatlan széntartalmú koromrészecskéket szén-dioxiddá lehet alakítani.
A találmány segítségével vízben diszpergált olajcseppeket lehet szén-dioxiddá és vízzé átalakítani.
A találmány szerinti eljárás egy fluidumban oldhatatlan anyag elektrokémiai átalakítására vonatkozik, amelynek során valamely fluidumban oldhatatlan anyagot elektrokémiai úton alakítunk át ugyanezen fluidumban oldható anyaggá.
Az eljárás lényege, hogy az alábbi lépésekből áll:
(a) a fluidumot egy belső áramkörrel ellátott reakciózónába vezetjük, amely belső áramkör tartalmaz:
(i) egy vagy több, a fluidumban oldhatatlan anyagot a fluidumban oldható anyaggá átalakító elektrokémiai folyamatból és/vagy folyamatba elektronokat továbbító munkaelektródot, (ii) a munkaelektródon végbemenő elektrokémiai folyamatokat kompenzáló, az adott elektródon egy vagy több elektrokémiai folyamatból és/vagy folyamatba elektronokat továbbító egy vagy több ellenelektródot, (iii) a munkaelektródon és az ellenelektródon végbemenő elektrokémiai folyamatok között egy vagy több típusú ionokat szelektíven vezető egy vagy több ionszelektív elektrolitot, továbbá a reakciózónában az oldhatatlan anyagot egy vagy több, az elektródokon és az elektroliteken kiképezett nyitott üregbe vagy átmenőnyíláshoz vezetjük, és a munkaelektródtól elektrokémiai reakció végbemeneteléhez szükséges elektrokémiai folyamatok lejátszódásához szükséges távolságba helyezzük, és a belső áramkört a munkaelektródon és az ellenelektródon keresztül külső áramforrással kapcsoljuk össze, (b) és a belső áramkörhöz a fluidumban oldhatatlan anyagot a fluidumban oldható anyaggá átalakító elektrokémiai folyamathoz szükséges elektromos feszültségkülönbséget külső áramforrásról csatlakoztatjuk, és (c) hogy a fluidumban már oldható anyagot a reakciózónából egy kimeneten vezetjük el.
A találmány szerinti eljárással elérjük azt, hogy a fluidumban oldhatatlan anyag részt vegyen egy vagy több olyan elektrokémiai folyamatban, minek következtében elektrokémiai úton a fluidumban oldható anyaggá alakul át, amelyet azután az áramló fluidum segítségével elvezetünk a rendszerből.
Ennek az eljárásnak számos előnye van, így például, hogy az átalakítást alacsonyabb hőmérsékleten tudjuk elvégezni, mint a hagyományos, ismert égetéses eljárások során. így el tudjuk kerülni a nemkívánatos adalék anyagok hozzáadását az oldhatatlan anyaghoz; és ugyancsak elkerülhető a szintén nemkívánatos nitrogén-oxidok hozzáadása a fluidumhoz.
Továbbá előny, hogy a találmány szerinti elektrokémiai átalakítás folyamatos, és így a nemkívánatos leállások, amelyekre az eddig ismert megoldások alkalmazása során a gyűjtőszűrő regenerálása céljából van szükség, itt ugyancsak elkerülhetők.
Ugyancsak előnye ennek az eljárásnak, hogy az elektrokémiai átalakítás energiaigénye kicsi.
Az eljárás egyik előnyös foganatosítási módja szerint a reakciózóna egy vagy több nyitott üreget tartalmaz, amelyek egy vagy több zárt határolófelülettel vannak ellátva, és egy vagy több olyan nyílással rendelkeznek, amely nyílások a fluidummal kapcsolatban állnak.
Előnyös továbbá, ha az üregek zárt határolófelületei egy vagy több elektródanyagból, egy vagy több ionszelektív elektrolitból, vagy ezek keverékéből állnak,
HU 224 056 Β1 továbbá, ha az üregek zárt határolófelületei az ionszelektív elektrolit és az elektródanyag keverékéből állnak. Az üregek mérete előnyösen 10-100 μιτι.
Az elektrokémiai folyamatok lehetnek oxidáló, redukáló vagy ezek kombinációjából álló elektrokémiai folyamatok.
Ugyancsak előnyös, ha a belső áramkörnek a munkaelektródon és az ellenelektródon keresztüli összekapcsolása egy külső áramforrással biztosítja az elektronok egyirányú áramlását, vagy pedig a belső áramkörnek a munkaelektródon és az ellenelektródon keresztüli összekapcsolása egy külső áramforrással az elektronok váltakozó irányú áramlását biztosítja.
Célszerű, ha a fluidum oxigént vagy vizet tartalmaz.
Az eljárás során alkalmazott fluidumban oldhatatlan anyag, és a fluidum egy vagy több kétfázisú rendszerből állhat, ahol az egyik fázis a fluidum, gáz- vagy cseppfolyós halmazállapotban, és a másik fázis a fluidumban oldhatatlan anyag, szilárd vagy cseppfolyós halmazállapotban.
A kétfázisú rendszer lehet folyadék-gázban, mint például az aeroszolok és az olajlevegőben felhő; szilárd anyag-gázban, mint a széntartalmú poranyagot tartalmazó levegő, vagy ezek keveréke; szilárd-folyadékban, mint a széntartalmú anyagot vízben tartalmazó szuszpenzió; és folyadék-folyadékban, mint például az „olaj a vízben emulziók, vagy ezek keveréke, a fluidumban oldhatatlan anyag pedig korom, és a fluidum egy belső égésű motor kipufogógáza.
A fluidumban oldhatatlan anyag lehet olaj, és a fluidum szennyvíz.
A belső áramkör
A találmány szerint tehát a fluidum a belső áramkört magában foglaló reakciózónába áramlik be, amely belső áramkör egy vagy több munkaelektródból, egy vagy több ellenelektródból, és egy vagy több ionszelektív elektrolitból áll, amelyek segítségével megvalósítható az, hogy egy vagy több fajta ion, amely vagy a munkaelektródon, vagy az ellenelektródon képződik, az ionszelektív elektrolit közvetítésével az elektródok között továbbításra kerül, miközben az elektronok a vagy külső áramforráshoz jutnak el, vagy a külső áramforrásból kerülnek be a rendszerbe.
A munkaelektród
A találmány szerinti munkaelektródra olyan elektródok alkalmasak, amelyek képesek egy vagy több olyan elektrokémiai folyamatba vagy folyamatból az elektrontranszferre, amely elektrokémiai folyamatok egy fluidumban oldhatatlan anyagot ugyanebben a fluidumban oldható anyaggá tudnak átalakítani.
A területen jártas szakember számára ismeretesek ilyen elektródok, és elő is állíthatók például a „Akkumulátorok és tüzelőanyag-cellák kézikönyve („Handbook of batteries and fuel cells” Szerk.: Dávid Linden, McGraw Hill, 1984) c. könyvben leírtak alapján.
Az egyik kiviteli alak leírása szerint előnyös, ha a munkaelektród elektromosan vezető anyagból, például fémből áll. Még pontosabban átmenetifémet tartalmazó fémes anyag a legelőnyösebb, és legjobb, ha ez az átmenetifém a periódusos rendszer Vili. csoportjába tartozik. Legelőnyösebb, ha az átmenetifém a platinacsoportba tartozó fémek közül kerül ki, azaz Ni, Pt, Rh vagy Pd, illetve ezek ötvözetei, mert ezzel elérhető, hogy a munkaelektród sokféle oxidációs és redukciós elektrokémiai folyamatban jó katalitikus tulajdonságokkal is rendelkezzék.
Egy másik kiviteli alak szerint előnyben részesítendő a kerámiaanyagból, például perovszkitból álló munkaelektród. A kerámiák olcsó elektródanyagok, amelyek bizonyos reakciókban speciális elektrokatalitikus tulajdonságokkal rendelkeznek, és kémiai stabilitásuk is megfelelően nagy, még oxidáló körülmények között is, ami lehetővé teszi speciális tulajdonságú, jól definiálható kerámiaanyagokból készült munkaelektródok előállítását.
Pontosabban megfogalmazva előnyös, ha a munkaelektród olyan kerámiaanyagból készül, amely adalékolt perovszkitszerkezetű (ABO3), mint például a stronciummal adalékolt lantán-manganit, stronciummal adalékolt lantán-kobaltit, vagy ezek keveréke. Ezek segítségével speciális tulajdonságokkal rendelkező elektródok állíthatók elő. Ilyen tulajdonság, például a vezetőképesség vagy bizonyos reakciókban, különösen oxigén részvételével végbemenő reakciókban mutatott elektrokatalitikus aktivitás.
A munkaelektród készülhet például por-metallurgiás módszerekkel, jól definiált szemcseméretű fémporokból. A szemcseméretet úgy kell megválasztani, hogy kicsit legyen nagyobb, mint az előnyös átlagos pórusméret. Az előállítás során a préselés és zsugorítás ellenőrzött körülmények között kell történjen, hogy a végtermék megfelelő mechanikai stabilitású legyen, miközben megmarad a legelőnyösebb porozitás is.
A munkaelektród készülhet a megfelelő por alakú pigmentanyag alkalmazásával is. A pigmentanyag felvitele történhet festéssel, szitanyomással vagy más szerigráfos technikával. Felvitel után az elektród szinterelhető, aminek során a kötőanyag és az oldószer pirolízisen megy át, vagy teljesen elég. A megfelelően ellenőrzött szinterelés során a kívánt porozitású fémes szerkezetet állíthatjuk elő.
Fémpor helyett használhatunk fém-oxid-port is, amelyet felvitel után hidrogént tartalmazó atmoszférában történő hevítéssel redukálunk tiszta fémmé.
A munkaelektród pórusok helyett tartalmazhat olyan üregeket is, amelyek nyílás alakúak vagy gépi úton előállított lyukak lehetnek. Ez utóbbiakat ismert technikákkal, például litográfiás maratásos úton, vízsugárral történő bombázással vagy lézeres úton hozhatjuk létre. Az ellenelektródnak is kell tartalmaznia megfelelő üregeket, pórusokat vagy gépi úton generált lyukakat, amelyek lehetővé teszik a füstgáznak a reakciózónán keresztüli áramlását.
A munkaelektród anódként szerepel
A munkaelektródon végbemenő elektrokémiai folyamatokat azzal jellemezzük, hogy bennük a munkaelektród anódként vagy katódként működik, és hogy az ionszelektív elektrolit(ok) milyen fajta ionokat vezetnek) a munkaelektródra.
Ha a munkaelektród anódként szolgál, akkor oldhatatlan RED anyag oldható OX anyaggá történő oxidá4
HU 224 056 Β1 ciója megy rajta végbe. Ebben az átalakulásban az oldhatatlan RED anyag redukált formájában van jelen, amely az oxidáció során az oxidált oldható OX anyaggá alakul át.
A találmány szerinti megoldás egyik előnyös kiviteli alakjánál az ionszelektív elektrolit oxigéniont vagy hidrogéniont vezető anyagból áll. Ezekben a kiviteli alakokban feltételezzük, hogy az oldhatatlan RED anyag oldható OX anyaggá történő oxidációja megy végbe, a következő reakcióegyenleteknek megfelelően: Oxigénion-vezető elektrolitra: RED+nO2-=OX+2ne_
Hidrogénion-vezető elektrolitra: RED+nH2O=OX+2ne_+2nH+
A munkaelektród kátédként szerepel
Ha a munkaelektród kátédként szerepel, akkor az oldhatatlan OX anyag redukciója megy végbe oldható RED anyaggá, amely az említett előnyös kiviteli alakban az előzővel analóg módon a következő reakcióegyenletek szerint történik:
Oxigénion-vezető elektrolitra: OX+2ne-=RED+nO2-
Hidrogénion-vezető elektrolitra: OX+2nH++2ne-=RED+nH2
A területen jártas szakember számára nem jelent problémát az olyan analóg elektrokémiai oxidációk és redukciók reakcióegyenleteinek felállítása, amelyekben nem oxigén és hidrogén, hanem egyéb ionok vezetődnek szelektíven a munkaelektród és az ellenelektród között, más ionszelektív elektrolitok segítségével, attól függően, hogy milyen elektrokémiai folyamatot kívánunk megvalósítani.
Az ellenelektród
A találmány szerinti ellenelektródra példaként szolgálhatnak az olyan elektródok, amelyek képesek arra, hogy elektronokat vigyenek át egy vagy több elektrokémiai folyamatba vagy folyamatból, amelyek ellensúlyozzák a munkaelektródon végbemenő elektrokémiai folyamatokat.
A szakember számára ismeretesek ilyen elektródok. Ezek az elektródok lehetnek azonosak a munkaelektróddal, vagy különbözhetnek a munkaelektródtól, és állhatnak ugyanazokból az anyagokból, mint az említett munkaelektród. Ilyen esetekben a munkaelektród és az ellenelektród meghatározott elektródanyagúak.
Egyik előnyös kiviteli alaknál az ellenelektród platinából készül, ami kémiailag és hőmérséklet szempontjából különösen stabilis ellenelektródot eredményez.
Az ellenelektród mint katód
Amikor az ellenelektród kátédként funkcionál, akkor az ellenelektródon végbemenő elektrokémiai folyamatok olyanok, hogy az ellenelektródról elektronokat továbbít egy vagy több részt vevő reakcióelemre.
Az egyik előnyös kiviteli alak esetében, ahol az ionszelektív elektrolit oxigénion- vagy hidrogénion-vezető, feltesszük, hogy az oxigén oxigénionná redukálódik, vagy vízzé oxidálódik a következő reakcióegyenletek szerint:
Oxigénion-vezető elektrolitban: n/2O2+2ne-=nO2_
Hidrogénion-vezető elektrolitban: n/2O2+2nH++2ne_=nH2O
Az ellenelektród mint anód
Amikor az ellenelektród anódként szerepel, akkor elektronokat vesz fel egy vagy több részt vevő reakcióelemtől. A már említett előnyös kiviteli alakban, amelynél az ionszelektív elektrolit oxigénion- vagy hidrogénion-vezető, feltételezzük, hogy az oxigénionok oxigéngázzá, vagy a víz oxigéngázzá és hidrogénionokká oxidálódik, a következő reakcióegyenletek szerint: Oxigénion-vezető elektrolitban: nO2_=n/2O2+2ne_
Hidrogénion-vezető elektrolitban: nH2O=n/2O2+2nH++2ne_
Meg kell jegyeznünk, hogy a szakember magától értetődően képes hasonló reakcióegyenletek felállítására az ellenelektródón lejátszódó analóg elektrokémiai folyamatokra, redukciókra és oxidációkra, amelyekben nem hidrogén- és oxigénionok, hanem más ionok vezetődnek szelektíven a munkaelektród és az ellenelektród között, más ionszelektív elektrolitok közvetítésével, attól függően, hogy milyen elektrokémiai folyamatot akarunk megvalósítani.
Az ionszelektív elektrolit
A találmány szerinti ionszelektív elektrolitra példaként szolgálnak azok az elektrolitok, amelyek szelektíven vezetnek egy vagy több iont a munkaelektródon, illetve az ellenelektródon lejátszódó elektrokémiai folyamatok között, miközben az történik, hogy a folyamatokban részt vevő ionok, például az O2_- vagy H+-ionok, a fent említett módon az egyik elektródról, ahol képződnek, átvándorolnak a másik elektródra, ahol elnyelődnek.
Ha figyelmen kívül hagyjuk a véletlen folytán jelen lévő egyéb ionokat, az ionszelektív elektrolit határozza meg, hogy melyek azok az ionok, amelyek részt tudnak venni a munkaelektródon, illetve az ellenelektródon lejátszódó elektrokémiai folyamatokban.
Ha oxigéniont vezető ionszelektív elektrolitot választunk, akkor az anódként működő munkaelektródon a szén az elektrokémiai oxidáció során szén-dioxiddá oxidálódik, a katódként szereplő ellenelektródon pedig az oxigénnek oxigénionná történő elektrokémiai redukciója megy végbe; az oxigénionoknak az ellenelektródról (katód) a munkaelektródhoz (anód) történő vándorlása az ionszelektív elektrolit segítségével történik, ahol az oxigénionok az anódnak történő elektronleadás mellett reagálnak a szénnel a következő reakcióegyenletek szerint:
- Oxigéniont vezető elektrolit esetében:
Anód: C+2O2_=CO2+4e_
Katód: O2+4e_=2O2~
Bruttó: C+O2=CO2
Ha hidrogéniont vezető ionszelektív elektrolitot választunk, akkor a szén a munkaelektródon (anód) elektrokémiai oxidáció során szén-dioxiddá oxidálódik, miközben hidrogénionok keletkeznek. Ezeket a hidrogénion-szelektív elektrolit vezeti az ellenelektródhoz (katód), ahol reagálnak az oxigénnel, víz képződése közben, a következő reakcióegyenletek szerint:
HU 224 056 Β1
Hidrogéniont vezető elektrolit esetében:
Anód: C+2H2O=CO2+4H++4eKatód: O2+4H++4e~=2H2O
Bruttó: C+O2=CO2
Az ionszelektív elektrolit mindkét esetben a keletkező oxigén-, illetve hidrogénionokat vezeti, miközben az elektronokat a külső elektromos áramkör elektromosan szívja át egyik elektródról a másikra.
Amennyiben hidrogénion-szelektív elektrolitot használunk, akkor a reakció végbemeneteléhez vízre is szükség van. Ha víz eredendően nincs jelen a fluidumban, akkor hozzá kell adnunk vizet. Víz azonban általában jelen van a széntartalmú anyagok égési folyamataiban.
A szakember számára ismeretesek megfelelő elektrolitok, I. például B.C.H. Steele: Oxigénion-vezetők és műszaki alkalmazásaik (Oxygen Ion Conductors and Their Technological Applications), Solid State lonics Symposium, E-MRS Conference on Advanced Materials (ICÁM, 1991), Strasbourg, Francé, 27-31 May, 1991.
Oxigénion-vezető ionszelektív elektrolitokra példaként szolgálhatnak például az adalékolt fluoritszerkezetű oxidok, legelőnyösebben a cirkónium-dioxid- (ZrO2), cérium-dioxid- (CeO2) és tórium-dioxid- (ThO2) alapú oxidok, amelyekben az adalékolás alacsonyabb vegyértékű fém oxidjával történik, miáltal a rácsszerkezetben az oxigén rácspontjaiban hiányhelyek alakulnak ki.
Tipikus példák az ittrium-oxiddal adalékolt cirkónium-dioxid, vagy a gadolinium-oxiddal adalékolt cérium-dioxid.
Más példák lehetnek a bizmut-oxid-alapú perovszkitok (Bi2O3), és különösen a bárium-cerát- (BaCeO3) és bárium-torát- (BaThO3) alapú adalékolt perovszkitok.
Megemlíthetők még a brownmillerit-szerkezetű (A2B2O3), átmenetifém-alapú és a ritkaföldfém-oxidok.
Végül az adalékolt perovszkitszerkezetű oxidok másik csoportját, az adalékolt LaGaO3-csoportot említi H. L. Tuller: Ionos és keverék vezetők: az anyagok megtervezése és optimalizálása. Magas hőmérsékletű elektrokémia: kerámiák és fémek című, a 17. Riso Nemzetközi Anyagtudományi Szimpóziumon (Dánia, 1996. szept. 2-6.) tartott előadásában.
Hidrogéniont vezető elektrolitra példák lehetnek a perfluorált szulfonátion-szelektív elektrolitok, amilyen például a NAFION, I. Kjer és munkatársai: Solid State lonics, 46164-173 (1991).
Említhetők még az adalékolt stroncium- és báriumcerátok, eme nézve I. például T. Yajima, H. Iwahara: Solid State lonics, 47, 117-124 (1991).
Megemlíthetők még az ugyancsak perovszkitszerkezetű adalékolt bárium-torát, az ónnal helyettesített mordenit, a β-alumínium-oxid és a NASICON. Ionszelektív elektrolit- és elektródanyag keverékek
A találmány szerinti megoldás egy előnyös kiviteli alakjánál a belső áramkör egy vagy több munkaelektródból, egy vagy több ellenelektródból és egy vagy több ionszelektív elektrolitból áll, amelyek az elektrolit- és az elektródanyag keveréke formájában vannak jelen.
Az elektrolit- és elektródanyag keverékét úgy állítjuk elő, hogy összekeverünk 10-100 pm szemcseméretű ionszelektív elektrolitanyagot 1-10 pm szemcseméretű elektródanyaggal olyan arányban, hogy az elektródanyag részecskéi gyakorlatilag csak az ionszelektív elektrolitanyag részecskéinek felületén helyezkedjenek el, anélkül azonban, hogy egymással érintkeznének, aminek eredményeképpen a keverék anyag elektromos vezetőképessége nagyságrendileg azonos lesz az ionvezető anyag vezetőképességével.
Ezzel azt érjük el, hogy a fluidumban oldhatatlan anyag a belső áramkörben bárhol összegyűjthető és átalakítható, és így különösen kompakt elektrokémiai reaktort állítunk elő, amelynek igen nagy a reaktortérfogatra vonatkozó fajlagos konverziós kapacitása.
Az elektrolit- és elektródanyag keveréke általában annyi elektródanyagot tartalmaz, hogy elégséges mennyiségű olyan érintkezési pont álljon rendelkezésre, amelyeken az elektrokémiai reakció végbemehet. Az anyag általában 25 tf.%-nál kevesebb elektródanyagot tartalmaz, mert a nagyobb mennyiség azt eredményezné, hogy az elektródanyag részecskéi között közvetlen érintkezés jönne létre, és az anyagban elektromos rövidzárlat keletkezne.
Legelőnyösebb, ha a keverékben az elektródanyag mennyisége 3-15 tf%, ezzel azt érhetjük el, hogy az elektródanyag diszkrét részecskék formájában helyezkedik el az elektrolitanyag felületén, és így az elektródanyag-részecskék között nincs elektromos érintkezés. Az ilyen közvetlen elektromos érintkezés elektromos rövidzárlatot okozna az elektródanyag-részecskéi között, és ezzel megakadályozná az elektrokémiai folyamat végbemenetelét.
Keverék elektród- és elektrolitanyagként használhatók például olyan anyagok, amelyeknek olyan méretű nyitott üregei vannak, hogy ez a méret lehetővé teszi az oldhatatlan anyag behatolását ezekbe a pórusokba. Előnyös, ha az üregek mérete 10-100 pm.
Csökkenő pórusméretű anyagok
Egy különösen előnyben részesített kiviteli alak esetében az elektrolit- és elektródanyag keveréke egyik dimenziójában csökkenő, 100-10 pm nagyságú pórusokat tartalmaz, aminek eredményeként mind a nagyméretű, szilárd és oldhatatlan anyagrészecskék, mind pedig a közepes és kisméretű részecskék egyidejűleg hatékonyan átalakíthatok a fluidumnak ugyanabban az áramlási irányában.
Ha az anyagot úgy orientáljuk, hogy a csökkenő pórusméret a fluidum áramlási irányába essék, akkor először a nagy részecskék alakulnak át a nagy pórusokban, majd pedig a következő kisebb pórusokban a közepes, illetve kisméretű részecskék konvertálódnak.
Csökkenő pórusméretű anyagok a szakember számára könnyen előállíthatok, például olyan réteges szerkezet létrehozásával, ahol a pórusméretben ugrásszerű vagy folytonos átmenet van.
Ionszelektív elektrolit inért anyagban adszorbeálva vagy gélhez kötve
Az ionszelektív elektrolitra példa lehet a pórusos szerkezetű inért anyagban adszorbeált folyadék-halmazállapotú elektrolit, amelyben a folyékony elektrolit képes az ionok szelektív vezetésére, vagy alkalmazha6
HU 224 056 Β1 tó a gél formájú elektrolit is, amely a kívánt fizikai formával és pórusszerkezettel rendelkezik.
Az elektrokémiaireakció-távolság
A találmány szerint az oldhatatlan anyagot a munkaelektródhoz az elektrokémiaireakció-távolságon belülre kell vinni, hogy az elektrokémiai reakció végbe tudjon menni. Ezzel biztosítjuk azt, hogy az oldhatatlan anyag előnyösen az elektrokémiai folyamatban átalakuljon, amennyiben megfelelő elektromos potenciál formájában elégséges energia áll rendelkezésre a munkaelektródon a folyamat végbemeneteléhez.
A találmány szerint az „elektrokémiaireakció-távolság” azt a távolságot jelenti, amely az elektronok és ionok továbbítása számára a munkaelektród és az oldhatatlan anyag, illetve az ionszelektív elektrolit és az oldhatatlan anyag között a kívánt elektrokémiai reakcióik) számára elég nagy reakciósebességet képes biztosítani.
A megfelelő reakciósebességet biztosító elektrokémiaireakció-távolság, tipikusan kisebb, mint 10 pm, előnyösen 1-10 pm, amikor is 1-10 mg szén átalakítása lehetséges másodpercenként 1 m2 reaktorfelületre számítva, azaz a hozzáférhető munkaelektród felületére vonatkoztatva. A reaktorfelület általában kisebb, mint a teljes porózus munkaelektród-felület.
Nyitott üregek
Előnyös, ha a reakciózóna egy vagy több nyitott üreget tartalmaz, amely(ek)hez egy vagy több zárt határolófelületet tartozik, egy vagy több nyílással, amely nyílások kapcsolatban vannak a fluidummal, s így elérhetjük, hogy a fluidumban oldhatatlan anyag be tud jutni az üregekbe, amelyekben megtapad és átalakul.
Az is előnyös lehet, ha az üregek zárt határolófelületei egy vagy több elektródanyagból, egy vagy több ionszelektív elektrolitanyagból, vagy ezek keverékéből állnak, az elektródanyagokra példa lehet mind a munkaelektród, mind az ellenelektród anyaga, ebben az esetben ugyanis különösen hatékony elektrontovábbítás valósítható meg az ionszelektív elektrolitról az üreg felé, ahol az elektrokémiai átalakulás végbemegy.
A találmány szerinti megoldás egyik különösen előnyös kiviteli alakjában az üregek zárt határolófelületei az ionszelektív elektrolit és az elektród anyagának keverékéből állnak.
Nyitott üregeket a szakember számára ismert módon lehet előállítani. Példaként említhetjük a különféle mechanikai, kémiai és optikai eljárásokat, amelyekkel sima vagy szabálytalan felülettel rendelkező hálózatokat, furatokat, pórusokat és más nyílásokat állítunk elő. Természetesen ismertek még más eljárások is.
Ami a kémiai előállítást illeti, első helyen említendő a szabályozott zsugorítás módszere, amint az R. J. Brook (szerk.) „Modern kerámiaanyagok összefoglaló enciklopédiája” (Pergamon Press, Series on: Advances in Materials Science and Engineering, 1991) c. művében megtalálható.
A szabályozott zsugorítás felhasználható mind a fémes (por-metallurgiai), mind a kerámiaszerkezetek esetében. A legfontosabb paraméter a nyerspor részecskemérete. Minél nagyobb a részecskeméret, annál nagyobb lesz a végső szerkezetben a pórusok mérete. Szabályozóparaméterként szerepel ezenkívül még a zsugorítás hőmérséklete is. A zsugorítás célja általános esetben nagy sűrűségű, pórusmentes szerkezet előállítása, de ha a nyerspor viszonylag nagy részecskeméretű, akkor például a pornak a normális zsugorodási hőmérsékletéhez közeli hőfokra történő felmelegítésével (kalcinálás) el lehet érni azt, hogy a por nem zsugorodik tömör szerkezetté, hanem pórusok maradnak benne. A pórusok méretét, a szemcseméreten kívül, tág határokon belül lehet szabályozni a zsugorítás körülményeivel, mivel a zsugorítás hőmérsékletének és idejének csökkentése általában növeli a porozitást. Végül a porozitás befolyásolható még pórusképzők hozzáadásával, például olyan additívval, amelyet a kerámiaszerkezet kialakításakor hozzáadunk a rendszerhez, de ez az anyag a zsugorítás alatt elpárolog vagy elég, így alakítva ki a pórusokat a szerkezetben. Alkalmas pórusképzőként használhatók szerves anyagok, például gyanta, polimerek, szálasanyagok vagy egyéb anyagok is.
Az üregek száma és mérete
Az üregek számát és méretét a szakember által jól ismert módon szabályozhatjuk. Az üregek méretét úgy választjuk meg, hogy a kívánt méretű részecskék tapadjanak meg az üregekben, az üregek számát pedig úgy, hogy az elektród pórusos felülete legyen a kívánatos méretű, és ezzel a reakciózóna megfelelő átalakítási kapacitását biztosítsa.
Általában a nyitott üregek mérete akkora, hogy a fluidumban oldhatatlan anyag be tudjon hatolni. Általános érvénnyel elmondhatjuk, hogy az üregek mérete egy kicsivel nagyobb legyen, vagy nagyságrendileg azonos legyen az oldhatatlan anyag részecskéinek átmérőjével.
Az üregek mérete tipikusan a 10-100 pm-es tartományba esik, amivel elérjük, hogy a fluidum be tud hatolni az üregekbe, és kívánság szerint át is tud haladni rajtuk, míg a fluidumban oldhatatlan anyag bezáródik az üregbe, és itt átalakul.
A fluidumban oldhatatlan anyag megtapadása például az oldhatatlan anyagnak az üreg falán történő adszorpciója révén következhet be, ami azt jelenti, hogy ilyenkor a nyílás méreténél lényegesen kisebb méretű speciális részecskék is megtapadhatnak és alakulhatnak át az üregben.
Megtapadás lehet annak eredménye is, ha a nyílások mérete folytonosan vagy nem folytonosan csökken, például néhány elektródanyag folyamatos egymáshoz csatlakoztatásával oly módon, hogy az oldhatatlan anyag bent marad, míg a fluidum továbbáramlik.
Diesel-üzemű motorok kipufogógázából származó koromszemcsék elektrokémiai átalakítására előnyös, ha az üregek mérete az 1-50 pm, még előnyösebben az 1-10 pm tartományba esik.
A külső áramkör
A találmány szerint a belső áramkört a munkaelektródon és az ellenelektródon keresztül külső áramforrással kapcsoljuk össze, ami lehetővé teszi az áramforrás és a belső áramkör közötti elektroncserét.
HU 224 056 Β1
Áramforrásként a szakember által jól ismert áramforrások szolgálnak, például olyan szabványos áramforrások, amelyeket olyan módon szabályozunk, hogy képesek legyenek egy előre meghatározott feszültség leadására, és ennek a feszültségnek állandó értéken tartására, még akkor is, ha az áram széles határok között változik.
Előnyös, ha a külső áramkör az elektroncserét az áramforrás és a belső áramkör között vezetéken keresztül idézi elő, de lehetőség van induktív elektroncserére is.
Az áramforrás lehet egyenáramú vagy váltakozó áramú áramforrás.
A találmány egy előnyös kiviteli alakja szerint az elektroncsere az áramforrás és a belső áramkör között állandó áramirányban megy végbe (egyenáramú áramforrás), minek következtében a munkaelektród és az ellenelektród állandó polaritású, azaz állandóan anódként vagy katódként működnek. Következésképpen a két elektródon különböző elektrokémiai reakciók mehetnek végbe, amely reakciók körülményeit optimalizálhatjuk.
Egy másik kiviteli alakban az elektroncsere az áramforrás és a belső áramkör között változó áramirányokban megy végbe, amivel azt érjük el, hogy a munkaelektród és az ellenelektród változtatják polaritásukat, mégpedig az áramforrás frekvenciájának megfelelő frekvenciával, és így váltakozva hol anódként, hol katódként működnek. Ezért az elektrokémiai átalakulás mindkét elektródon lejátszódhat, aminek következtében a hatékony munkaelektród-felület megnövelhető a fluidumban oldhatatlan anyag elektrokémiai átalakulása számára. Ebben a kiviteli alakban előnyös, ha a munkaelektród és az ellenelektród azonosak.
Ha váltakozó áramú áramforrást használunk, akkor ennek frekvenciája tipikusan az 1-1000 Hz tartományba esik, még előnyösebben 10 és 100 Hz közé, amivel azt érjük el, hogy nem történik maradandó változás vagy polarizáció, ami csökkentené az elektród i hatékonyságát az idő múlásával.
Az alkalmazott elektromos feszültségkülönbség
A találmány szerint a belső áramkör és a külső áramkör közötti feszültségkülönbség akkora, hogy elégséges legyen a fluidumban oldhatatlan anyagnak a fluidumban oldható anyaggá történő átalakításához.
A találmány szerint az „elégséges feszültségkülönbség” olyan feszültséget jelent, amely nagyobb, mint a kivitelezni kívánt elektrokémiai reakció elektrokémiai potenciálja plusz az az esetleges túlfeszültség, ami ahhoz szükséges, hogy legyőzzük a reakció aktiválási energiájának megfelelő polarizációs ellenállást.
Olyan belső áramkör esetében, amely réteges szerkezetű munkaelektródból, ionszelektív elektrolitból és ellenelektródból áll, előnyös, ha a feszültség az 1-25 V tartományba esik, leginkább azonban 1-5 V közé.
Ionszelektív elektrolit- és elektródanyag keverékéből készült belső áramkör esetében a feszültség előnyösen 5-500 V közé esik, de leginkább a 10-100 V tartomány az előnyös.
Az áramerősség függ a reakciózóna méretétől. Tipikusan 1-1000 mA/cm3 reakciózóna értékű, de leginkább 10 és 100 mA/cm3 közötti érték.
Az áramló fluidumban oldhatatlan anyag
Az áramló fluidumban oldhatatlan anyagra és az áramló fluidumra példák lehetnek az egy vagy több kétfázisú rendszerek, amelyekben az egyik fázis alkotja az áramló fluidumot, amely lehet gáz vagy folyadék, és a másik fázis maga az áramló fluidumban oldhatatlan anyag, szilárd anyag vagy folyadék formájában.
Előnyös, ha a kétfázisú rendszert a következők közül választjuk: folyadék-gázban rendszerek, mint például az aeroszolok és az olaj-levegőben ködök; szilárdgázban rendszerek, ilyenek például a széntartalmú porokat tartalmazó por-levegőben rendszerek, vagy ezek keveréke; szilárd-folyadékban rendszerek, mint például a széntartalmú anyag vizes szuszpenziója; vagy folyadék-folyadékban rendszerek, például az olaj-vízben emulziók, vagy ezek keveréke.
Egy speciális kiviteli alakban a fluidumban oldhatatlan anyag korom, a fluidum pedig egy belső égésű motor kipufogógáza.
Egy másik speciális kiviteli alakban a fluidumban oldhatatlan anyag olaj, míg a fluidum szennyvíz.
A fluidum
A fluidumokra példaként szolgálhatnak olyan fluidumok, amelyek az oldhatatlan anyag inért hordozóiként szerepelnek, vagy olyanok is, amelyek teljesen vagy részben elektrokémiai úton átalakítható anyagokból állnak, mint például gáz-halmazállapotú szénhidrogénekből, például belső égésű motorokból származó elégetlen szénhidrogénekből.
Hőmérséklet
Az elektrokémiai átalakítás igen széles hőmérséklet-tartományban végrehajtható. A reakciósebesség általában növekvő hőmérséklettel nő, ezért a magasabb hőmérséklet kedvezőbb lehet. Sok számba jöhető elektrokémiai reakció azonban már szobahőmérsékleten is elég nagy sebességgel képes végbemenni.
Ha ionszelektív elektrolitként oxigéniont vezető kerámiaanyagot használunk, akkor az alkalmazható hőmérséklet-tartományt az elektrolitanyag ionvezető képessége határozza meg. így tehát az ionvezető képesség erősen nő a hőmérséklettel. Ez azt jelenti, hogy például adalékolt cérium-oxid-alapú reaktorok esetében az alsó határérték tipikusan 200 °C, amely hőmérsékletnél a vezetőképesség 10-4 és 10-5 s/cm közé esik. 800 °C fölött elektromos vezetőképesség már jelentős növekszik, ami a reaktor rövidzárlatát eredményezi, és ezzel igen erősen csökkenti az elektrokémiai átalakulás hatékonyságát.
Más típusú ionszelektív elektrolitok választásánál mind alacsonyabb, mind magasabb hőmérsékletek alkalmazása lehetséges.
Nyomástartomány
A reaktorban használt nyomás széles határok között változtatható. A példákban bemutatott átalakulások atmoszferikushoz közeli nyomáson történtek gázokban, illetve folyadékokban. Azonban semmi nem szól kisebb vagy nagyobb nyomások használata ellen.
HU 224 056 Β1
Amikor a Diesel-motorok kipufogógázából kívánjuk eltávolítani a koromszemcséket, akkor a belső körben fellépő ellennyomás ne haladja meg a 30 mbar értéket, mivel az ennél nagyobb ellennyomás negatívan hat a motor teljesítményére.
Az átalakítás beindítása
Az elektrokémiai átalakulás azonnal beindul, ha a fluidum bevezetésével egyidejűleg rákapcsoljuk a rendszerre a feszültséget. így tehát igazi beindítási eljárásra nincsen szükség. Bizonyos esetekben azonban az aktivitás csak akkor éri el maximális mértékét, amikor a reaktor hőmérséklete eléri az áramló fluidum hőmérsékletét.
A találmány tárgya továbbá elektrokémiai reaktor a fluidumban oldhatatlan anyag átalakítására a fluidumban oldható anyaggá, és az a lényege, hogy a reaktor tartalmaz:
egy reakciókamrát bemenettel a fluidum bevezetésére, és kimenettel a fluidum elvezetésére, amely reakciókamrában a reakciózóna tartalmaz egy belső áramkört, amely áll:
(a) egy vagy több, elektronokat egy vagy több elektrokémiai folyamatból és/vagy folyamatba, amely folyamat a fluidumban oldhatatlan anyagot a fluidumban oldható anyaggá alakítja át, továbbító munkaelektródból, (b) egy vagy több, az elektronokat egy vagy több, az adott elektródokon lejátszódó elektrokémiai folyamatból és/vagy folyamatba továbbító és ezzel a munkaelektródon lejátszódó folyamatokat ellensúlyozó, ellenelektródból, és (c) egy vagy több, az ionok egy vagy több fajtáját a munkaelektródon és az ellenelektródon lejátszódó elektrokémiai folyamatok között szelektíven továbbító ionszelektív elektrolitból, továbbá reakciózónában a bejuttatott oldhatatlan anyag elektrokémiai reakció lejátszódásához szükséges távolságban van a munkaelektródhoz, és a belső áramkör a munkaelektródon és az ellenelektródon keresztül össze van kapcsolva egy külső áramforrással.
A reaktor előnyös kiviteli alakja úgy van kiképezve, hogy a reakciózóna egy vagy több, egy vagy több zárt határolófelülettel ellátott nyitott üreget tartalmaz, valamint rendelkezik egy vagy több nyílással, amelyeken keresztül az üreg a fluidummal van összeköttetésben.
Az üreg zárt határolófelületei egy vagy több elektródanyagból, egy vagy több elektrolitanyagból vagy ezek keverékéből állhatnak, de állhatnak az üregeket határoló felületek az ionszelektív elektrolit és az elektród anyagának keverékéből.
Célszerű, ha az üregek mérete a 10-100 pm intervallumba esik, az áramforrás pedig egyenáramú áramforrás.
Az áramforrás lehet azonban váltakozó áramú áramforrás is.
További előnyök
A találmány szerinti eljárásnak és reaktornak az eddig ismertekkel szemben még sok más előnye is van.
Például a koromrészecskéknek a füstgázból történő eltávolítására szolgáló reaktor 250 °C fölött öntisztuló; nincs szükség arra, hogy az üzemanyaghoz vagy a kenőolajhoz esetleg káros és költségnövelő adalék anyagot kelljen hozzáadni, és a reaktor a füstgáz nitrogén-oxid-tartalmától függetlenül működik.
Ugyancsak előnyös a találmány szerinti reaktor azon tulajdonsága, hogy a reaktor igen széles koromtartalomés koromszemcseméret-tartományban képes működni. További előny, hogy a reaktort regenerálás céljából nem kell időszakonként kivonni a működési ciklusból. A szűrő hőmérséklete viszonylag állandó, és csak igen kis mértékben változik a bevezetett füstgáz hőmérsékletével, és nem ér el veszélyesen magas értékeket a regenerációs ciklus miatt. A reaktorban a nyomáscsökkenés ugyancsak állandó és alacsony érték, és nem nő meg a koromszemcsék felhalmozódása miatt.
További előny, hogy az elektrokémiai átalakulás azzal indul be, hogy a füstgázt az áram bekapcsolásával egyidejűleg vezetjük be a reaktorba, és ezért nincs szükség a reaktor előmelegítésére ahhoz, hogy működjék.
A reaktort nem kell rendszeresen karbantartani, mivel az üregekben esetleg összetapadó korom idővel átalakul, és a fluidum áramlása eltávolítja onnan.
Ugyancsak előnyös, hogy a reaktort viszonylag kicsi, kompakt formában lehet kialakítani, mivel nincs szükség a felhalmozódott korom számára szűrési és térbeli kapacitásra. Ez azt eredményezi, hogy kisebb az anyagfelhasználás, következésképpen a reaktor olcsóbb. A kisebb fizikai méret megkönnyíti továbbá a reaktor elhelyezését a már meglévő füstgázkipufogó rendszerben, például egy Diesel-üzemű jármű kipufogőrendszerében.
Ugyancsak előnye a találmány szerinti rendszernek, hogy más, a fluidumban lévő, elektrokémiailag átalakítható anyagok is átalakíthatok benne.
A találmány tárgya továbbá ionszelektív elektrolit, amely szilárd fázisú ionvezető, amelyben egy vagy több nyitott, átmenőüreg van.
A szilárd fázisú ionvezető lehet oxigénion-vezető, de lehet gadolinium-oxiddal (Gd2O3) adalékolt cérium-oxid (CeO2), ittrium-oxid (Y2O3) adalékolt cirkónium-oxid (ZrO2), vagy ezek kombinációja.
A szilárd fázisú ionvezető lehet még hidrogénion-vezető, amely például β-alumínium-oxid, vagy a szilárd fázisú ionvezető lehet szulfonált perfluoro-polimer, ahol a szilárd fázisú ionvezető üregeinek mérete célszerűen 10-100 pm.
A találmány szerinti ionszelektív elektrolit- és elektródanyagot olyan eljárással készítjük, amelynek során a 10-100 pm szemcseméretű ionszelektív elektrolitanyagot 1-10 pm-es szemcseméretű az elektródanyaggal keverjük olyan arányban, hogy az elektródanyag szemcséi főleg az ionszelektív elektrolit anyagából álló szemcsék felületén helyezkedjenek el úgy, hogy egymással ne érintkezzenek, miáltal a keverék anyag elektromosan vezető lesz, és ez a vezetőképesség nagyságrendileg megegyezik az ionszelektív elektrolitanyag vezetőképességével.
Célszerű, ha az anyag 20 térfogat%-nál kevesebb, előnyösen 3-15 térfogat%-nyi elektródanyagot tartalmaz, és a keverék anyag nyitott üregeinek mérete 10-100 pm, vagy például a kiterjedésének egyik di9
HU 224 056 Β1 menziójában 100-10 pm-es, csökkenő méretű pórusokat tartalmaz.
A találmányt a továbbiakban részletesebben a következő ábrák alapján ismertetjük. Az
1. ábra a találmány szerinti elektrokémiai reaktor egy lehetséges kiviteli alakjának vázlatos keresztmetszeti képe, a
2. ábra az 1. ábrán kijelölt II., négyszögű alakú tartományának kinagyított képe, a
3. ábra a 2. ábrán kijelölt III., kör alakú tartományának kinagyított képe;
4., 5. és 6. ábra a munkaelektród és az ionszelektív elektrolit egy-egy példakénti kiviteli alakjának vázlatos ábrázolása, a
7. ábra a porózus, ionszelektív elektrolit- és elektródanyag keverékéből álló belső áramkör egy lehetséges példakénti kiviteli alakjának vázlatos ábrája, a
8. ábra a 7. ábrán bemutatott belső áramkör egy lehetséges példakénti kiviteli alakjának vázlatos rajza, ahol a pórusos, ionszelektív elektrolitanyag és elektródanyag keverékét pórusos inért anyag hordozza, a
9. ábra a 7. ábrán bemutatott elv alapján létrehozott elektrokémiai reaktorpásztázó elektronmikroszkópos felvétele, a
10. ábra a belső áramkör egy lehetséges példakénti kiviteli alakjának vázlatos rajza, amelyben a reaktorzóna három rétegből álló réteges szerkezet, és a rétegek mindegyike a 7. ábrán bemutatott szerkezetű, a
11. ábra a keletkező szén-dioxid mennyiségét mutatja a 4. ábrán bemutatott belső áramkörre adott egyenfeszültség függvényében, a
12. ábra mutatja a keletkezett szén-dioxid mennyiségét a 7. ábrán bemutatott belső áramkörre kapcsolt egyenfeszültség függvényében;
13. ábra annak az ezüstvezetéknek a mintázatát mutatja, amellyel a 7. ábrán bemutatott két belső áramkört összekapcsoljuk, a
14. ábra a keletkező szén-dioxid mért mennyiségét mutatja az 13. ábrán bemutatott első típusú belső áramkörre alkalmazott váltófeszültség függvényében, a
15. ábra mutatja a keletkezett szén-dioxid mért mennyiségét a 13. ábrán bemutatott másik típusú belső áramkörre alkalmazott váltófeszültség függvényében.
A találmány lényegét a következőkben tehát a mellékelt ábrák alapján ismertetjük.
Az 1. ábra egy, a találmány szerinti elektrokémiai reaktor kiviteli alakjának sematikus keresztmetszeti rajzát mutatja.
Az elektrokémiai reaktor áll 50 reakciókamrából, amely készülhet fémlemezből, vagy valami hasonló anyagból. Az 50 reakciókamra el van látva egy 20 bemenettel a fluidumban oldhatatlan 21 anyagot tartalmazó fluidum bevezetésére. A kamrában van továbbá egy 40 kimenet is, amelyen keresztül az átalakult anyagot tartalmazó fluidum távozik a reaktorból.
Az 50 reakciókamrában van még egy belső áramkör, amely az 50 reakciókamrától 53 szigetelőszuszpenzióval szigetelve van felfüggesztve, amely szuszpenzió egyidejűleg a fluidum áramlását is lezárja. A belső áramkör 12 munkaelektródból, 13 ellenelektródból és 11 ionszelektív elektrolitból áll, amely szelektíven képes az ionok vezetésére a 12 munkaelektród és a 13 ellenelektród között.
A belső áramkör 301 és 302 vezetékekkel csatlakozik egy külső 30 áramforráshoz, amely lehet egyenáramú vagy váltakozó áramú áramforrás. A 301, 302 vezetékek az 50 reakciókamra falán szigetelten elhelyezett 51 és 52 betáplálónyílásokon keresztül vannak bevezetve.
Egy belső égésű motor kipufogógáza, és a benne jelen lévő el nem égett széntartalmú 21 anyag, elsősorban korom formájában, a 20 bemeneten keresztül bekerül a reaktorba (a felső nyíl jelzése szerint), majd a kipufogógáz, benne az átalakult anyaggal, a 40 kimeneten hagyja el a reaktort.
A munkaelektród és az ellenelektród
Az itt megadott kiviteli alakban a 12 munkaelektród és a 13 ellenelektród különbözőek, de lehetnek azonosak is.
A 12 munkaelektród 0,05-1 mm vastagságú, porózus fémréteg, sok pórussal és olyan pórusmérettel, ami nagy felületet biztosít, és lehetővé teszi a kívánt méretű részecskék áthaladását. Pásztázó elektronmikroszkóppal vizsgálva, a munkaelektród tipikusan 20-40 pm méretű pórusokat tartalmaz, és pórussűrűsége 1000 pórus a 12 munkaelektród felületének 1 cm2-ére.
Az ionszelektív elektrolit
A 11 ionszelektív elektrolit egy adalékolt cérium-oxidból készült porózus szilárd fázisú oxigénion-vezető, amelyben az adalék 20% gadolinium-oxid. A termék a Seattle Speciality Ceramics-tól származik, Seattle, USA (ma: Praxair Speciality Ceramics). Az anyagot 1550 °C-on, 3 órán keresztül kalcináltuk, aminek eredményeként 5-10 pm szemcseméret alakult ki, amelyben azután préselés és 1500 °C-os zsugorítás után 1-10 pm-es pórusok képződtek.
Egy további példakénti kiviteli alakban, amelyet tovább itt nem részletezünk, a 11 ionszelektív elektrolit szilárd fázisú hidrogénion-vezető anyag: szulfonált perfluoropolimer, amely NAFION® márkanéven szerezhető be a DuPont cégtől, és amelynek pórusmérete 1-10 pm. A külső áramforrás
Az itt bemutatott kiviteli alakban a belső áramkör 301 és 302 vezetékekkel van a 30 áramforráshoz csatlakoztatva, amely lehet egyenáramú vagy váltakozó áramú áramforrás. A 301 és 302 vezetékek az 50 reakciókamra falában kiképezett szigetelt 51 és 52 betáplálónyílásokon keresztül vannak bevezetve.
Az itt leírt kiviteli alakban a 30 áramforrás egyenáramú áramforrás, és a 12 munkaelektród pozitív elektródként, anódként működik, és a 13 ellenelektród a negatív elektród, a katód.
HU 224 056 Β1
Ha a 30 áramforrás váltakozó áramú áramforrás, akkor elvben a 12 munkaelektród és a 13 ellenelektród azonosak, és felváltva, hol anódként, hol katódként működnek, olyan frekvenciával változva, mint amilyen a váltakozó áram frekvenciája. Az elektrokémiai reakciók azonosak azzal az esettel, amikor a 30 áramforrás egyenáramú.
A 12 munkaelektród és a 13 ellenelektród közötti potenciálkülönbséget úgy választjuk meg, hogy megfelelő nagyságú aktiválási energia álljon rendelkezésre a kívánt elektrokémiai folyamatok végbemeneteléhez. Olyan réteges szerkezetű elektrokémiai reaktor esetében, amelyben a füstgáz koromszemcséit alakítjuk át, úgy tűnik, hogy a feszültségkülönbség általában 1 V-nál magasabb kell hogy legyen, tipikusan 5 V ahhoz, hogy kielégítően nagy átalakulási sebességet érhessünk el. Beindítás és működtetés
A reaktort a füstgáznak a 20 bemeneten keresztüli beáramoltatásának megkezdésével úgy indítjuk be, hogy egyidejűleg a 12 munkaelektródra és a 13 ellenelektródra 5 V feszültséget adunk. A reaktort ezt megelőzően nem kell például 250-300 °C-ra felfűteni, bár természetesen ez előnyös lehet a már kezdettől maximális átalakulási sebesség elérése szempontjából.
Működés közben a füstgáz folyamatosan áramlik a reaktorba a 20 bemeneten keresztül. A füstgáz áthalad a porózus 12 munkaelektród 14 nyílásain, aminek következtében a fluidumban oldhatatlan 21 anyagot képező koromrészecskék elektrokémiai reakcióhoz szükséges távolságra kerülnek a 12 munkaelektródhoz azon a részen, ahol a 12 munkaelektród és a 11 ionszelektív elektrolit érintkezik egymással. Ezen a távolságon belül a koromszemcsék azokkal az oxigénionokkal képesek reagálni, amelyeket a 11 ionszelektív elektrolit szállít, miközben a fölös elektronok átkerülnek a 12 munkaelektródra. Ily módon egy vagy több elektrokémiai folyamatban, vagy egy vagy több lépésben történő részvétel során a koromrészecskék szén-dioxiddá alakulnak át. Tartózkodási idő és üregméret
Annak érdekében, hogy a korom részecskék megfelelően hosszú ideig tartózkodjanak a reakciózónában, a 11 ionszelektív elektrolit üregeinek méretét olyanra kell választanunk, hogy a 12 munkaelektród nyílásain az 11 ionszelektív elektrolit felé haladó koromszemcséket elég sokáig visszatartsák.
Adott szemcseméret-eloszlású anyagra akkor megfelelő az átalakulási sebesség, ha a 12 munkaelektród üregeinek számát és méretét úgy választjuk meg, hogy elég nagy felület álljon rendelkezésre a reakciózónában ahhoz, hogy rajta a részecskék a 12 munkaelektróddai elektroncserét tudjanak lefolytatni, és a 11 ionszelektív elektrolit által szállított megfelelő ionokkal reakcióba tudjanak lépni.
Az ilyen megfelelő átalakulási sebesség eléréséhez előnyös lehet az, ha egymással sorosan vagy párhuzamosan kapcsolt, több belső áramkört alakítunk ki.
Miután áthaladtak a belső áramkörön, az oldhatatlan koromrészecskék szén-dioxiddá alakulnak át, ami a reaktort a 40 kimeneten keresztül, a füstgázzal együtt hagyja el.
A munkaelektród részletes leírása
A 2. ábra az 1. ábrán ll-vel jelölt, négyszögű tartomány kinagyított képe. A megfelelő méretű koromszemcsék által képezett 21 anyag behatol a 12 munkaelektród 14 pórusaiba, ahol a 11 ionszelektív elektrolit kisebb 15 pórusai megállítják őket, miközben a füstgáz akadálytalanul áthalad mind a 12 munkaelektród, mind a 11 ionszelektív elektrolit 14 és 15 pórusain a nyíl által jelzett irányban. A koromszemcsék, amelyek reakciótávolságra kerültek a 12 munkaelektródhoz, a 11 ionszelektív elektrolit által szállított oxigénionokkal reagálnak és szén-dioxiddá alakulnak, amit azután az áramló fluidum magával visz.
A 12 munkaelektród 14 pórusainál nagyobb koromrészecskék nem tudnak behatolni a 12 munkaelektródba, és így nem esnek át az elektrokémiai átalakuláson.
A 3. ábra a 2. ábrán kijelölt kör alakú III. tartomány kinagyított képét mutatja. A 21 anyagot képező koromszemcsék a 12 munkaelektród 14 pórusában helyezkednek el. A 12 munkaelektród érintkezik a 11 ionszelektív elektrolittal, miáltal a 21 anyagot képező koromszemcse „csapdába esett” a nyitott 14 pórusban, amelynek nyitott határfelülete érintkezik a füstgázzal. Itt tehát a koromszemcse elektrokémiai úton átalakulhat úgy, hogy elektront cserél a 12 munkaelektróddal, oxigénionnal lép reakcióba a 11 ionszelektív elektrolit segítségével, és cserereakcióba lép a füstgáz póruson belüli és póruson kívüli szén-dioxidjával is.
Ha a füstgáz oxigéntartalma nagyon kicsi, szükség lehet levegő pótlólagos hozzáadására, például az 50 reakciókamra egy oldalsó, itt nem feltüntetett nyílásán keresztül. Analóg módon, víz vagy egyéb reakcióelemek pótlólagos hozzáadása is lehetséges, ha ezek nincsenek jelen a fluidumban megfelelő mennyiségben. A belső áramkör lehetséges kiviteli formái
A 4., 5. és 6. ábrák vázlatosan mutatják a 12 munkaelektród és a 11 ionszelektív elektrolit további példakénti kiviteli alakjait.
A 4. ábra olyan kiviteli alakot mutat, amelyben a 12 munkaelektród és a 11 ionszelektív elektrolit is 14 és 15 pórusok formájában nyílásokkal rendelkezik a fluidum áramoltatására, mely 14 és 15 pórusok szabálytalan, nem egyenes határfelületűek, szemben a 2. ábrán bemutatott, viszonylag egyenes csatornákkal.
Az 5. és 6. ábra a 12 munkaelektród és a 11 ionszelektív elektrolit egy-egy további kiviteli alakját mutatja, amelyben az üregek határolófelületei részben nem egyenesek részben pedig egyenesek.
így tehát a találmány oltalmi körébe tartozik az is, hogy az üregek a legmegfelelőbb konfigurációban választhatók ki.
Ionszelektív elektrolit- és elektródanyag keveréke
A 7. ábrán a belső áramkörnek olyan kiviteli alakját mutatjuk be vázlatosan, amely pórusos, a 11 ionszelektív elektrolit és az elektród anyagából álló keverék.
A belső áramkör úgy van megalkotva, hogy viszonylag nagyméretű 11 ionszelektív elektrolitrészecskéket tartalmaz, összekeverve a 12 munkaelektród és a 13 ellenelektród anyaga viszonylag kisméretű részecskéivel, amelyek ebben az esetben azonosnak
HU 224 056 Β1 vannak feltüntetve. A 11 ionszelektív elektrolit- és elektródanyag keveréke elvben úgy működik, mint sok kis, egymással sorosan vagy párhuzamosan kapcsolt elektrokémiai reaktor, amelyekben az egyik kis reaktor 12 munkaelektród részecskéi egyidejűleg egy másik kis reaktor 13 ellenelektród-részecskéi is.
A 21 anyagot képező koromszemcsék a pórusos szerkezet 14 pórusokat képező üregeiben megtapadnak, és itt elektrokémiai átalakuláson mennek át, amint azt a 3. ábra tárgyalásánál leírtuk.
A füstgáz és az átalakult koromrészecskék, amelyek az elektrokémiai átalakulás termékei, már keresztül tudnak hatolni a keverékszerkezet pórusain.
A 8. ábra a belső áramkör 7. ábrán bemutatott kiviteli alakjának vázlatos ábrázolása, amelynél a pórusos keverék 11 ionszelektív elektrolit- és elektródanyag pórusos, inért 16 hordozóra van felvive, amelynek 161 nyílásai vagy csatornái vannak, amelyeken keresztül a fluidum elvezethető. A pórusos 16 hordozó lehetővé teszi a fluidum áramlását, miközben visszatartja az oldhatatlan 21 anyagot, amely ily módon a reaktor aktív zónájában elektrokémiai úton átalakítható oldható anyaggá.
A 9. ábra pásztázó elektronmikroszkópos felvételt mutat a 7. ábrán bemutatott elv alapján készített elektrokémiai reaktorról. Ionszelektív elektrolitként 20 atom% gadolinium-oxiddal adalékolt cérium-oxidot használtunk (CGO), ami oxigénion-vezető, és elektródanyagként atom% stroncium-oxiddal adalékolt lantán-manganitot alkalmaztunk (LSM).
A 10. ábrán a belső áramkör olyan kiviteli alakját mutatjuk be vázlatosan, amelyben a reakciózóna három rétegből álló réteges szerkezet, amely rétegek mindegyike a 7. ábrán leírt szerkezetű, és a pórusok mérete lefelé haladva csökken. A legalsó 17 rétegben az átlagos pórusméret már olyan kicsi, hogy az oldhatatlan anyag legkisebb molekulái is megtapadnak és elektrokémiai úton átalakulnak benne. A középső 18 réteg valamivel nagyobb pórusméretű, amely a legkisebb anyagrészecskéket átereszti a szerkezet legalsó 17 rétegébe, míg a nagyobb részecskék bent szorulnak. A legnagyobb részecskék a felső 19 rétegben alakulnak át, amelyben a pórusok mérete a legnagyobb.
Ilyen réteges szerkezet készíthető az egyes rétegekben különböző szemcseméretű nyersporokból. Ha a nyersanyagok közül nagy szemcseméretűt választunk, akkor a végső szerkezetben a pórusok mérete nagyobb lesz.
A belső áramkör réteges szerkezete kialakítható mind háromnál kevesebb, mind háromnál több rétegből is.
Példák
1. példa
Elektrokémiai reaktor munkaelektródból, ionszelektív elektrolitból és ellenelektródból álló szendvicsszerkezetű belső áramkörrel
A találmány illusztrálására használt ezen példában a 11 ionszelektív elektrolit 20 atom% gadolinium-oxiddal adalékolt cérium-oxid (a későbbiekben CGO) a
Seattle Speciality Ceramics-tól, USA, (most: Praxair Speciality Ceramics). A por részecskeméretét 1550 °C-os, 3 órán keresztül tartó hőkezeléssel úgy állítottuk be, hogy a por átlagos szemcsemérete 5-10 pm legyen. A szemcseméret meghatározása pásztázó elektronmikroszkóppal történt. A port 100 MPa nyomással 1,5 mm vastagságú lapocskává préseltük, majd 1500 °C-on 1 órán át zsugorítottuk. Az így kapott pórusos 11 ionszelektív elektrolitot pórusos platinaelektróddal láttuk el úgy, hogy ecsettel festettünk fel rá Demetron® M8QQ5 jelzésű, Degussa (Németország) gyártmányú platinapasztát, majd ezután az elektróddal ellátott ionszelektív elektrolitot 800 °C-on 1 órán keresztül zsugorítottuk. A 11 ionszelektív elektrolit és az elektród pórusainak mérete egyaránt 0,5-5 pm lett.
Az így előállított belső áramkör elektródáit kivezetésekkel láttuk el, amelyeket egy Danica TPS 23A típusú, ±30 V feszültségű, 2 A-es szabályozott feszültségre kapcsoltunk.
Ezután a teljes berendezést kemencébe helyeztük, amelyen 20% oxigént tartalmazó nitrogént áramoltattunk át, amelyhez Degussa (Németország) eredetű Printex® típusú aktív szenet adtunk, majd a kemencét felmelegítettük kb. 300 °C-ra.
A 11. ábra mutatja a keletkezett szén-dioxid mennyiségét a belső áramkörre alkalmazott egyenáramú feszültség függvényében. A pórusos, réteges szerkezet a
4. ábrán bemutatott szerkezetnek felelt meg.
A bemutatott adatokat tömegspektrométerrel mértük a kemence 300 °C-os hőmérsékletén a kimenőáramban, ez a kimenet az 1. ábrán bemutatott 40 kimenetnek felelt meg.
250 °C-ra csökkentve a kemence hőmérsékletét, a szén átalakulási sebessége kb. 15%-kal csökkent.
Ha 0-400 Hz közötti váltóáramot alkalmazunk, akkor a frekvencia növelésével az átalakulási sebesség gyenge növekedését lehetett észlelni. A növekedés legnagyobb a 0 (egyenáram)-20 Hz-es frekvenciatartományban, ezután az átalakulási sebesség majdnem állandó.
2. példa
Elektrokémiai reaktor ionszelektív elektrolit- és elektródanyag keverékéből álló belső áramkörrel Az 1. példában leírt módon készített, hőkezelt
CGO-port összekevertünk hasonló módon hőkezelt, 20 atom% stronciumot tartalmazó lantán-manganit-porral (Seattle Speciality Ceramics, most: Praxair Speciality Ceramics, Seattle, USA), a továbbiakban LSM, és ezt a keveréket 1200 °C-on, 3 órán keresztül hőkezeltük. A porkeveréket, amely 6,5 tömeg% LSM-et tartalmazott, ami megfelel kb. 6 térfogat%-nak, 100 MPa-os nyomással lemezzé préseltük és 800 °C-on 1 órán keresztül zsugorítottuk. Zsugorítás után a zsugorított anyag pórusmérete 0,4—4 pm lett.
A lemezt az 1. példában leírt kemencében helyeztük el, anélkül azonban, hogy platinaelektródokkal láttuk volna el. Ez a szerkezet a 7. ábrán bemutatott belső áramkörnek felel meg.
Áramforrásként Lenze típusú, a dániai Leomotor cégtől származó, módosított frekvenciaátalakítót alkal12
HU 224 056 Β1 máztunk, amelynek segítségével 1-400 V feszültségű, 0,1-400 Hz-ig változtatható frekvenciájú, 750 W kimenőteljesítményű belső áramkört használhattunk.
A 12. ábra mutatja a keletkezett szén-dioxid mennyiségét a belső áramkör feszültségének függvényében.
Amint az várható volt, a pórusos, 11 ionszelektív elektrolitból és elektródanyagból álló keverékből alkotott belső áramkörön lényegesen nagyobb feszültséget kell alkalmazni, mint a 12 munkaelektród és a 13 ellenelektród közé szendvicsszerkezetűen beékelt 11 ionszelektív elektrolitból álló belső áramkör esetében, amilyen az 1. példában szerepel.
A reakciósebesség is nagyobb, a reakció végbemeneteléhez rendelkezésre álló nagyobb hatékony felület következtében. Az alkalmazott frekvenciatartományban, 0 és 400 Hz között, az átalakulási sebesség gyenge emelkedése észlelhető a frekvencia növelésével. Ez a növekedés a 0-20 Hz-es tartományban a legnagyobb, míg ezt követően az átalakulási sebesség majdnem állandó.
Mind az 1., mind a 2. példában megfigyelhetjük, hogy az átalakulási sebesség növekedéséhez a belső áramkör áramának növekedésére van szükség. Az áramerősség nagymértékben csökken, ha a fluidumhoz hozzáadott szén teljesen elégett.
3. példa
CGO- és LSM-porok pórusos keveréke inért hordozón
CGO- és LSM-porból álló keveréket készítettünk a
2. példában leírt módszerrel. A keveréket etanolban diszpergáltuk, KD-4 (ICI termék) diszpergálóágens segítségével, majd ezután szövés nélküli kvarcszálakból álló inért hordozóra választottuk le. A leválasztott porkeveréket és a hordozót ezután 800 °C-on 2 órán keresztül zsugorítottuk, majd az 1. példában leírt kemencébe helyeztük.
A szén átalakulására hasonló eredményt kaptunk, mint a 2. példában leírt belső áramkör esetében.
4. példa
Elektrokémiai reaktor ionszelektív elektrolit- és elektródanyag keverékéből álló belső áramkörrel Ebben a példában 10 atom% gadolinium-oxíddal adalékolt cérium-oxidot (a továbbiakban CGO-10-zel jelölve, eredete: Praxair Speciality Ceramics, Seattle, Usa, korábban: Seattle Speciality Ceramics) használtunk oxidiont vezető elektrolitanyagként. A CGO-10 port 1500 °C-on 3 órán át hőkezelésnek vetettük alá a részecskeméret beállítása céljából. A CGO-10 port 5 súly% LSM-porral kevertük össze, ami kb. 4,5 térfogat%-nak felel meg, a 2. példában leírtaknak megfelelően.
A keverékből két, 3 mm vastagságú lemezt préseltünk, 65 MPa nyomáson, és ezeket 950 °C-on 3 órán keresztül zsugorítottuk.
A zsugorított lemezeket felületükön a 13. ábrán látható módon ezüstpaszta (Demetron Leitsilber 200, termékszám: 6200 0007) rákenésével kontaktusokkal láttuk el áramvezetés céljából.
A első 201 lemezen az ezüst- 203 vezetékeket egymással szemben helyeztük el.
Egy másik, 202 lemezen az ezüst- 204 vezetékeket az ábrán feltüntetett váltakozó minta szerint vittük fel, aminek eredménye az, hogy közöttük az áramnak lényegesen rövidebb utat kell megtennie, mint az első
201 lemezen.
Az ezüst- 204 vezetékeket dróttal kötöttük össze egy váltakozó áramú áramforrással, amelynek 2-től 250 Hz-ig változtatható frekvenciáját 50 Hz-re állítottuk be (RKT-2, IMPO elektronikus A/S, Odense, Dánia).
A 201 és 202 lemezeket egyenként teszteltük a 2. példában leírt módon, kemencében.
Egy Diesel-motor kipufogójából összegyűjtött kormot adagoltunk a reaktoron átáramló gázáramhoz.
A CO2-fejlődést a reaktort elhagyó kipufogógáznak Fourier-transzformátoros infravörös spektrométer gázcelláján történő keresztülvezetésével (az 1. ábra 40 kimenetének megfelelő nyíláson keresztül) figyeltük. A 14. ábra a szén-dioxid-fejlődést az első 201 lemezre alkalmazott 50 Hz-es váltakozó feszültség függvényében ábrázolja. Látható, hogy a szén-dioxid keletkezése a kb. 150 V-os küszöbfeszültség értékénél élesen megemelkedik.
A 15. ábra a szén-dioxid fejlődését a második
202 lemezen alkalmazott 50 Hz-es váltakozó feszültség esetében mutatja. Itt látható, hogy a szén-dioxid-fejlődés itt is élesen megugrik, de kb. 35 V-os küszöbfeszültség-értéknél, azaz jóval alacsonyabb feszültségnél, mint a 201 lemez esetében, aminek az az oka, hogy itt a váltakozva elhelyezett ezüstvezetékeken az áram útja rövidebb.
5. példa
Elektrokémiai reaktor olajszennyezés eltávolítására szennyvízből
Az elektrokémiai reaktor ebben a példában úgy van kialakítva, hogy perfluorált szulfonátmembránból álló hidrogéniont vezető 11 ionszelektív elektrolitot (NAFION®-típus, a DuPonttól) tartalmazó belső áramköre van. A 11 ionszelektív elektrolitot úgy láttuk el pórusos elektródokkal, hogy platinapasztát vittünk fel rá az 1. példában leírt módon.
A reaktorra az 1. példában leírtak szerint adtunk feszültséget.
1% olaj vizes diszperzióját vezettük keresztül a reaktoron, az áramló vizet és a reaktort egy kemencében kb. 90 °C-ra felmelegítettük, hogy ezzel a reakciósebességet megnöveljük. A víz át tud áramlani a reaktoron, míg az olajcseppek megtapadnak és elektrokémiai reakcióban átalakulnak szén-dioxiddá.
Feltételezzük, hogy az átalakulás a következő reakcióegyenletek szerint megy végbe:
Anódon: Cn H(2n+2)+(2n)H2O= nCO2+(6n+2)H++(6n+2)eKatódon: 1 /2(3n+1 )O2+(6n+2)H++(6n+2)e-= (3n+1)H2O
Bruttó reakció: CnH(2n+2)+1/2(3n+1)O2= nCO2+(n+1)H2
HU 224 056 Β1
6. példa
A reaktor működése közbeni energiafelhasználása
A találmány szerinti reaktor működése közbeni energiafelhasználására példaként szolgálhat egy Diesel-motor, amely 180 kW teljesítményt ad le folyamatosan, és tipikusan 0,3 g kormot termel kilowatt teljesítményenként, ami 0,015 g/s koromtermelésnek felel meg. Feltéve, hogy ez a teljes mennyiségű korom tiszta szén, ami az elektrokémiai reakcióban teljesen átalakul, akkor a korom mennyiségének, az F Faraday-konstansnak és az átalakulásban részt vevő n elektronszámnak a felhasználásával a reaktoron átfolyó áram a következő módon számítható ki: l=nm-F/Mc=40,01596500/12=483 A ahol Mc a szén atomsúlya.
V-os feszültség mellett ez kb. 1,5 kW teljesítménynek felel meg, ami kevesebb, mint a kimenőteljesítmény
Claims (37)
1. Eljárás fluidumban oldhatatlan anyag (21) elektrokémiai átalakítására a fluidumban oldható anyaggá, azzal jellemezve, hogy (a) a fluidumot egy belső áramkörrel ellátott reakciózónába vezetjük, amely belső áramkör tartalmaz:
(i) egy vagy több, a fluidumban oldhatatlan anyagot a fluidumban oldható anyaggá átalakító elektrokémiai folyamatból és/vagy folyamatba elektronokat továbbító munkaelektródot (12), (ii) a munkaelektródon (12) végbemenő elektrokémiai folyamatokat kompenzáló, az adott elektródon egy vagy több elektrokémiai folyamatból és/vagy folyamatba elektronokat továbbító egy vagy több ellenelektródot (13), (iii) a munkaelektródon (12) és az ellenelektródon (13) végbemenő elektrokémiai folyamatok között egy vagy több típusú ionokat szelektíven vezető egy vagy több ionszelektív elektrolitot (11), továbbá a reakciózónában az oldhatatlan anyagot egy vagy több az elektródokon és az elektroliteken kiképezett nyitott üregbe vagy átmenőnyíláshoz vezetjük, és a munkaelektródtól (12) elektrokémiai reakció végbemeneteléhez szükséges elektrokémiai folyamatok lejátszódásához szükséges távolságba helyezzük, és a belső áramkört a munkaelektródon (12) és az ellenelektródon (13) keresztül külső áramforrással (30) kapcsoljuk össze, (b) és a belső áramkörhöz a fluidumban oldhatatlan anyagot a fluidumban oldható anyaggá átalakító elektrokémiai folyamathoz elektromos feszültségkülönbséget külső áramforrásról (30) csatlakoztatjuk, és (c) hogy a fluidumban már oldható anyagot a reakciózónából egy kimeneten (40) vezetjük el.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a reakciózónában egy vagy több zárt határolófelülettel ellátott nyitott üreget, és egy vagy több olyan nyílást képezünk ki, amelyek nyílások a fluidummal érintkeznek.
3. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az üregek zárt határolófelületét egy vagy több elektródanyagból, egy vagy több ionszelektív elektrolitból, vagy ezek keverékéből állítjuk elő.
4. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az üregek zárt határolófelületeit az ionszelektív elektrolit (11) és az elektródanyag keverékéből állítjuk elő.
5. A 2-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az üregek mérete 10-100 pm.
6. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az elektrokémiai folyamatok oxidáló, redukáló vagy ezek kombinációjából álló elektrokémiai folyamatok.
7. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy belső áramkört a munkaelektródon (12) és az ellenelektródon (13) keresztül egy egyenáramot létrehozó külső áramforrással (30) kapcsoljuk össze.
8. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy belső áramkört a munkaelektródon (12) és az ellenelektródon (13) keresztül egy váltakozó áramot létrehozó külső áramforrással (30) kapcsoljuk össze.
9. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fluidum oxigént tartalmaz.
10. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fluidum vizet tartalmaz.
11. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fluidumban oldhatatlan anyag és a fluidum egy vagy több kétfázisú rendszerből áll, amelyben az egyik fázis a fluidum, gáz- vagy cseppfolyós halmazállapotban, és amelyben a második fázis a fluidumban oldhatatlan anyag, szilárd vagy cseppfolyós halmazállapotban van.
12. A 11. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kétfázisú rendszer folyadék-gázban, mint például az aeroszolok és az olaj-levegőben felhő; szilárd anyag-gázban, mint a széntartalmú poranyagot tartalmazó levegő, vagy ezek keveréke; szilárd anyagfolyadékban, mint a széntartalmú anyagot vízben tartalmazó szuszpenzió, vagy folyadék-folyadékban, mint például az „olaj a vízben” emulziók, vagy ezek keveréke.
13. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fluidumban oldhatatlan anyag korom, és a fluidum egy belső égésű motor kipufogógáza.
14. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fluidumban oldhatatlan anyag olaj, és a fluidum szennyvíz.
15. Elektrokémiai reaktor a fluidumban oldhatatlan anyag átalakítására a fluidumban oldható anyaggá, azzal jellemezve, hogy a reaktor tartalmaz:
egy reakciókamrát (50) bemenettel (20) a fluidum bevezetésére, és kimenettel (40) a fluidum elvezetésére, amely reakciókamrában a reakciózóna tartalmaz egy belső áramkört, amely áll:
(a) egy vagy több elektron egy vagy több elektrokémiai folyamatból és/vagy folyamatba, amely folyamat a fluidumban oldhatatlan anyagot a fluidumban oldható anyaggá alakítja át, továbbító munkaelektródból (12), (b) egy vagy több, az elektronokat egy vagy több, az adott elektródokon lejátszódó elektrokémiai folyamatból és/vagy folyamatba továbbító és ezzel a mun14
HU 224 056 Β1 kaelektródon (12) lejátszódó folyamatokat ellensúlyozó, ellenelektródból (13), és (c) egy vagy több, az ionok egy vagy több fajtáját a munkaelektródon (12) és az ellenelektródon (13) lejátszódó elektrokémiai folyamatok között szelektíven továbbító ionszelektív elektrolitból (11), továbbá reakciózónában a bejuttatott oldhatatlan anyag elektrokémiai reakció lejátszódásához szükséges távolságban van a munkaelektródhoz (12), és a belső áramkör a munkaelektródon (12) és az ellenelektródon (13) keresztül össze van kapcsolva egy külső áramforrással (30).
16. A 15. igénypont szerinti reaktor, azzal jellemezve, hogy a reakciózóna egy vagy több, egy vagy több zárt határolófelülettel ellátott nyitott üreget, és egy vagy több nyílást tartalmaz, amely nyílás(ok) a fluidummal van(nak) kapcsolatban.
17. A 16. igénypont szerinti reaktor, azzal jellemezve, hogy az üreg zárt határolófelületei egy vagy több elektródanyagból és egy vagy több elektrolitanyagból, vagy ezek keverékéből állnak.
18. A 16. igénypont szerinti reaktor, azzal jellemezve, hogy az üregeket határoló felületek az ionszelektív elektrolit (11) és az elektród anyagának keverékéből állnak.
19. A 16-18. igénypontok bármelyike szerinti reaktor, azzal jellemezve, hogy az üregek mérete a 10-100 μιτι intervallumba esik.
20. A 15-19. szabadalmi igénypontok bármelyike szerinti reaktor, azzal jellemezve, hogy az áramforrás egyenáramú áramforrás.
21. A 15-19. szabadalmi igénypontok bármelyike szerinti reaktor, azzal jellemezve, hogy az áramforrás váltakozó áramú áramforrás.
22. Ionszelektív elektrolit az 1-14. szabadalmi igénypontok szerinti eljárás, illetve a 15-21. igénypontok szerint elektrokémiai reaktor megvalósítására, azzal jellemezve, hogy ez az elektrolit szilárd fázisú ionvezető, amelyben egy vagy több nyitott és átmenőüreg van.
23. A 22. igénypont szerinti elektrolit, azzal jellemezve, hogy a szilárd fázisú ionvezető oxigénion-vezető.
24. A 22. igénypont szerinti elektrolit, azzal jellemezve, hogy a szilárd fázisú ionvezető gadolinium-oxiddal (Gd2O3) adalékolt cérium-oxidból (CeO2), ittrium-oxiddal (Y2O3) adalékolt cirkónium-oxidból (ZrO2), vagy ezek kombinációjából áll.
25. A 22. igénypont szerinti elektrolit, azzal jellemezve, hogy a szilárd fázisú ionvezető hidrogénion-vezető.
26. A 22. szabadalmi igénypont szerinti elektrolit, azzal jellemezve, hogy a szilárd fázisú ionvezető β’’-alumínium-oxid.
27. A 22. szabadalmi igénypont szerinti elektrolit, azzal jellemezve, hogy a szilárd fázisú ionvezető szulfonált perfluoropolimer.
28. A 22-27. igénypontok bármelyike szerinti elektrolit, azzal jellemezve, hogy a szilárd fázisú ionvezető üregeinek mérete 10-100 pm.
29. Elektród az 1-14. igénypontok bármelyike szerinti eljárásban, illetve a 15-21. igénypontok szerint elektrokémiai reaktorban munkaelektródként vagy ellenelektródként történő alkalmazásra, azzal jellemezve, hogy fémek, illetve kerámiaanyagok közül választott elektromosan vezető anyagból készül, amelyben egy vagy több nyitott és átmenőüreg található.
30. A 29. igénypont szerinti elektród, azzal jellemezve, hogy üregek mérete 10-100 pm.
31. A 29. vagy 30. igénypont szerinti elektród, azzal jellemezve, hogy az elektromosan vezető anyag stronciummal adalékolt lantán-manganit.
32. Ionszelektív elektrolit- és elektródanyag keverék az 1-14. igénypontok bármelyike szerinti eljárásban, vagy a 15-21. igénypontok bármelyike szerinti elektrokémiai reaktorban történő alkalmazásra belső áramkörként, azzal jellemezve, hogy olyan eljárással készítjük, amelyben a 10-100 pm szemcseméretű ionszelektív elektrolit- (11) anyagot keverünk az elektródanyag 1-10 pm-es szemcséivel olyan arányban, hogy az elektródanyag szemcséi elsősorban az ionszelektív elektrolit anyagából álló szemcsék felületén helyezkedjenek el egymás érintése nélkül, és a keverék villamos vezetőképességét az ionszelektív elektrolit (11) anyagának vezetőképességével nagyságrendileg megegyezőre beállítóan.
33. A 32. igénypont szerinti anyag, azzal jellemezve, hogy 20 térfogat%-nál kevesebb, előnyösen 3-15 térfogat%-nyi elektródanyagot tartalmaz.
34. A 32. vagy 33. igénypont szerinti anyag, azzal jellemezve, hogy a keverék nyitott üregeinek mérete 10-100 pm.
35. A 32. igénypont szerinti anyag, azzal jellemezve, hogy kiterjedésének egyik dimenziójában 100-10 pm-es, csökkenő méretű pórusokat tartalmaz.
36. A 15-21. igénypontok bármelyike szerinti elektrokémiai reaktor, a 22-28. igénypontok szerinti ionszelektív elektrolit, a 29-31. igénypontok szerinti elektród és a 32-35. igénypontok szerinti ionszelektív elektrolités elektródanyag keverékének alkalmazása koromrészecskék eltávolítására füstgázból.
37. A 15-21. igénypontok bármelyike szerinti elektrokémiai reaktor, a 22-28. igénypontok szerinti ionszelektív elektrolit, a 29-31. igénypontok szerinti elektród és a 32-35. igénypontok szerinti ionszelektív elektrolitanyag és elektródanyag keverékének felhasználása olaj eltávolítására szennyvízből.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DK58796 | 1996-05-20 | ||
| US3544997P | 1997-01-16 | 1997-01-16 | |
| PCT/DK1997/000229 WO1997044126A1 (en) | 1996-05-20 | 1997-05-20 | A method and a reactor for electrochemical conversion of a material e.g. soot particles being insoluble in a fluid |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| HUP9903107A2 HUP9903107A2 (hu) | 2001-05-28 |
| HUP9903107A3 HUP9903107A3 (en) | 2002-02-28 |
| HU224056B1 true HU224056B1 (hu) | 2005-05-30 |
Family
ID=26064263
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| HU9903107A HU224056B1 (hu) | 1996-05-20 | 1997-05-20 | Eljárás és reaktor, fluidumban oldhatatlan anyag, például koromszemcsék elektrokémiai átalakítására, ion-szelektív elektrolit és elektródanyag |
Country Status (20)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6036840A (hu) |
| EP (1) | EP0914203B1 (hu) |
| JP (1) | JP2000514344A (hu) |
| CN (1) | CN1089629C (hu) |
| AT (1) | ATE199842T1 (hu) |
| AU (1) | AU720113B2 (hu) |
| BR (1) | BR9709323A (hu) |
| CA (1) | CA2255083C (hu) |
| DE (1) | DE69704361T2 (hu) |
| DK (1) | DK0914203T3 (hu) |
| ES (1) | ES2157575T3 (hu) |
| GR (1) | GR3036086T3 (hu) |
| HK (1) | HK1020023A1 (hu) |
| HU (1) | HU224056B1 (hu) |
| NO (1) | NO317410B1 (hu) |
| NZ (1) | NZ332774A (hu) |
| PL (1) | PL330011A1 (hu) |
| PT (1) | PT914203E (hu) |
| TR (1) | TR199802365T2 (hu) |
| WO (1) | WO1997044126A1 (hu) |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6200531B1 (en) * | 1998-05-11 | 2001-03-13 | Igen International, Inc. | Apparatus for carrying out electrochemiluminescence test measurements |
| US6284196B1 (en) * | 1999-04-01 | 2001-09-04 | Bp Corporation North America Inc. | Apparatus for monitor and control of an ammoxidation reactor with a fourier transform infrared spectrometer |
| HUP0400621A2 (hu) * | 2001-05-22 | 2004-07-28 | Dinex A/S | Eljárás és elektrokémiai reaktor nitrogén-oxidok és oxigén elegyében a nitrogén-oxidok redukálására |
| US6425757B1 (en) * | 2001-06-13 | 2002-07-30 | Abb Lummus Global Inc. | Pyrolysis heater with paired burner zoned firing system |
| DE10155791C1 (de) * | 2001-11-14 | 2003-07-17 | Starck H C Gmbh | Verfahren zum elektrochemischen Aufschluss von Superlegierungen |
| EP1552284A4 (en) * | 2002-06-20 | 2008-11-05 | Bioveris Corp | ELECTROCHIMIOLUMINESCENCE CIRCULATION TANK AND CIRCULATING TANK ELEMENT |
| JP4660724B2 (ja) * | 2004-12-21 | 2011-03-30 | 学校法人立命館 | 浄化装置、浄化方法、及び、排出ガス浄化システム |
| JP5614521B2 (ja) * | 2005-01-24 | 2014-10-29 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 固体炭素分解型セラミックス化学反応装置 |
| EP1893990B1 (en) * | 2005-06-03 | 2018-05-02 | Board of Regents of the University of Texas System | Electrochemistry and electrogenerated chemiluminescence with a single faradaic electrode |
| AU2006261881A1 (en) * | 2005-06-23 | 2007-01-04 | Grdc, Llc | Efficient production of hydrogen |
| DE102006001831A1 (de) * | 2006-01-13 | 2007-09-20 | Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh | Verfahren und Vorrichtung zur Verringerung der Partikelanzahl im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine |
| JP2008119618A (ja) * | 2006-11-14 | 2008-05-29 | Ritsumeikan | 浄化装置、浄化方法、排出ガス浄化システム、及び浄化構造体の製造方法 |
| JP2009125622A (ja) * | 2007-11-20 | 2009-06-11 | Toyota Industries Corp | 排気ガスの浄化装置 |
| DE102007056423A1 (de) * | 2007-11-23 | 2009-06-04 | Süd-Chemie AG | Herstellung und Verwendung neuer Polyaniline zur Wasserbehandlung |
| JP2009138522A (ja) * | 2007-12-03 | 2009-06-25 | Toyota Industries Corp | 排気ガスの浄化装置 |
| JP4525748B2 (ja) * | 2007-12-20 | 2010-08-18 | 株式会社豊田自動織機 | 排気ガス処理装置 |
| JP2010029796A (ja) * | 2008-07-29 | 2010-02-12 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | カーボン除去装置およびカーボンを除去する方法 |
| JP2010180799A (ja) * | 2009-02-06 | 2010-08-19 | Toyota Industries Corp | 排気ガス浄化装置 |
| US20160256847A9 (en) * | 2011-04-12 | 2016-09-08 | Richard Max Mandle | Centrifugal fluid ring reactor |
| US9475996B2 (en) | 2012-10-17 | 2016-10-25 | Richard Max Mandle | Centrifugal fluid ring plasma reactor |
| JP6300753B2 (ja) * | 2015-03-31 | 2018-03-28 | 日本電信電話株式会社 | Ｎ２ｏ分析装置および分析方法 |
| CN212492293U (zh) * | 2018-12-30 | 2021-02-09 | 熵零技术逻辑工程院集团股份有限公司 | 一种动力装置 |
| CN110180385B (zh) * | 2019-06-19 | 2021-09-24 | 沈阳理工大学 | 多孔陶瓷催化氧化器及其制法、多用途高效空气净化装置 |
| CN111282410B (zh) * | 2020-02-19 | 2021-07-06 | 华中师范大学 | 电化学法降解气态污染物的装置及其方法 |
| CN113354194A (zh) * | 2021-06-04 | 2021-09-07 | 清华大学 | 协同处理印刷废气废水装置及处理印刷废气废水的方法 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4310406A (en) * | 1968-10-01 | 1982-01-12 | Resource Control, Incorporated | Apparatus for removing metal ions and other pollutants from aqueous solutions and moist gaseous streams |
| US5022975A (en) * | 1985-11-12 | 1991-06-11 | 16R Enterprises, Inc. | Solid state electrochemical pollution control device |
| CN2039995U (zh) * | 1987-04-14 | 1989-06-28 | 姜万兴 | 电化学空气分离装置 |
| DE3739580A1 (de) * | 1987-11-23 | 1989-06-01 | Battelle Institut E V | Verfahren und vorrichtung zur spaltung eines dispersen systems in einer elektrochemischen zelle |
| DE3809307A1 (de) * | 1988-03-19 | 1989-09-28 | Veba Oel Ag | Motorschmieroel fuer dieselmotoren und verfahren zum betreiben eines dieselmotors |
| US4902487A (en) * | 1988-05-13 | 1990-02-20 | Johnson Matthey, Inc. | Treatment of diesel exhaust gases |
| DE4130378A1 (de) * | 1991-09-12 | 1993-03-18 | Eberspaecher J | Vorrichtung zur thermischen regeneration von partikelfiltern fuer dieselmotorenabgas |
| DE4236711A1 (en) * | 1991-11-02 | 1993-05-06 | Abb Patent Gmbh, 6800 Mannheim, De | Particulate soot determination e.g. for combustion gases - from EMF variation induced by deposition on an electrode in a solid electrolyte cell |
| US5457945A (en) * | 1992-01-07 | 1995-10-17 | Pall Corporation | Regenerable diesel exhaust filter and heater |
| EP0577026A2 (en) * | 1992-06-29 | 1994-01-05 | Yoshiaki Nagaura | Filtration method and filter device |
| US5388400A (en) * | 1992-12-30 | 1995-02-14 | Donaldson Company, Inc. | Diesel engine exhaust regenerable filter system |
| US5401372A (en) * | 1993-04-26 | 1995-03-28 | Ceramatec, Inc. | Electrochemical catalytic reduction cell for the reduction of NOx in an O2 -containing exhaust emission |
| KR950000197A (ko) * | 1993-06-02 | 1995-01-03 | 히데오 요시카와 | 오염공기용 정화장치 |
-
1997
- 1997-05-20 AU AU29513/97A patent/AU720113B2/en not_active Ceased
- 1997-05-20 PL PL97330011A patent/PL330011A1/xx unknown
- 1997-05-20 AT AT97923836T patent/ATE199842T1/de not_active IP Right Cessation
- 1997-05-20 CN CN97194824A patent/CN1089629C/zh not_active Expired - Fee Related
- 1997-05-20 TR TR1998/02365T patent/TR199802365T2/xx unknown
- 1997-05-20 JP JP09541413A patent/JP2000514344A/ja not_active Ceased
- 1997-05-20 CA CA002255083A patent/CA2255083C/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-05-20 BR BR9709323-8A patent/BR9709323A/pt not_active IP Right Cessation
- 1997-05-20 NZ NZ332774A patent/NZ332774A/xx unknown
- 1997-05-20 ES ES97923836T patent/ES2157575T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1997-05-20 HU HU9903107A patent/HU224056B1/hu not_active IP Right Cessation
- 1997-05-20 WO PCT/DK1997/000229 patent/WO1997044126A1/en active IP Right Grant
- 1997-05-20 DK DK97923836T patent/DK0914203T3/da active
- 1997-05-20 DE DE69704361T patent/DE69704361T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1997-05-20 EP EP97923836A patent/EP0914203B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-05-20 PT PT97923836T patent/PT914203E/pt unknown
-
1998
- 1998-11-17 NO NO19985356A patent/NO317410B1/no unknown
- 1998-11-19 US US09/195,906 patent/US6036840A/en not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-11-11 HK HK99105215A patent/HK1020023A1/xx not_active IP Right Cessation
-
2001
- 2001-06-19 GR GR20010400931T patent/GR3036086T3/el not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NO985356D0 (no) | 1998-11-17 |
| CA2255083C (en) | 2006-10-24 |
| DE69704361T2 (de) | 2001-09-20 |
| HUP9903107A2 (hu) | 2001-05-28 |
| AU2951397A (en) | 1997-12-09 |
| CN1089629C (zh) | 2002-08-28 |
| CA2255083A1 (en) | 1997-11-27 |
| DE69704361D1 (de) | 2001-04-26 |
| WO1997044126A1 (en) | 1997-11-27 |
| DK0914203T3 (da) | 2001-07-23 |
| EP0914203B1 (en) | 2001-03-21 |
| EP0914203A1 (en) | 1999-05-12 |
| GR3036086T3 (en) | 2001-09-28 |
| NO317410B1 (no) | 2004-10-25 |
| TR199802365T2 (xx) | 1999-03-22 |
| ATE199842T1 (de) | 2001-04-15 |
| NO985356L (no) | 1998-11-17 |
| PL330011A1 (en) | 1999-04-26 |
| CN1219139A (zh) | 1999-06-09 |
| BR9709323A (pt) | 2000-01-04 |
| HK1020023A1 (en) | 2000-03-10 |
| US6036840A (en) | 2000-03-14 |
| ES2157575T3 (es) | 2001-08-16 |
| PT914203E (pt) | 2001-08-30 |
| AU720113B2 (en) | 2000-05-25 |
| JP2000514344A (ja) | 2000-10-31 |
| HUP9903107A3 (en) | 2002-02-28 |
| NZ332774A (en) | 2000-05-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| HU224056B1 (hu) | Eljárás és reaktor, fluidumban oldhatatlan anyag, például koromszemcsék elektrokémiai átalakítására, ion-szelektív elektrolit és elektródanyag | |
| US6183609B1 (en) | Sintered laminated structures, electrochemical cells and process for producing such sintered laminated structures | |
| US6824907B2 (en) | Tubular solid oxide fuel cell stack | |
| US7736772B2 (en) | Tubular solid oxide fuel cell stack | |
| DE60223986T2 (de) | Brennstoffzelle | |
| US5670270A (en) | Electrode structure for solid state electrochemical devices | |
| US5465573A (en) | Multi-stage honeycomb heater | |
| EP2072771B1 (en) | Exhaust gas treatment device | |
| US20090004072A1 (en) | Ceramic Chemical Reaction Device Capable of Decomposing Solid Carbon | |
| KR20100064378A (ko) | 바이어스된 전기화학 촉매 시스템을 포함하는 정제 구조 | |
| KR20040081131A (ko) | 금속 또는 복합재 전해석출에 의해 제조되는 중공 유기막 | |
| EP0245494A1 (en) | Solid state electrochemical pollution control device | |
| EP0566071B1 (en) | Method for reducing nitrogen oxides | |
| JP3981418B2 (ja) | 固体電気化学装置用の電極構造体 | |
| JP5957284B2 (ja) | 排ガス浄化装置 | |
| JP2003142130A (ja) | 燃料電池用単セル及び固体電解質型燃料電池 | |
| JP2008307493A (ja) | 自己組織的多孔質化薄膜型電気化学リアクター | |
| KR100478427B1 (ko) | 유체에불용성인매연입자등의물질의전기화학적전환을위한반응기및그의방법 | |
| RU2424604C1 (ru) | Способ изготовления одиночного твердооксидного топливного элемента | |
| JP3389631B2 (ja) | 窒素酸化物の除去方法 | |
| MXPA98009743A (en) | A method for the electrochemical conversion of a material that is insoluble in a fluid in a material that is soluble in the flu | |
| JPH10151702A (ja) | 積層焼結体、電気化学セルおよび積層焼結体の製造方法 | |
| JP2007504604A (ja) | 固体酸化物燃料電池及びその製造方法 | |
| JPH07275714A (ja) | ＮＯｘ除去装置 | |
| JP5343657B2 (ja) | 発電装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HFG4 | Patent granted, date of granting |
Effective date: 20050322 |
|
| MM4A | Lapse of definitive patent protection due to non-payment of fees |